圖為空間水稻原生稻和再生稻的圖片，顯示空間稻穗與穎殼張開的表型。新華社發(fā)

北京時間12月4日20時09分，神舟十四號載人飛船返回艙在東風(fēng)著陸場成功著陸。當(dāng)天，隨艙下行的載人空間站第三批空間科學(xué)實驗樣品在著陸場交付空間應(yīng)用系統(tǒng)，并于次日凌晨返回北京，順利運抵中科院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心，空間應(yīng)用系統(tǒng)總體與相關(guān)實驗人員進行了實驗樣品基本狀態(tài)的檢查，確認返回樣品完好后，順利交接相關(guān)實驗科學(xué)家。

(資料圖片)

返回的樣品包括3個生物樣品冷包和1個無容器樣品袋，其中3個生物樣品冷包裝載的是水稻和擬南芥的實驗樣品，無容器樣品袋中為4盒無容器材料實驗樣品。

水稻和擬南芥種子經(jīng)歷了120天全生命周期。水稻是人類主要的糧食作物，也是未來載人深空探測生命支持系統(tǒng)的主要候選糧食作物。利用空間微重力進行水稻育種也是空間植物學(xué)研究的重要方向之一。人類要在空間長期生存，就必須要保證植物能夠在空間成功繁殖種子。之前國際上在空間只完成了擬南芥、油菜、豌豆和小麥從種子到種子的培養(yǎng)，而主要糧食作物水稻，此前尚沒有能夠在空間完成水稻全生命周期的培養(yǎng)。

在我國空間站生命科學(xué)項目中，中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心鄭慧瓊研究團隊承擔(dān)了“微重力條件下高等植物開花調(diào)控的分子機理”，在國際上首次開展了水稻從種子到種子全生命周期空間培養(yǎng)實驗。同時，開花是結(jié)種子的前提，研究團隊利用模式植物擬南芥，也系統(tǒng)地研究了空間微重力對植物開花的影響。

本項目共在軌開展實驗120天，完成了擬南芥和水稻種子萌發(fā)、幼苗生長、開花結(jié)籽全生命周期的培養(yǎng)實驗。其間航天員在軌進行了3次樣品采集，包括9月21日孕穗期水稻樣品采集；10月12日擬南芥開花期樣品采集和11月25日水稻和擬南芥種子成熟期樣品采集。采集后，開花或孕穗期樣品保存于零下80攝氏度低溫存儲柜中，種子成熟期樣品保存于4攝氏度低溫存儲柜。12月4日，樣品隨神舟十四號返回地面。按計劃在北京交接樣品后，轉(zhuǎn)運至上海實驗室中做進一步檢測分析。

本次空間項目主要完成的實驗內(nèi)容包括：在軌完成了水稻從種子萌發(fā)、幼苗生長、抽穗和結(jié)籽全生命周期的培養(yǎng)實驗并通過獲取圖像進行分析；完成了剪株后空間再生稻成功培育并結(jié)出了成熟的種子（二茬）；在軌完成擬南芥種子萌發(fā)、幼苗生長和不同3個生物鐘調(diào)控的開花關(guān)鍵基因?qū)臻g微重力響應(yīng)的圖像觀察分析并在軌采集了樣品。

實驗初步發(fā)現(xiàn)，水稻的株型在空間變得更為松散，主要是莖葉夾角變大；矮稈水稻變得更矮，高稈水稻的高度沒有受到明顯的影響。此外，生物鐘控制的水稻葉片生長螺旋上升運動在空間更為凸顯。

水稻空間開花時間比地面略有提前，但是灌漿時間延長了10多天，大部分穎殼不能關(guān)閉。開花時間和穎殼閉合均是水稻的重要農(nóng)藝性狀，二者在保障植物充分生殖生長和獲得高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)種子方面都有重要作用，此過程受到基因表達的調(diào)控，后續(xù)將利用返回樣品進一步分析。

在空間進行再生稻實驗并獲得再生稻的種子。從剪株20天后就可以再生出兩個稻穗，說明空間狹小的封閉環(huán)境中再生稻是可行的，為空間作物的高效生產(chǎn)提供了新的思路和實驗證據(jù)。該技術(shù)可以大大增加單位體積中的水稻產(chǎn)量，也是國際上首次在空間嘗試的再生稻技術(shù)。

首次對空間生物鐘調(diào)控光周期開花的關(guān)鍵基因進行研究。利用基因突變和轉(zhuǎn)基因的方法，構(gòu)建了3種不同開花時間的擬南芥，分別是：提前開花，延遲開花和正常開花（野生型），通過對空間擬南芥生長發(fā)育的圖普觀察與分析，發(fā)現(xiàn)開花關(guān)鍵基因?qū)ξ⒅亓Φ捻憫?yīng)與地面有明顯的差異，其中在地面提早開花的擬南芥在微重力條件下開花時間也大大延長。

此外，生物鐘基因突變后，空間擬南芥的下胚軸過度伸長，說明生物鐘基因表達對于維持擬南芥在空間生長的正常形態(tài)和適應(yīng)空間環(huán)境非常重要，為今后利用改造開花基因來促進植物適應(yīng)空間微重力環(huán)境提供了新方向。后續(xù)研究團隊將進一步利用返回材料對擬南芥適應(yīng)空間環(huán)境的分子基礎(chǔ)進行深入解析。

同時返回的還有4盒無容器材料實驗樣品。無容器材料實驗柜是國內(nèi)首個、國際上第二臺在軌成功運行的同類實驗設(shè)施，到目前為止已實現(xiàn)在軌穩(wěn)定運行590余天，順利完成了7盒材料樣品在軌實驗，成功加熱樣品73顆。通過長期在軌實驗，空間應(yīng)用系統(tǒng)突破并掌握了一系列關(guān)鍵技術(shù)，獲取了大量重要的科學(xué)數(shù)據(jù)，揭示了一批空間實驗新現(xiàn)象，并通過地面分析研究，產(chǎn)生了一些初步成果，在多個國際著名頂級期刊上發(fā)表多篇論文。

后續(xù)，科學(xué)家將繼續(xù)加快開展新型金屬合金深過冷凝固過程研究和熱物性參數(shù)測量，以獲得地面高性能制備工藝關(guān)鍵條件，指導(dǎo)地面新材料制備。

（原載于《人民日報》 2022-12-06 12版）

標簽： 生命周期 樣品采集 關(guān)鍵基因