周寰 設計

擬南芥和水稻種子，在中國空間站問天實驗艙，成功萌發，長出了幼苗，也讓中國科學家對于太空種植有了新希望。

2022年7月24日，中國空間站問天實驗艙成功發射并與天和核心艙交會對接，問天實驗艙搭載了生命生態實驗柜、生物技術實驗柜等科學實驗柜。中國科學院分子植物科學卓越創新中心（以下簡稱“分子植物卓越中心”）鄭慧瓊研究團隊承擔了“微重力條件下高等植物開花調控的分子機理”生命科學實驗項目。

7月28日，載有實驗樣品擬南芥種子和水稻種子的實驗單元，由航天員安裝至問天實驗艙的生命生態通用實驗模塊中，通過地面程序注入指令于7月29日啟動實驗。這也是國際上首次對水稻在空間站從種子到種子全生命周期的培養研究。

擬南芥幼苗已長出葉子。本文均為中國科學院分子植物科學卓越創新中心 供圖

高桿水稻幼苗已長至30厘米左右高，矮桿水稻也有5-6厘米高。

目前，空間站已成功啟動了擬南芥和水稻的種子萌發，擬南芥幼苗已長出多片葉子，高桿水稻幼苗已長至30厘米左右高，矮桿水稻也有5-6厘米高，生長狀態良好，后續將完成擬南芥和水稻在空間從種子到種子全生命周期的實驗，并在實驗過程中由航天員采集樣品、冷凍保存，最終隨航天員返回地面進行分析。

本次空間實驗樣品擬南芥和水稻是兩種模式植物。

擬南芥代表雙子葉、長日、十字花科植物， 很多蔬菜，比如青菜、油菜等都屬于十字花科。而水稻代表單子葉、短日、禾本科植物，很多糧食類作物，比如小麥、玉米等屬于禾本科。

空間站里的水稻長什么樣？

記者在研究員提供的圖片中發現，比起在地球上受重力影響長出的水稻苗，空間站內的矮株水稻在微重力情況下失去了“筆直的身姿”，變得有些軟趴，高株水稻則更為雜亂一些。

微重力條件下水稻的生長發育情況組圖

微重力情況下擬南芥的生長發育情況組圖

本次實驗的目標是完成擬南芥和水稻在空間站從種子到種子全生命周期的培養研究，探索利用空間環境因素控制植物的開花，來實現在較小的封閉空間中植物生產效率最大化的可能途徑，同時通過航天員在軌采集樣品，冷凍保存返回分析，鑒定空間微重力調控植物開花的關鍵樞紐基因并對其進行功能驗證，為下一步構建適應空間微重力環境的高產優質農作物提供分子元件。

據鄭慧瓊介紹，目前擬南芥和水稻種子萌發正常，并已進入幼苗生長階段，部分擬南芥已經開始抽苔，在空間站里水稻的生長受到比較明顯的影響，比如葉的夾角變大，節間伸長生長受到抑制等，等總體發育進程符合預期，繼續培養有望在空間站首次結出種子，預期是在航天員返回地面10-15天前進行采集，再低溫保存帶回地面。

實際上，從二十世紀五十年代人類發射第一顆人造地球衛星以來，如何利用植物保障人類在地外環境中生存所需要的食物、氧氣和純凈水，成為空間生命科學最為關注的問題。

在過去六十多年中，科學家們對于在空間種植和栽培植物進行了大量的研究，在各種空間飛行器中進行了20多種植物的培養實驗。早期人們的空間植物培養實驗主要目標是如何在空間環境中養活植物，使其能夠萌發、生長、開花和產生種子，如今這些目標都一一實現了。

目前科學家們的研究重點逐漸由對植物幼苗階段的研究擴展至種子生產研究。但是，目前只有油菜、小麥和豌豆少數幾種作物在空間完成了從種子到種子的實驗。

同時，在空間條件下，植物開花時間延遲、開花數目少、種子結實率低和種子質量下降等問題仍然沒有克服。

因此，迫切需要研究如何控制植物發育的關鍵環節開花的調控機理，為改進空間植物培養技術和探索更多的適應空間生命保障要求的糧食作物生產提供指導。

鄭慧瓊表示，希望通過本次研究，在國際上首次完成空間微重力條件下水稻從“種子到種子”全生命周期的培養實驗，并獲得水稻培養的關鍵環境參數，為進一步解析空間微重力對水稻生長發育的影響及分子基礎，利用水稻進行空間糧食生產提供重要理論指導。

同時，研究團隊希望通過轉錄組分析比較擬南芥和水稻兩種模式植物在空間環境中開花途徑關鍵基因的表達及其調控網絡的變化，可以解析空間微重力對于長日和短日植物開花的分子機理，為進一步創制適應空間環境的作物和開發利用空間微重力環境資源提供理論依據。