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在太空生长120天的水稻有啥不一样？“太空植物”生长有何奥秘？

12月4日20时09分，神舟十四号载人飞船返回舱在东风着陆场成功着陆，随舱下行的中国空间站第三批空间科学实验样品也在着陆场交付空间应用系统，其中就包括经历了120天空间培育生长、完成发育全过程的水稻和拟南芥种子。此次空间科学实验我国在国际上首次在轨完成了水稻“从种子到种子”的全生命周期培养获得了水稻种子

（图源：中科院）

那么，这120天的空间培育如何实现“从种子到种子”？微重力环境中生长的水稻和地面有啥不一样？

在轨“养”了120天

水稻是人类主要粮食作物之一，也是未来载人深空探测生命支持系统的主要候选粮食作物。种子既是人类的粮食，也是繁殖下一代植物的载体。但是，国际上之前在空间只完成了拟南芥、油菜、豌豆和小麦“从种子到种子”的培养，而作为主要粮食作物的水稻，此前未能在空间完成全生命周期培养。

而如今，我国不仅达成了水稻“从种子到种子”全生命周期空间站培养实验，而且还收获了再生稻，稻穗数目也超出了实验团队的预期。那么，这样的成果是如何实现的呢？

（图源：中科院）

这两种实验种子跟随问天实验舱发射升空后，从7月29日注入营养液启动实验，至11月25日结束实验。该项目共在轨开展实验120天，完成了拟南芥和水稻种子萌发、幼苗生长、开花结籽全生命周期培养实验。

中科院分子植物科学卓越创新中心研究员郑慧琼

升空之后，航天员就把这个实验单元安装到问天舱实验柜的生命生态实验柜里面，生命生态实验柜可以给植物提供光照，保持温度和湿度并进行气体控制。

上天之前它是干种子，在空间站中有一部分种子是自动浇水的，一部分是航天员给浇水的。通过浇水，种子发芽、生长，然后再开花、结籽，这两种植物都完成了全生命周期的培育。

空间环境对植物来讲是巨大的逆境环境，因为生命都是适应地球重力的，没有重力对植物来说是一个很大的挑战。

我们做了很多次试验，给种子提供合适的水分和营养，在品种上进行一些改造，控制生长环境。例如，选用了对抗微重力比较厉害的、抗逆性和抗缺氧能力比较强的水稻品种。最重要的还是空间站的生命生态实验柜，为这次更新的植物培养技术提供了非常好的培养环境。

其间，航天员在轨进行了3次样品采集：

9月21日

孕穗期水稻样品采集

10月12日

拟南芥开花期样品采集

11月25日

水稻和拟南芥种子成熟期样品采集

采集后，开花或孕穗期样品保存于-80℃低温存储柜中，种子成熟期样品保存于4℃低温存储柜中。

12月4日

样品随神舟十四号返回地面

（图源：中科院）

本次空间项目完成了三项试验项目：

01

在轨完成了水稻从种子萌发、幼苗生长、抽穗到结籽全生命周期培养实验，并通过获取图像进行分析；

02

完成了剪株后空间再生稻成功培育并结出成熟种子（二茬）；

03

完成了拟南芥种子萌发、幼苗生长和3个不同生物钟调控的开花关键基因对空间微重力响应的图像观察分析，并在轨采集了样品。

有啥新发现？

通过对空间获取的图像进行分析，并与地面对照比较，科研人员发现，空间微重力对水稻的多种农艺性状，包括株高、分蘖数、生长速率、水分调控、对光反应、开花时间、种子发育过程及结实率等有多方面影响。

（图源：中科院）

微重力环境下的水稻

①水稻株型在空间变得更为松散，主要是茎叶夹角变大。

②矮秆水稻变得更矮，高秆水稻的高度没有受到明显影响。

③生物钟控制的水稻叶片生长螺旋上升运动在空间更为凸显。

④水稻空间开花时间比地面略有提前，但灌浆时间延长了10多天，大部分颖壳不能关闭。

⑤?水稻从剪株20天后就可以再生出两个稻穗，这说明在空间狭小的封闭环境中再生稻是可行的。

（图源：中科院）

拟南芥的开花关键基因

①通过对空间拟南芥生长发育图谱的观察与分析发现，开花关键基因对微重力的响应与地面有明显差异，其中在地面提早开花的拟南芥在微重力条件下开花时间大大延长。

②生物钟基因突变后，空间拟南芥的下胚轴过度伸长，说明生物钟基因表达对于维持拟南芥在空间生长的正常形态和适应空间环境非常重要。

关于“太空植物”的四问四答

了解了在太空环境下，水稻“从种子到种子”全生命周期培育的实验过程，是不是对其中的奥秘更好奇了？以下是关于“太空植物”的四问四答，你想问的都有答案！

跟随神十四乘组返回的水稻和拟南芥样品已经交付了科研机构。那么，对水稻和拟南芥样品将开展哪些后续研究？

答

目前，返回水稻和拟南芥样品一部分已做固定处理，水稻种子将带回实验室继续培养。

①要对冷冻的植株进行一些组学分析报告，分析它的转录组研究和基因表达。

②要做一个蛋白质组的变化分析。

③一方面要观察种子后代的活力如何，另一方面也要看它的营养物质有没有变化，后续也要做进一步分析。

问：在空间站里种植植物，这些植物是如何得到充足的光照呢？

答：此次开展的实验，植物是在问天舱的实验柜里