中国空间站里的水稻和拟南芥发芽了！长势如何在此揭秘

周寰 设计

拟南芥和水稻种子，在中国空间站问天实验舱，成功萌发，长出了幼苗，也让中国科学家对于太空种植有了新希望。

2022年7月24日，中国空间站问天实验舱成功发射并与天和核心舱交会对接，问天实验舱搭载了生命生态实验柜、生物技术实验柜等科学实验柜。中国科学院分子植物科学卓越创新中心（以下简称“分子植物卓越中心”）郑慧琼研究团队承担了“微重力条件下高等植物开花调控的分子机理”生命科学实验项目。

7月28日，载有实验样品拟南芥种子和水稻种子的实验单元，由航天员安装至问天实验舱的生命生态通用实验模块中，通过地面程序注入指令于7月29日启动实验。这也是国际上首次对水稻在空间站从种子到种子全生命周期的培养研究。

拟南芥幼苗已长出叶子。本文均为中国科学院分子植物科学卓越创新中心 供图

高杆水稻幼苗已长至30厘米左右高，矮杆水稻也有5-6厘米高。

目前，空间站已成功启动了拟南芥和水稻的种子萌发，拟南芥幼苗已长出多片叶子，高杆水稻幼苗已长至30厘米左右高，矮杆水稻也有5-6厘米高，生长状态良好，后续将完成拟南芥和水稻在空间从种子到种子全生命周期的实验，并在实验过程中由航天员采集样品、冷冻保存，最终随航天员返回地面进行分析。

本次空间实验样品拟南芥和水稻是两种模式植物。

拟南芥代表双子叶、长日、十字花科植物， 很多蔬菜，比如青菜、油菜等都属于十字花科。而水稻代表单子叶、短日、禾本科植物，很多粮食类作物，比如小麦、玉米等属于禾本科。

空间站里的水稻长什么样？

记者在研究员提供的图片中发现，比起在地球上受重力影响长出的水稻苗，空间站内的矮株水稻在微重力情况下失去了“笔直的身姿”，变得有些软趴，高株水稻则更为杂乱一些。

微重力条件下水稻的生长发育情况组图

微重力情况下拟南芥的生长发育情况组图

本次实验的目标是完成拟南芥和水稻在空间站从种子到种子全生命周期的培养研究，探索利用空间环境因素控制植物的开花，来实现在较小的封闭空间中植物生产效率最大化的可能途径，同时通过航天员在轨采集样品，冷冻保存返回分析，鉴定空间微重力调控植物开花的关键枢纽基因并对其进行功能验证，为下一步构建适应空间微重力环境的高产优质农作物提供分子元件。

据郑慧琼介绍，目前拟南芥和水稻种子萌发正常，并已进入幼苗生长阶段，部分拟南芥已经开始抽苔，在空间站里水稻的生长受到比较明显的影响，比如叶的夹角变大，节间伸长生长受到抑制等，等总体发育进程符合预期，继续培养有望在空间站首次结出种子，预期是在航天员返回地面10-15天前进行采集，再低温保存带回地面。

实际上，从二十世纪五十年代人类发射第一颗人造地球卫星以来，如何利用植物保障人类在地外环境中生存所需要的食物、氧气和纯净水，成为空间生命科学最为关注的问题。

在过去六十多年中，科学家们对于在空间种植和栽培植物进行了大量的研究，在各种空间飞行器中进行了20多种植物的培养实验。早期人们的空间植物培养实验主要目标是如何在空间环境中养活植物，使其能够萌发、生长、开花和产生种子，如今这些目标都一一实现了。

目前科学家们的研究重点逐渐由对植物幼苗阶段的研究扩展至种子生产研究。但是，目前只有油菜、小麦和豌豆少数几种作物在空间完成了从种子到种子的实验。

同时，在空间条件下，植物开花时间延迟、开花数目少、种子结实率低和种子质量下降等问题仍然没有克服。

因此，迫切需要研究如何控制植物发育的关键环节开花的调控机理，为改进空间植物培养技术和探索更多的适应空间生命保障要求的粮食作物生产提供指导。

郑慧琼表示，希望通过本次研究，在国际上首次完成空间微重力条件下水稻从“种子到种子”全生命周期的培养实验，并获得水稻培养的关键环境参数，为进一步解析空间微重力对水稻生长发育的影响及分子基础，利用水稻进行空间粮食生产提供重要理论指导。

同时，研究团队希望通过转录组分析比较拟南芥和水稻两种模式植物在空间环境中开花途径关键基因的表达及其调控网络的变化，可以解析空间微重力对于长日和短日植物开花的分子机理，为进一步创制适应空间环境的作物和开发利用空间微重力环境资源提供理论依据。