中國空間站第三批空間科學(xué)實(shí)驗樣品12月4日晚隨神舟十四號飛船返回艙返回地面，在著(zhù)陸場(chǎng)交付中科院牽頭負責的中國載人航天工程空間應用系統。這批樣品中就包括經(jīng)歷120天全生命周期的水稻和擬南芥種子，并于5日運抵北京確認完好后交付相關(guān)實(shí)驗科學(xué)家。
中科院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng )新中心介紹說(shuō)，該中心鄭慧瓊研究團隊承擔中國空間站“微重力條件下高等植物開(kāi)花調控的分子機理”生命科學(xué)項目，國際上首次在軌開(kāi)展水稻從種子到種子全生命周期培養實(shí)驗。同時(shí)，基于開(kāi)花是結種子的前提，研究團隊還利用模式植物擬南芥，系統研究空間微重力對植物開(kāi)花的影響。
本次在軌實(shí)驗共歷時(shí)120天，從2022年7月29日注入營(yíng)養液?jiǎn)?dòng)至11月25日結束，完成擬南芥和水稻種子萌發(fā)、幼苗生長(cháng)、開(kāi)花結籽全生命周期的培養。實(shí)驗期間，航天員在軌進(jìn)行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(kāi)花期樣品采集、11月25日水稻和擬南芥種子成熟期樣品采集。
樣品采集后，開(kāi)花或孕穗期樣品保存于-80℃低溫存儲柜中，種子成熟期樣品保存于4℃低溫存儲柜。按計劃，這些樣品隨神舟十四號返回地面完成交接后，將轉運至上海的實(shí)驗室中做進(jìn)一步檢測分析。
空間再生水稻的過(guò)程圖像，圖中的時(shí)間為剪株后的天數?！≈锌圃悍肿又参锟茖W(xué)卓越創(chuàng )新中心 供圖完成三大實(shí)驗內容并與地面對照比較
鄭慧瓊研究員指出，本次空間項目主要完成三項實(shí)驗內容：
一是在軌完成水稻從種子萌發(fā)、幼苗生長(cháng)、抽穗和結籽全生命周期的培養實(shí)驗并通過(guò)獲取圖像進(jìn)行分析；
二是完成剪株后空間再生稻成功培育并結出成熟的種子(二茬)。
三是在軌完成擬南芥種子萌發(fā)、幼苗生長(cháng)和不同三個(gè)生物鐘調控的開(kāi)花關(guān)鍵基因對空間微重力響應的圖像觀(guān)察分析并在軌采集了樣品。
研究團隊通過(guò)對空間獲取的圖像分析，并與地面對照比較，發(fā)現空間微重力對水稻的多種農藝性狀，包括株高、分蘗數、生長(cháng)速率、水分調控、對光反應、開(kāi)花時(shí)間、種子發(fā)育過(guò)程以及結實(shí)率等產(chǎn)生多方面影響。
中科院空間應用中心，返回樣品順利交接相關(guān)實(shí)驗科學(xué)家?！≈锌圃嚎臻g應用中心 供圖太空育種實(shí)驗收獲一系列初步發(fā)現
鄭慧瓊表示，這次在中國空間站開(kāi)展的育種實(shí)驗已取得多項初步的重要發(fā)現，主要包括以下四個(gè)方面：
一是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(méi)有受到明顯的影響。此外，生物鐘控制的水稻葉片生長(cháng)螺旋上升運動(dòng)在空間更為凸顯。
二是水稻空間開(kāi)花時(shí)間比地面略有提前，但灌漿時(shí)間延長(cháng)了10多天，大部分穎殼不能關(guān)閉。開(kāi)花時(shí)間和穎殼閉合均是水稻的重要農藝性狀，二者在保障植物充分的生殖生長(cháng)是獲得高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)種子方面都有重要作用，此過(guò)程受到基因表達的調控，后續將利用返回樣品進(jìn)一步分析。
中科院分子植物卓越中心鄭慧瓊研究員對返回實(shí)驗樣品進(jìn)行分解與固化?！≈锌圃嚎臻g應用中心 供圖三是在空間進(jìn)行再生稻實(shí)驗并獲得再生稻的種子。從剪株20天后就可以再生出2個(gè)稻穗，說(shuō)明空間狹小的封閉環(huán)境中再生稻可行，這也為空間作物的高效生產(chǎn)提供新的思路和實(shí)驗證據。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)。
四是首次對空間生物鐘調控光周期開(kāi)花的關(guān)鍵基因進(jìn)行研究。利用基因突變和轉基因的方法，構建了3種不同開(kāi)花時(shí)間的擬南芥，分別是提前開(kāi)花、延遲開(kāi)花和正常開(kāi)花(野生型)，通過(guò)對空間擬南芥生長(cháng)發(fā)育的圖普觀(guān)察與分析，發(fā)現開(kāi)花關(guān)鍵基因對微重力的響應與地面有明顯的差異，其中在地面提早開(kāi)花的擬南芥在微重力條件下開(kāi)花時(shí)間也大大的延長(cháng)。
此外，生物鐘基因突變后，空間擬南芥的下胚軸過(guò)度伸長(cháng)，說(shuō)明生物鐘基因表達對于維持擬南芥在空間生長(cháng)的正常形態(tài)和適應空間環(huán)境非常重要，為今后利用改造開(kāi)花基因來(lái)促進(jìn)植物適應空間微重力環(huán)境提供了新方向。研究團隊后續將進(jìn)一步利用返回材料對擬南芥適應空間環(huán)境的分子基礎進(jìn)行深入解析。(完)
