“目前，問天實驗艙高等植物實驗已成功啟動了擬南芥和水稻的種子萌發(fā)，擬南芥幼苗已長出多片葉子，高稈水稻幼苗已長至30厘米左右高，矮稈水稻也有5-6厘米高，生長狀態(tài)良好?！?月29日，在中科院召開的新聞發(fā)布會上，中科院分子植物卓越中心研究員鄭慧瓊介紹了我國空間站問天實驗艙高等植物培養(yǎng)實驗的最新進(jìn)展。
微重力條件下水稻的生長發(fā)育情況。
鄭慧瓊告訴記者，后續(xù)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(jìn)行分析。
對空間植物的研究擴(kuò)展到全生命周期
在過去60多年中，科學(xué)家對在空間種植和栽培植物，進(jìn)行了大量的研究，在各種空間飛行器中進(jìn)行了20多種植物的培養(yǎng)實驗。
“早期人們的空間植物培養(yǎng)實驗主要目標(biāo)是，如何在空間環(huán)境中養(yǎng)活植物，使其能夠萌發(fā)、生長、開花和產(chǎn)生種子，如今這些目標(biāo)都實現(xiàn)了。”鄭慧瓊說，一些基本的空間植物生物學(xué)問題，如植物的向性生長，根的形成、萌發(fā)，種子成分，基因和蛋白質(zhì)的表達(dá)變化等，也在此過程得到了較為深入的研究。
當(dāng)前，科學(xué)家的研究重點逐漸由對植物幼苗階段的研究擴(kuò)展至種子生產(chǎn)研究?！暗?，目前只有油菜、小麥和豌豆少數(shù)幾種作物在空間完成了從種子到種子實驗?！编嵒郗傉f，同時在空間條件下，植物開花時間延遲、開花數(shù)目少、種子結(jié)實率低和種子質(zhì)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(fā)育的關(guān)鍵環(huán)節(jié)開花的調(diào)控機(jī)理，為改進(jìn)空間植物培養(yǎng)技術(shù)和探索更多適應(yīng)空間生命保障要求的糧食作物生產(chǎn)提供指導(dǎo)。
2022年7月24日，我國空間站問天實驗艙成功發(fā)射并與天和核心艙交會對接，問天實驗艙搭載了生命生態(tài)實驗柜、生物技術(shù)實驗柜等科學(xué)實驗柜。鄭慧瓊研究團(tuán)隊承擔(dān)了“微重力條件下高等植物開花調(diào)控的分子機(jī)理”生命科學(xué)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(tài)通用實驗?zāi)K中，通過地面程序注入指令于7月29日啟動實驗。
探索微重力條件下植物開花調(diào)控的分子機(jī)理
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。
微重力條件下擬南芥的生長發(fā)育情況。
“本項目主要研究空間微重力條件下，擬南芥和水稻的開花調(diào)控的分子機(jī)理?！编嵒郗傉f，開花是植物結(jié)出新一代種子的前提。
微重力怎樣影響開花？微重力影響植物開花的分子機(jī)理是什么？能否利用微重力環(huán)境作用來控制植物的開花？
“我們的實驗要探索利用空間環(huán)境因素控制植物開花，從而尋找在較小的封閉空間中植物生產(chǎn)效率最大化的可能途徑?！编嵒郗傉f，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(diào)控植物開花的關(guān)鍵樞紐基因并對其進(jìn)行功能驗證，為下一步構(gòu)建適應(yīng)空間微重力環(huán)境的高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)農(nóng)作物提供分子元件。
鄭慧瓊希望，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(yǎng)實驗，并獲得水稻培養(yǎng)的關(guān)鍵環(huán)境參數(shù)，為進(jìn)一步解析空間微重力對水稻生長發(fā)育的影響及分子基礎(chǔ)，利用水稻進(jìn)行空間糧食生產(chǎn)提供重要理論指導(dǎo)。
同時，研究人員還將通過轉(zhuǎn)錄組分析，比較擬南芥和水稻兩種模式植物在空間環(huán)境中控制開花關(guān)鍵基因的表達(dá)及其調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的變化，解析空間微重力影響長日和短日植物開花的分子機(jī)理，為進(jìn)一步創(chuàng)制適應(yīng)空間環(huán)境的作物和開發(fā)利用空間微重力環(huán)境資源提供理論依據(jù)。
（文中圖片由中國科學(xué)院提供）
