水稻在问天实验舱生命生态实验柜通用生物培养模块中完成全生命周期不同发育阶段代表性图片。(数字表示注入营养液启动实验后的天数)
12月5日凌晨,圆满完成神舟十四号载人飞行任务的航天员陈冬、刘洋、蔡旭哲平安抵京,进入隔离恢复期。当日,随航天员在中国空间站经历了120天全生命周期的水稻和拟南芥种子也运抵中国科学院空间应用工程与技术中心,顺利交接至相关实验科学家手中。水稻种子在太空发芽、生长、开花、结籽,标志着我国在国际上首次完成水稻“从种子到种子”全生命周期空间培养实验。
水稻首次在太空开花结籽 水稻是人类主要的粮食作物,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,利用空间微重力进行水稻育种是空间植物学研究的重要方向之一。种子既是人类的粮食,也是繁殖下一代植物的载体,人类要在空间长期生存,就必须保证植物能够在空间完成世代交替。
此前,国际上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,没有能够在空间完成水稻全生命周期的培养。而在中国空间站问天实验舱内,中科院分子植物科学卓越创新中心郑慧琼研究团队开展的“微重力条件下高等植物开花调控的分子机理”项目瞄准了水稻和拟南芥两种植物。
神舟十四号飞行乘组在轨驻留期间,从2022年7月29日注入营养液启动实验,至11月25日结束实验,水稻和拟南芥种子在中国空间站内经历了120天的空间培育生长,完成了种子萌发、幼苗生长、开花结籽这一“从种子到种子”的发育全过程。
其间,航天员在轨进行了三次样品采集,包括孕穗期水稻样品、拟南芥开花期样品及水稻和拟南芥种子成熟期样品。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。12月4日,样品随航天员返回地面。按计划在北京交接后,样品转运至上海实验室中做进一步检测分析。
开花时间较地面略有提前
“通过对空间获取的图像分析并与地面对照,我们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、种子发育过程以及结实率等方面,均有影响。”郑慧琼说。
水稻在太空中的长势是科研人员关注的重点。在空间站微重力环境下生长的水稻,其多种农艺性状都与地面有所不同。水稻株型在空间变得更为松散,矮秆水稻变得更矮,高秆水稻的高度没有受到明显的影响;水稻在空间开花时间较地面略有提前,但灌浆时间延长了10多天;大部分的颖壳不能关闭。开花时间和颖壳闭合在保障植物充分的生殖生长、获得高产优质种子方面有重要作用,科研人员将利用返回样品进行进一步分析。
研究团队还在空间开展了再生稻实验,并获得再生稻的种子。“从剪株20天后就可以再生出2个稻穗,说明空间狭小的封闭环境中再生稻生长是可行的,这为空间作物的高效生产提供了新的思路和实验证据。”郑慧琼说,“这也是国际上首次在空间尝试运用再生稻技术。”
无容器材料实验进展顺利
本次随航天员返回地球的空间科学实验样品,除了3个生物样品冷包,还有1个无容器样品袋,其中装着4盒无容器材料实验样品。这是中国空间站无容器材料实验柜在微重力环境下开展实验产生的样品。
无容器材料实验柜是我国首个、国际上第二台在轨成功运行的同类实验设施,到目前为止已经实现在轨稳定运行590多天,顺利完成了7盒材料样品的在轨实验,成功加热样品73个。
中科院表示,通过长期在轨实验,空间应用系统突破并掌握了一系列关键技术,获取了大量重要的科学数据,揭示了一批空间实验新现象,并通过地面分析研究,产出了一些初步成果,在国际著名顶级期刊上发表了多篇论文。后续,科学家将继续加快开展新型金属合金深过冷凝固过程研究和热物性参数测量,以获得地面高性能制备工艺关键条件,指导地面新材料制备。