太空收獲的水稻回來了！我國完成世界首次太空水稻全生命周期培育

12月5日，在中科院空間應(yīng)用中心，科研人員對樣品進(jìn)行分解與固化。（圖源：新華社）

【華夏經(jīng)緯網(wǎng)綜合報(bào)道】星空浩瀚無比，探索永無止境。北京時(shí)間12月4日，神舟十四號載人飛船返回艙在東風(fēng)著陸場成功著陸，在太空中經(jīng)歷120天全生命周期的水稻和擬南芥種子也回來了。這是中國在國際上首次完成水稻“從種子到種子”(在太空發(fā)芽、開花、結(jié)實(shí))全生命周期培育，成功收獲太空水稻種子。

我國在空間站培育出水稻種子

水稻作為人類主要的糧食作物，養(yǎng)活世界上近一半的人口，也是未來載人深空探測生命支持系統(tǒng)的主要候選糧食作物。人類要在太空長期生存，就必須要保證植物能夠在太空完成世代交替，成功繁殖種子。

但是，之前國際上在太空只完成了擬南芥、油菜、豌豆和小麥“從種子到種子”的培養(yǎng)，而主要糧食作物水稻，此前尚沒有能夠在太空完成水稻全生命周期的培養(yǎng)。

在中國空間站生命科學(xué)項(xiàng)目中，中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心鄭慧瓊研究團(tuán)隊(duì)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”，瞄準(zhǔn)水稻和擬南芥兩種植物。可喜的是，我國不僅達(dá)成了水稻“從種子到種子”全生命周期空間站培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，而且還收獲了再生稻，稻穗數(shù)目也超出了實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)的預(yù)期。

這是空間水稻原生稻和再生稻的圖片，顯示空間稻穗與穎殼張開的表型。（圖源：新華社）

水稻和擬南芥在太空經(jīng)歷了什么

從7月29日注入營養(yǎng)液啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)，至11月25日結(jié)束，“微重力條件下高等植物開花調(diào)控的分子機(jī)理”項(xiàng)目共開展在軌實(shí)驗(yàn)120天。水稻和擬南芥種子都完成了萌發(fā)、幼苗生長、開花結(jié)籽全生命周期的培養(yǎng)。實(shí)驗(yàn)期間，神舟十四號航天員在軌進(jìn)行了三次樣品采集，包括孕穗期水稻樣品采集、擬南芥開花期樣品采集、水稻和擬南芥種子成熟期樣品采集。采集后，開花或孕穗期樣品保存于零下80攝氏度低溫存儲柜中，種子成熟期樣品保存于4攝氏度低溫存儲柜。

據(jù)悉，送種子上太空的航天育種思路源于電離輻射育種。與傳統(tǒng)地面誘變育種相比，太空育種具有變異率高、變異幅度大、有益變異多、穩(wěn)定性能強(qiáng)等特點(diǎn)，因而能夠培育出高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、早熟、多抗良種?？稍谳^短的時(shí)間內(nèi)大大提高農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)，創(chuàng)造出許多新品種。

目前，跟隨神舟十四號返回地球的水稻和擬南芥樣品一部分已做固定處理，水稻種子將帶回中科院分子植物卓越中心實(shí)驗(yàn)室繼續(xù)培養(yǎng)?？茖W(xué)家將對返回樣品進(jìn)行分子生物學(xué)、細(xì)胞學(xué)和代謝等相關(guān)分析，通過檢測及分析研究，解析空間微重力對于擬南芥和水稻作用的規(guī)律和分子基礎(chǔ)，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)。

12月5日，在中國科學(xué)院空間應(yīng)用中心，空間應(yīng)用中心科研人員（左）向分子植物卓越中心科研人員交接樣品。（圖源：新華社）

太空育種實(shí)驗(yàn)有多項(xiàng)重要發(fā)現(xiàn)

通過對空間獲取的圖像分析，并與地面對照比較，發(fā)現(xiàn)空間微重力對水稻的多種農(nóng)藝性狀，包括株高、分蘗數(shù)、生長速率、水分調(diào)控、對光反應(yīng)、開花時(shí)間、種子發(fā)育過程以及結(jié)實(shí)率等產(chǎn)生多方面影響。

在軌實(shí)驗(yàn)初步發(fā)現(xiàn)，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，高稈水稻的高度沒有受到明顯的影響。此外，生物鐘控制的水稻葉片生長螺旋上升運(yùn)動(dòng)在空間更為凸顯。

科研人員還發(fā)現(xiàn)，水稻空間開花時(shí)間比地面略有提前，但灌漿時(shí)間延長了十多天，大部分穎殼不能關(guān)閉。此過程受到基因表達(dá)的調(diào)控，后續(xù)將利用返回樣品進(jìn)一步分析。

與此同時(shí)，科研人員還在在空間進(jìn)行再生稻實(shí)驗(yàn)并獲得再生稻的種子。這是國際上首次在空間嘗試的再生稻技術(shù)，也為空間作物的高效生產(chǎn)提供新的思路和實(shí)驗(yàn)證據(jù)。

此外，科研人員首次對空間生物鐘調(diào)控光周期開花的關(guān)鍵基因進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)開花關(guān)鍵基因?qū)ξ⒅亓Φ捻憫?yīng)與地面有明顯的差異，其中在地面提早開花的擬南芥在微重力條件下開花時(shí)間也大大延長。

12月5日，在中科院空間應(yīng)用中心生物實(shí)驗(yàn)室，中科院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心鄭慧瓊研究員處理從太空歸來的擬南芥樣品。（圖源：新華社）

中國空間站開辟太空育種新領(lǐng)域

眾所周知，中國人對于在太空種菜這件事是有執(zhí)念的。從1987年我國首次把植物種子送上太空迄今，先后利用各類航天器，搭載植物種子、菌種、試管苗等4000余種，培育出了超過200個(gè)通過審定的新品種，種植總面積超過240萬公頃，創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益2000億元以上。除糧食、蔬菜、水果、油料等農(nóng)作物品種外，還創(chuàng)制出林草花卉、中草藥新品種和制藥、釀酒等微生物新菌種，獲得了廣泛應(yīng)用和良好的社會(huì)效益。

正是中國航天科技的不斷突破，支撐著中國航天事業(yè)不斷刷新紀(jì)錄。2006年9月，中國首顆也是全球第一顆專門用于太空育種研究的返回式衛(wèi)星“實(shí)踐八號”將有史以來最大規(guī)模的一批種子送入地球軌道。這次“專乘”堪稱我國太空育種領(lǐng)域的里程碑式事件。2020年11月，“嫦娥五號”月球探測器載運(yùn)一批稻種經(jīng)歷了一趟地球和月球的來回之旅，實(shí)現(xiàn)了水稻種子深空搭載的首次突破。這些上過月球的水稻種子返回地球后，在試驗(yàn)田成功栽種獲得收成。

中國航天育種事業(yè)經(jīng)過30余年發(fā)展，在育成品種的數(shù)量和推廣應(yīng)用范圍處于世界第一位。通過航天育種技術(shù)，有的農(nóng)作物生長周期縮短了、有的增加了作物抗病性、有的增加了產(chǎn)量、有的植株高矮及果實(shí)的顏色大小發(fā)生了變化。比如太空香蕉“航蕉一號”的培育，產(chǎn)量接近翻倍的同時(shí)，讓香蕉的生長周期時(shí)間從13個(gè)月縮短到了9個(gè)多月。此外，還有維生素C含量提升1.8倍的辣椒，產(chǎn)量提高三成的西紅柿等。

而今，航天育種搭載試驗(yàn)仍在繼續(xù)，對于新材料、新種質(zhì)的探索也在持續(xù)進(jìn)行中。隨著我國空間站時(shí)代的到來，航天育種將開辟一個(gè)連接太空和地面、未來與現(xiàn)實(shí)的全新領(lǐng)域！

(資料來源：央視新聞、中新網(wǎng)、人民日報(bào)、農(nóng)民日報(bào))