最近，神舟十四號載人飛船返回艙在東風著陸場成功著陸。隨艙下行的載人空間站第三批空間科學實驗樣品在著陸場交付空間應用系統(tǒng)，包括3個生物樣品冷包和1個無容器樣品袋。
中科院分子植物科學卓越創(chuàng)新中心、中科院空間應用中心供圖，下同。
該批樣品于5日順利運抵中國科學院空間應用工程與技術中心，經(jīng)檢查確認返回樣品完好后，樣品順利交接至相關實驗科學家手中。其中就包括了經(jīng)過120天的空間培育生長，國際上首次在軌獲得的水稻種子。
水稻首次在太空結籽
水稻是人類主要的糧食作物，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，利用空間微重力進行水稻育種，是空間植物學研究的重要方向之一。種子既是人類的糧食，也是繁殖下一代植物的載體，人類要在空間長期生存，就必須要保證植物能夠在空間完成世代交替。
此前，國際上在空間只完成了擬南芥、油菜、豌豆和小麥“從種子到種子”的培養(yǎng)。而在中國空間站內(nèi)，“微重力條件下高等植物開花調(diào)控的分子機理”項目瞄準了水稻和擬南芥兩種植物。
神十四乘組在軌期間，從7月29日注入營養(yǎng)液啟動實驗，至11月25日結束實驗，水稻和擬南芥種子在中國空間站內(nèi)經(jīng)歷了120天的空間培育生長，完成了種子萌發(fā)、幼苗生長、開花結籽這一“從種子到種子”的發(fā)育全過程。這是國際上首次完成的水稻全生命周期培養(yǎng)實驗。
期間，航天員在軌進行了三次樣品采集，包括孕穗期水稻樣品、擬南芥開花期樣品及水稻和擬南芥種子成熟期樣品。采集后，開花或孕穗期樣品保存于零下80攝氏度的低溫存儲柜中，種子成熟期樣品保存于4攝氏度低溫存儲柜。
水稻和擬南芥的在軌實驗樣品分別裝在3個生物樣品冷包中，隨飛船返回地球。后續(xù)，科學家將對返回樣品進行分子生物學、細胞學和代謝等相關分析，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，為進一步創(chuàng)制適應空間環(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)。
水稻在太空開花時間提前
水稻在太空中的長勢是科研人員關注的重點。在空間站微重力環(huán)境下生長的水稻，其多種農(nóng)藝性狀都與地面有所不同。
其株型在空間變得更為松散，矮桿水稻變得更矮，高稈水稻的高度沒有受到明顯的影響；水稻在空間開花時間比地面略有提前，但灌漿時間延長了10多天；大部分的穎殼不能關閉。開花時間和穎殼閉合在保障植物充分的生殖生長、獲得高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)種子方面有重要作用，科研人員將利用返回樣品進行進一步分析。
此外，航天員還在空間站內(nèi)開展了再生稻實驗，并獲得了再生稻的種子，水稻剪株后僅20天就再生出了2個稻穗。研究人員認為，這為空間作物的高效生產(chǎn)提供了新的思路和實驗證據(jù)，該技術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。
擬南芥在太空也順利開花，科研人員首次對空間生物鐘調(diào)控光周期開花的關鍵基因進行研究。后續(xù)還將進一步利用返回材料，對擬南芥適應空間環(huán)境的分子基礎進行深入解析。
種子上天猶如“開盲盒”
航天育種也稱空間誘變育種，是將作物種子搭乘返回式航天器送到太空，利用太空特殊的環(huán)境誘變作用，使種子產(chǎn)生基因變異，再返回地面，經(jīng)過選育，形成特性穩(wěn)定的新品種。
之所以選擇“上天”，是因為自然界的基因變化發(fā)生非常緩慢，而太空為基因變異提供了一個絕佳的輻射場所。宇宙的環(huán)境遠比地球復雜，擁有宇宙射線微重力和高真空度等，在這種環(huán)境中引起植物基因變異的概率更高、程度更徹底、周期更短，可以為科學家們提供盡可能多的基因源材料，為育種按下“快捷鍵”。
而種子在太空發(fā)生的一切反應，對科學家來說就像是在“開盲盒”。因為在這趟種子們的“出差”過程中，哪顆種子能被宇宙射線擊中？基因?qū)⑷绾胃淖�？這些都是未知數(shù)。只有將經(jīng)歷了太空旅行的種子帶回地球進行后續(xù)觀察，一些種子的后代可能會長得又快又好，或者在病蟲害方面的抵抗力大幅提升。科研人員再根據(jù)其中“優(yōu)等生”的性狀表現(xiàn)，從中篩選出變異基因，并培育成為新品種。
被宇宙粒子擊中的“幸運兒”
“普通雜交稻需要150多天成熟，而‘錦優(yōu)90’生育期縮短了10多天，依舊可以做到優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)。”10月中旬，成都市新都區(qū)馬家鎮(zhèn)的稻田一片金黃。經(jīng)過農(nóng)業(yè)專家現(xiàn)場測產(chǎn)，這個由四川省農(nóng)業(yè)科學院生物技術核技術研究所和四川省水稻航天育種工程研究中心共同選育的航天優(yōu)質(zhì)稻新品種的表現(xiàn)十分出色。
在甘孜巴塘，同樣有過星際旅行經(jīng)歷的航天育種土豆新品種“紅美微”在這里落地生根。這種土豆看起來像紅薯，但鮮嫩多汁，削皮后就能吃，像水果一樣清香微甜，口感爽脆。
由此可見，航空育種的成果已在我們的生產(chǎn)生活中廣泛應用。而一粒種子經(jīng)過太空旅行，再來到老百姓的餐桌，這個過程并不容易。
由于載人航天工程的載荷資源非常珍貴，種子必須經(jīng)過純度、凈度、發(fā)芽率等標準嚴苛的篩選才能成為“天選之子”，跟隨著宇航員一同在太空“出差”。上了天的種子也不見得都能順利完成任務，根據(jù)統(tǒng)計，能順利完成基因突變的種子可能不到10%。有些種子在宇宙環(huán)境里并不發(fā)生變化，有的甚至會發(fā)生結實性降低、成熟期延長、甜份流失等負面的變化。
而那些被宇宙射線擊中且發(fā)生良性基因改變的“幸運兒”，回到地球后有時還要被送到全國各地多個生態(tài)區(qū)進行篩選、繁殖，再經(jīng)過多年、多個生態(tài)地點的測試，連年優(yōu)秀者經(jīng)過專門審定委員會的鑒定，才能最終來到市場，整個過程可能耗時6到8年。
資料顯示，自1987年中國首次將水稻、辣椒等農(nóng)作物種子送上太空后，目前我國已培育出700余個航天育種新品系、新品種，其中通過國家或省級審定的超過200個，年種植面積3000多萬畝，社會經(jīng)濟效益顯著。目前，我國太空育種的育成品種數(shù)量和推廣應用范圍處于世界第一位。
來源：中國日報、齊魯壹點
