新闻资讯 · 2022年 8月 15日

【Telegram中文版】空间站植物长势如何?科学家:水稻已长至30厘米【Telegram中文官网】

科技日报记者 陆成宽

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“目前,问天实验舱高等植物实验已成功启动了拟南芥和水稻的种子萌发,拟南芥幼苗已长出多片叶子,高秆水稻幼苗已长至30厘米左右高,矮秆水稻也有5-6厘米高,生长状态良好。”8月29日,在中科院召开的新闻发布会上,中科院分子植物卓越中心研究员郑慧琼介绍了我国空间站问天实验舱高等植物培养实验的最新进展。

空间站植物长势如何?科学家:水稻已长至30厘米

微重力条件下水稻的生长发育情况。

郑慧琼告诉记者,后续将完成拟南芥和水稻在空间从种子到种子全生命周期的实验,并在实验过程中由航天员采集样品、冷冻保存,最终随航天员返回地面进行分析。

对空间植物的研究扩展到全生命周期

在过去60多年中,科学家对在空间种植和栽培植物,进行了大量的研究,在各种空间飞行器中进行了20多种植物的培养实验。

“早期人们的空间植物培养实验主要目标是,如何在空间环境中养活植物,使其能够萌发、生长、开花和产生种子,如今这些目标都实现了。”郑慧琼说,一些基本的空间植物生物学问题,如植物的向性生长,根的形成、萌发,种子成分,基因和蛋白质的表达变化等,也在此过程得到了较为深入的研究。

当前,科学家的研究重点逐渐由对植物幼苗阶段的研究扩展至种子生产研究。“但是,目前只有油菜、小麦和豌豆少数几种作物在空间完成了从种子到种子实验。”郑慧琼说,同时在空间条件下,植物开花时间延迟、开花数目少、种子结实率低和种子质量下降等问题仍然没有克服。

因此,迫切需要研究如何控制植物发育的关键环节开花的调控机理,为改进空间植物培养技术和探索更多适应空间生命保障要求的粮食作物生产提供指导。

2022年7月24日,我国空间站问天实验舱成功发射并与天和核心舱交会对接,问天实验舱搭载了生命生态实验柜、生物技术实验柜等科学实验柜。郑慧琼研究团队承担了“微重力条件下高等植物开花调控的分子机理”生命科学实验项目。

7月28日,载有实验样品拟南芥种子和水稻种子的实验单元,由航天员安装至问天实验舱的生命生态通用实验模块中,通过地面程序注入指令于7月29日启动实验。

探索微重力条件下植物开花调控的分子机理

本次空间实验样品拟南芥和水稻是两种模式植物。

拟南芥代表双子叶、长日、十字花科植物,很多蔬菜,比如青菜、油菜等都属于十字花科。而水稻代表单子叶、短日、禾本科植物,很多粮食类作物,比如小麦、玉米等属于禾本科。

空间站植物长势如何?科学家:水稻已长至30厘米

微重力条件下拟南芥的生长发育情况。

“本项目主要研究空间微重力条件下,拟南芥和水稻的开花调控的分子机理。”郑慧琼说,开花是植物结出新一代种子的前提。

微重力怎样影响开花?微重力影响植物开花的分子机理是什么?能否利用微重力环境作用来控制植物的开花?

“我们的实验要探索利用空间环境因素控制植物开花,从而寻找在较小的封闭空间中植物生产效率最大化的可能途径。”郑慧琼说,同时通过航天员在轨采集样品,冷冻保存返回分析,鉴定空间微重力调控植物开花的关键枢纽基因并对其进行功能验证,为下一步构建适应空间微重力环境的高产优质农作物提供分子元件。

郑慧琼希望,通过本次研究,在国际上首次完成空间微重力条件下水稻从种子到种子全生命周期的培养实验,并获得水稻培养的关键环境参数,为进一步解析空间微重力对水稻生长发育的影响及分子基础,利用水稻进行空间粮食生产提供重要理论指导。

同时,研究人员还将通过转录组分析,比较拟南芥和水稻两种模式植物在空间环境中控制开花关键基因的表达及其调控网络的变化,解析空间微重力影响长日和短日植物开花的分子机理,为进一步创制适应空间环境的作物和开发利用空间微重力环境资源提供理论依据。

(文中图片由中国科学院提供)