5月24日，神舟二十三號(hào)載人飛船成功發(fā)射，水稻種子等實(shí)驗(yàn)材料隨船飛赴中國(guó)空間站。后續(xù)，中國(guó)空間站將開(kāi)展“空間水稻多代遺傳穩(wěn)定性與環(huán)境適應(yīng)性調(diào)控的分子機(jī)理研究”實(shí)驗(yàn)。
本次實(shí)驗(yàn)將首次在軌實(shí)現(xiàn)兩代水稻培養(yǎng)，有望在太空完成從種子到種子、再到新一代種子的完整生長(zhǎng)閉環(huán)，解析長(zhǎng)期空間微重力環(huán)境對(duì)水稻遺傳穩(wěn)定性的影響。這意味著在未來(lái)深空探測(cè)的征程里將可能實(shí)現(xiàn)糧食原位生產(chǎn)。
這是第一次把水稻種子送上太空嗎？在太空種水稻和地球上有什么區(qū)別？本次實(shí)驗(yàn)主要研究什么？為什么選擇將水稻種子送上太空而不是其他糧食作物？帶著上述問(wèn)題，科技日?qǐng)?bào)記者采訪了相關(guān)專家。
第一問(wèn)：這是水稻種子第一次上太空嗎？
“這次將水稻種子送往空間站，并非我國(guó)首次在軌開(kāi)展水稻實(shí)驗(yàn)?！敝袊?guó)科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心研究員鄭慧瓊介紹，早在2022年，水稻種子就曾被帶上太空，完成了從種子萌發(fā)、生長(zhǎng)發(fā)育到收獲新種子的完整生命周期，所獲種子隨神舟十四號(hào)乘組返回地面。
此次送上太空的種子，包含兩類材料：一類是上次在空間站收獲的種子返回地面后連續(xù)種植兩茬所繁衍的后代，其“祖先”曾經(jīng)歷過(guò)太空環(huán)境；另一類則是從未上過(guò)天的普通種子。
本次實(shí)驗(yàn)共設(shè)置4個(gè)單元，每個(gè)單元播下6?；閭浞莸姆N子。4個(gè)單元又分成兩組，分別對(duì)應(yīng)水稻的兩種繁殖方式。其中一組將開(kāi)展有性繁殖，讓種子成熟后收獲稻穗，再將稻穗轉(zhuǎn)移至新培養(yǎng)盒中進(jìn)行二代種植，考察經(jīng)過(guò)有性過(guò)程的“跨代記憶”，即祖先上過(guò)天的種子是否比從未上過(guò)天的更能適應(yīng)空間環(huán)境。另外一組則采用再生稻模式，在成熟后從根部割除地上部分，讓根茬重新萌發(fā)新稻，相當(dāng)于延長(zhǎng)同一植株的生長(zhǎng)時(shí)間，比較營(yíng)養(yǎng)繁殖與有性繁殖在空間環(huán)境下的適應(yīng)性差異。
“與上次僅在軌完成一代繁殖不同，本次實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵在于讓水稻在微重力條件下連續(xù)繁殖兩代，以此觀察重力環(huán)境變化對(duì)跨代遺傳的影響。”鄭慧瓊說(shuō)。
第二問(wèn)：太空種水稻和地球上有什么區(qū)別？
地球上所有生物都是在恒定的重力環(huán)境下進(jìn)化而來(lái)的，從形態(tài)結(jié)構(gòu)、代謝水平到遺傳機(jī)制都與這一恒定的重力相適應(yīng)，例如植物總是莖向上長(zhǎng)、根向下扎。而空間站的微重力環(huán)境使重力從“常量”變?yōu)椤白兞俊?，生物的代謝和生命活動(dòng)會(huì)發(fā)生顯著變化，遺傳機(jī)制也可能隨之改變，但這種改變需要長(zhǎng)期觀察。
鄭慧瓊解釋，地上發(fā)育的種子在空間站結(jié)出新種子后，如果新種子不返回地面接受重力刺激，直接在微重力環(huán)境下再繁殖一代，就可以清晰揭示重力變化在水稻世代繁衍過(guò)程中的作用。這不僅能增進(jìn)對(duì)重力影響生命機(jī)制的認(rèn)知，更關(guān)系到人類未來(lái)能否實(shí)現(xiàn)地外原位糧食生產(chǎn)。一旦離開(kāi)近地軌道走向更遠(yuǎn)的星球，靠地球補(bǔ)給糧食難以持續(xù)，必須利用農(nóng)作物原位生產(chǎn)。
然而，如果太空種植的種子一代代退化，就無(wú)法保證優(yōu)良品種的穩(wěn)定供給?！耙虼耍谡嬲~向深空前，需要利用空間站弄清楚水稻是逐漸適應(yīng)空間環(huán)境，還是出現(xiàn)代際衰退，并探索維持品種穩(wěn)定可靠的措施?！编嵒郗傉f(shuō)。
第三問(wèn)：為什么選擇將水稻送上太空？
之所以選擇水稻而非其他糧食作物作為研究對(duì)象，鄭慧瓊說(shuō)，主要基于4個(gè)原則：適應(yīng)性強(qiáng)、生長(zhǎng)周期短、產(chǎn)量較高、株型相對(duì)較矮但不至于影響產(chǎn)量。這次搭載的是我國(guó)自己的粳稻品種，屬于模式水稻，其基因和分子機(jī)制研究基礎(chǔ)都很扎實(shí)。
“在天上開(kāi)展實(shí)驗(yàn)本就充滿未知，如果選擇一個(gè)地面尚未研究清楚的品種，等于雙重未知，難以分析結(jié)果。而選用地面研究背景清楚的材料，一旦在太空出現(xiàn)變化就能快速識(shí)別，有助于取得清晰的實(shí)驗(yàn)結(jié)論?！编嵒郗傉f(shuō)，空間站種水稻最大的困難還是微重力。植物和人一樣會(huì)“暈”，水稻所反映出的普遍規(guī)律，一定程度上也可為其他植物提供借鑒。
本次實(shí)驗(yàn)中，航天員不僅要采集稻穗和種子，還要將莖葉等樣品置于-80℃環(huán)境中凍存帶回。通過(guò)表型和分子層面的綜合分析，研究微重力引起的深層次變化，并探索能否通過(guò)生物技術(shù)手段對(duì)微重力的影響加以干預(yù)，為地外環(huán)境下的品種培育提供依據(jù)。同時(shí)，這類空間研究還能反哺地面農(nóng)業(yè)。太空的極端環(huán)境相當(dāng)于一種全新的脅迫條件，有可能促使水稻表現(xiàn)出在地面難以觀察到的性狀，發(fā)現(xiàn)新的基因資源，從而用于育種，培育抗旱、耐鹽堿等優(yōu)良品種。
（責(zé)任編輯：蔡文斌）
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