高等植物能否在太空结果? 科学家在问天实验舱做了这项实验

高等植物能否在太空结果? 科学家在问天实验舱做了这项实验

发布日期:2022-08-30 07:17    点击次数:192

  作者: 金叶子

  植物开花结果离不开地球上的环境,进入太空后,它们将如何生长?

  在过去六十多年中,科学家们对于在空间种植和栽培植物进行了大量研究,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,如今这些目标都一一实现了。

  现在科学家们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,不过目前只有油菜、小麦和豌豆少数几种作物在空间完成了从种子到种子的实验,因此,仍然需要更多实验来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、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。

  我国载人航天事业的发展,也为更进一步的空间生命科学实验提供了可能。

  植物患“航天综合征”后怎么生长

  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。中国科学院分子植物科学卓越创新中心(下称“分子植物卓越中心”)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。

  分子植物卓越中心研究员、问天舱“微重力条件下高等植物开花调控的分子机理”实验项目负责人郑慧琼对第一财经在内的媒体介绍,该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。“开花”是植物结出新一代种子的前提。农作物的种子既是粮食,也是繁殖下一代的载体。随着载人深空探测的发展深入,比如登陆火星,要想真正解决人类长期空间探索的粮食保障问题,不可能单纯依靠从地球上携带粮食来满足航天员长期的空间生活和工作需求,必须要解决在空间生产粮食这一难题。

  目前,该项目已成功启动了拟南芥和水稻的种子萌发, 全国直播平台快三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,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。

  和人进入太空后一样,植物也会有一些“航天综合征”,那么在空间中,高等植物如何从种子到种子?

  这个项目聚焦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这三个关键问题,通过分析比较微重力在植物开花过程中的作用,获取微重力调控开花的分子基础与关键基因的表达变化,进一步解析空间微重力条件下长日和短日植物开花基因表达的调控网络及二者在植物对空间环境适应性中的作用机理。

  郑慧琼表示,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。

  中科院院士、分子植物卓越中心主任韩斌接受第一财经记者采访时表示,虽然空间中植物从种子到种子的实验2016年就完成了,不过是十字花科的植物,当时条件也有限。现在有了问天实验舱可以更长时间地培养植物,这就给这次选取粮食作物——水稻培养提供可能,特别是看它在微重力、密闭条件下如何生长。“种子的遗传稳定性还连续着很多代,所以这个研究的意义就在于它是一个全新的环境来研究它的生长规律。”

  问天实验舱提供了更多空间

  搭载了生命生态实验柜、生物技术实验柜等科学实验柜的问天实验舱,如今运行情况如何?

  中科院空间应用中心研究员、载人航天工程空间应用系统问天实验舱主任设计师赵黎平对第一财经在内的媒体介绍,截至目前,各有效载荷状态良好、工作稳定。

  具体来看,科学实验柜初始状态设置、基本功能测试正常,在轨测试有序开展;随舱发射科学实验项目在轨实验按计划开展;空间环境保障及时有力;地面系统运行高效稳定;后续各项工作安排有序推进。

  赵黎平介绍,航天员于7月28日完成了生命生态实验柜通用生物培养模块解锁、状态设置、辐射测量模块和植物培养单元安装。8月8日和8月12日,航天员完成了变重力科学实验柜、科学手套箱、低温存储装置、生物技术实验柜的解锁和组装。组装完成后,变重力科学实验柜、科学手套箱、低温存储装置开展了既定的在轨测试内容,通过下行遥测数据和工程数据判断,相关科学实验柜及科学实验系统工作正常,载荷状态良好。

  7月28日,航天员完成了生命生态实验柜科学实验单元(含实验样品)在通用生物培养实验模块中的安装,随后开展拟南芥和水稻种子的注水,开始在轨实验,温度、湿度、光照控制正常。通过下行的图像数据分析判断,水稻和拟南芥种子萌发后生长状态正常,后续按计划开展培养和在轨实验。

  赵黎平透露,8月~10月,将开展生命生态实验柜在轨实验,生物技术实验柜、生命生态实验柜定期模块巡检,以及变重力科学实验柜、科学手套箱与低温存储柜在轨测试。

  “我们的计划是航天员返回前10~15天采集这个种子,最后返回的时候航天员再带回来。”郑慧琼说。

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