最近，神舟十四號載人飛船返回艙在東風(fēng)著陸場成功著陸。隨艙下行的載人空間站第三批空間科學(xué)實驗樣品在著陸場交付空間應(yīng)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(xué)卓越創(chuàng)新中心、中科院空間應(yīng)用中心供圖，下同。
該批樣品于5日順利運抵中國科學(xué)院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心，經(jīng)檢查確認返回樣品完好后，樣品順利交接至相關(guān)實驗科學(xué)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(jié)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(xué)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(zhǔn)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(jié)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(jié)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(xué)家將對返回樣品進行分子生物學(xué)、細胞學(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)。
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(guān)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(guān)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(shù)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(shù)。
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(guān)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(yīng)空間環(huán)境的分子基礎(chǔ)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(fù)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(xué)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(yīng)，對科學(xué)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(xué)院生物技術(shù)核技術(shù)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(yīng)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(biāo)準(zhǔn)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(wù)，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?xí)l(fā)生結(jié)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(yīng)用范圍處于世界第一位。
來源：中國日報、齊魯壹點
