太空水稻回家了，長這樣

12月4日，中國空間站的水稻和擬南芥實驗樣品，隨神舟十四號載人飛船返回艙返回地面。至此，中國科學家在國際上首次完成了水稻“從種子到種子”全生命周期培養實驗。按計劃，水稻實驗樣品計劃在北京交接后，將轉運至上海實驗室中做進一步檢測分析。

科研人員對返回科學實驗樣品進行分解與固化。中國科學院空間應用中心供圖

空間水稻原生稻和再生稻圖片，顯示空間稻穗與穎殼張開的表型。中國科學院分子植物科學卓越創新中心供圖

太空里種主糧

水稻是人類主要的糧食作物，養活了世界上近一半的人口，也是未來載人深空探測生命支持系統的主要候選糧食作物。利用空間微重力進行水稻育種也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，成功繁殖種子。

但是，之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，而主要糧食作物水稻，此前沒有能夠在空間完成水稻全生命周期的培養。

在我國空間站生命科學項目中，中國科學院分子植物科學卓越創新中心研究員鄭慧瓊團隊承擔了“微重力條件下高等植物開花調控的分子機理”，在國際上首次開展水稻從種子到種子全生命周期培養實驗。同時，由于開花是結種子的前提，研究團隊還利用模式植物擬南芥，系統地研究了空間微重力對植物開花的影響。

在軌“養”了120天

從2022年7月29日注入營養液啟動實驗，至11月25日結束實驗，該項目共在軌開展實驗120天，完成了擬南芥和水稻種子萌發、幼苗生長、開花結籽全生命周期的培養實驗。

期間，航天員在軌進行了三次樣品采集，包括9月21日孕穗期水稻樣品采集，10月12日擬南芥開花期樣品采集和11月25日水稻和擬南芥種子成熟期樣品采集。

采集后，開花或孕穗期樣品保存于-80℃低溫存儲柜中，種子成熟期樣品保存于4℃低溫存儲柜，并于12月4日將隨神舟十四號返回地面。

本次空間項目，在軌完成了水稻從種子萌發、幼苗生長、抽穗和結籽全生命周期的培養實驗并通過獲取圖像進行分析；完成了剪株后空間再生稻成功培育并結出了成熟的種子（二茬）；完成了擬南芥種子萌發、幼苗生長和不同三個生物鐘調控的開花關鍵基因對空間微重力響應的圖像觀察分析并在軌采集了樣品。

水稻在問天艙生命生態實驗柜通用生物培養模塊中完成從種子到種子全生命周期不同發育階段代表性圖片。圖像上的數字表示注入營養液啟動實驗后的天數。中國科學院分子植物科學卓越創新中心供圖

已有一些新發現

通過對空間獲取的圖像分析，并與地面對照比較，科研人員發現，空間微重力對水稻的多種農藝性狀，包括株高、分蘗數、生長速率、水分調控、對光反應、開花時間、種子發育過程以及結實率等有多方面的影響。

實驗初步發現，在微重力環境下，水稻的株型在空間變得更為松散，主要是莖葉夾角變大；矮桿水稻變得更矮，高稈水稻的高度沒有受到明顯的影響。此外，生物鐘控制的水稻葉片生長螺旋上升運動在空間更為凸顯。

科研人員還發現，水稻空間開花時間比地面略有提前，但是，灌漿時間延長了10多天，大部分穎殼不能關閉。對于具體原因，科研人員表示，開花時間和穎殼閉合均是水稻的重要農藝性狀，二者在保障植物充分的生殖生長是獲得高產優質種子方面都有重要作用，此過程受到基因表達的調控，后續他們還將對返回樣品作進一步分析。

與此同時，他們還在空間站成功開展了再生稻實驗，并獲得了再生稻的種子。科研人員發現，水稻從剪株20天后就可以再生出了2個稻穗，這說明空間狹小的封閉環境中再生稻是可行的，為空間作物的高效生產提供了新的思路和實驗證據，該技術可以大大增加單位體積中的水稻產量，也是國際上首次在空間嘗試的再生稻技術。

空間再生水稻的過程圖像，圖中的時間為剪株后的天數。中國科學院分子植物科學卓越創新中心供圖

此外，科研人員還首次對空間生物鐘調控光周期開花的關鍵基因進行了研究。利用基因突變和轉基因的方法，他們構建了三種不同開花時間——提前開花，延遲開花和正常開花（野生型）的擬南芥。

通過對空間擬南芥生長發育的圖普觀察與分析，他們發現，開花關鍵基因對微重力的響應與地面有明顯的差異，其中在地面提早開花的擬南芥在微重力條件下開花時間也大大的延長。此外，生物鐘基因突變后，空間擬南芥的下胚軸過度伸長，說明生物鐘基因表達對于維持擬南芥在空間生長的正常形態和適應空間環境非常重要，為今后利用改造開花基因來促進植物適應空間微重力環境提供了新方向。

科研人員表示，后續研究團隊將進一步利用返回材料對擬南芥適應空間環境的分子基礎進行深入解析。

科研人員對返回水稻和擬南芥科學實驗樣品進行分解與固化。中國科學院空間應用中心供圖