中國首次在天宮二號完成植物生長全過程實驗

天宮二號在軌運行兩年多來，開展了眾多空間科學(xué)和應(yīng)用實驗，其中包括完成我國首次高等植物“從種子到種子”的空間長周期培養(yǎng)實驗，為發(fā)展空間植物培養(yǎng)技術(shù)、探索保障人類長期空間生存，又向前邁進(jìn)了一步。

據(jù)課題負(fù)責(zé)人、中科院植物生理生態(tài)研究所鄭慧瓊研究員介紹，高等植物是空間生態(tài)生保系統(tǒng)的關(guān)鍵因素。如何利用植物在空間生產(chǎn)糧食與蔬菜，供人類長期空間生活需求，是載人航天必須要解決的關(guān)鍵科學(xué)問題之一。

以往，我國利用返回式衛(wèi)星也曾開展過多次空間搭載飛行實驗，但由于在太空中時間有限，最多只能展開種子萌發(fā)、幼苗生長階段的實驗。2016年9月15日，天宮二號在發(fā)射之際，搭載了一個由中科院上海技術(shù)物理研究所研制的微型培養(yǎng)箱，里面種植有糧食作物的典型代表水稻，和綠葉植物的典型代表擬南芥。

除了部分植物樣品于2016年11月18日隨著神舟十一號返回地面，大部分植物樣品至今仍然留在天宮二號?？蒲腥藛T成功地通過地面遙控，對留在太空中的培養(yǎng)箱進(jìn)行溫控和澆水，啟動了擬南芥和水稻生長，并順利開花結(jié)果。這是我國首次在太空中完成“從種子到種子”全過程的空間植物培養(yǎng)實驗。

鄭慧瓊表示，此次實驗驗證了利用植物光周期反應(yīng)原理調(diào)控空間植物營養(yǎng)生長與生殖生長的設(shè)計思想，為有效利用空間有限資源進(jìn)行最大化的植物生產(chǎn)，提供了重要空間實驗證據(jù)；首次成功獲得了擬南芥和水稻在“長日”與“短日”條件下，生長發(fā)育全過程的實時圖像數(shù)據(jù)，有多項新的發(fā)現(xiàn)；在國際上首次成功為基因信息安裝了“追蹤器”，利用植物開花基因“啟動子”帶動綠色熒光蛋白，在微重力條件下表達(dá)并獲得實時熒光圖像；首次獲得微重力在葉維管組織發(fā)育作用的證據(jù)，并對其進(jìn)行了轉(zhuǎn)錄組分析；首次對水稻吐水、擬南芥壽命和根的“向觸性運動”進(jìn)行了觀察與分析。

通過與地面上同步種植的水稻與擬南芥進(jìn)行對比研究，科研人員還發(fā)現(xiàn)了一些有趣現(xiàn)象：例如，由于在太空中沒有地球上的重力引導(dǎo)，植物方向感差，根的定向生長運動明顯受阻，太空中的水也不能有效地回到土壤中。但在太空微重力的條件下，水稻的吐水活性卻顯著增強(qiáng)。利用這一特性，未來可應(yīng)用于空間制備凈化水或空間制藥。

“點頭運動”是植物細(xì)胞周期性生長的外在表現(xiàn)，其過程受到生物鐘基因的嚴(yán)格控制。研究發(fā)現(xiàn)，太空中生長的擬南芥花序軸的點頭幅度和頻率，都明顯小于地面對照，說明微重力抑制了植物的點頭運動。

研究還發(fā)現(xiàn)，植物在太空中雖然開花晚，長得慢，但衰老速度慢，壽命顯著延長。太空中擬南芥在“長日”條件下，植株比地面對照多活65天，“短日”轉(zhuǎn)“長日”，植株則比地面多活456天。在太空中，水稻的第一和第二葉片衰老也慢于地面。