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约30厘米高!祖国空间站种的水稻“生长状态良好”

零距离 到太空“种”粮

“盒子高度14厘米,超过了(14厘米),高秆水稻现在约30厘米高!”8月29日,郑慧琼团队(tuandui)(dui)在中国空间站种的(de)水稻顺利“满月”,发布会上,她(ta)举起一盒种有绿色水稻幼苗的(de)演示品向媒体记者解释,激动得甚至有些语无伦次。

郑慧琼是(shi)中国科学院分子植物科学卓越创新中心研究员、中国空间站问天舱“微重力条件下高等植物开花调控的(de)分子机理”实验项目负责人(ren)。近20年间,她(ta)所在团队(tuandui)(dui)一直致力于研究太空高等植物的(de)生长问题。此次问天舱水稻实验取得进展,意味着中国人(ren)有望首次在国际上实现空间站水稻“从种子到种子”的(de)全生命周期培养,为人(ren)类以后能在太空吃到刚出锅的(de)米饭打下基础。

无论人(ren)类在哪儿生存,都要解决吃饭问题。地球上,早已不再是(shi)新名词的(de)粮食危机,在新冠肺炎疫情、地缘政治、极端气候等影响下有愈演愈烈之势;太空里,靠火箭运送补给食品显然不是(shi)长久之计。为了解决吃饭问题,人(ren)们(men)不仅在向土地、向海洋,还在不断向太空要答案。

那么,太空到底给了我(wo)们(men)怎样的(de)回应?

中国空间站种的(de)水稻“生长状态良好(hao)”

从20世纪50年代人(ren)类发射第一颗人(ren)造地球卫星以来,如何利用植物保障人(ren)类在地外环境中生存所需要的(de)食物、氧气和纯净水,就成为空间生命科学最为关注的(de)问题之一。

太空生存,种植农作物是(shi)必解问题。美国国家航空航天局国际空间站和飞船处理董事会的(de)一位科学家曾表示,把1磅(约0.45千克)食品送上国际空间站需要花大约1万美元。一位来自美国国家航空航天局约翰逊太空中心的(de)太空食物系统高级研究科学家也曾在公开场合说,如果航天员开启一趟为期5年的(de)火星之旅,每人(ren)需要消耗约3000公斤食物。这些食物如果全靠火箭运送,显然难以为继。

换言之,如果航天员像沈腾饰演的(de)独孤月那样“破罐子破摔”,长期靠吃库存维持生命,《独行月球》可能刚开演就要落幕了。

继在地球上创立农耕文明之后,人(ren)类早已拉开了去太空“从头越”的(de)架势。特别是(shi)过去10多年来,随着重返月球、登陆火星、建(jian)立月球或火星基地成为人(ren)类空间探索的(de)重要目标,各国科学家都在为长期在太空生存做粮食准备。郑慧琼感到:“解决建(jian)立空间生命保障系统的(de)科学问题已经迫在眉睫。”

正是(shi)在这种背景下,空间站种水稻等一系列太空种植实验应运而生。2022年7月24日,我(wo)国空间站问天实验舱成功发射并与天和核心舱交会对(dui)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。7月28日,载有实验样品水稻种子的(de)实验单元,被航天员安装至问天实验舱的(de)生命生态通用实验模块中,7月29日正式启动实验。

郑慧琼说,此次实验的(de)目标是(shi)在国际上首次完成水稻在空间站从种子到种子全生命周期的(de)培养研究,探索利用空间环境因素控制植物的(de)开花,来寻找在较小的(de)封闭空间中植物生产效率最大化的(de)可能途径。

实验启动后,高秆和矮秆水稻种子奋力生长,但不出所料,它(ta)们(men)在微重力的(de)空间环境中遭遇“水土不服”,患上了“航天综合征”。长出的(de)水稻幼苗看起来有些“懒散”,并没有像地面上的(de)水稻那样精神抖擞地挺立起来,而是(shi)“趴”在了透明实验盒子的(de)壁上。

不过这并不影响实验给人(ren)们(men)带来成功的(de)希望。

郑慧琼表示,目前已成功启动了水稻的(de)种子萌发,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(hao)。待后续成功结出种子后,将由航天员采集样品、冷冻保存,最终随航天员返回地面进行分析。

人(ren)类已成功在太空收获油菜、小麦、豌豆等

实际上,太空不但生长出了长势良好(hao)的(de)水稻,还给人(ren)类带来了不少惊喜。

郑慧琼介绍,在过去60多年中,科学家对(dui)于在空间种植和栽培植物进行了大量的(de)研究,在各种空间飞行器中进行了20多种植物、50多项空间培养实验。

公开资料显示,1979年,礼炮号6号空间站就已经开始培养洋葱和兰花的(de)球茎,并开展拟南芥、豌豆、小麦的(de)生长发育研究。

1982年,礼炮7号空间站的(de)温室中种植了拟南芥,并第一次实现了从种子到种子的(de)太空种植。拟南芥是(shi)双子叶、长日、十字花科植物的(de)代表,很多蔬菜,比如青菜、油菜等都属于十字花科,因此这一进展对(dui)太空种菜意义非凡。

1997年,“超矮小麦”在和平号空间站中首次完成了从种子到种子的(de)实验。人(ren)类太空生存的(de)“主食”保卫战告一大捷。

随着科技(keji)进步,科学家们(men)的(de)“脑洞”也越开越大。

2006年,郑慧琼团队(tuandui)(dui)在我(wo)国“实践八号”卫星上观察了青菜的(de)开花过程。2012年,美国航天员唐·佩蒂特开了一个名为《太空西葫芦日记》的(de)博客,讲述一颗西葫芦在国际空间站生长的(de)过程。随后,国际空间站在2014年启动了蔬菜种植实验,2015年收获的(de)生菜还让航天员进行了试吃。2016年,一株绚丽的(de)百日菊在国际空间站绽放,作为人(ren)类在地球之外培育出的(de)第一朵观赏花,它(ta)不仅当之无愧地成为太空“花魁”,还对(dui)植物的(de)太空开花研究作出了不小的(de)贡献。2021年,智利辣椒在国际空间站的(de)“高等植物栖息地”培养器中开花结果,并成为航天员的(de)“配菜”。

郑慧琼说,早期人(ren)们(men)的(de)空间植物培养实验主要目标是(shi)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。一些基本的(de)空间植物生物学问题,如植物的(de)向性生长,根的(de)形成、萌发,种子成分,基因和蛋白质的(de)表达变化等,也在此过程得到了较为深入的(de)研究。

目前科学家的(de)研究重点逐渐由对(dui)植物幼苗阶段的(de)研究扩展至种子生产研究。但是(shi),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(de)实验。同时,在空间条件下,植物开花时间(shijian)延迟、开花数目少、种子结实率低和种子质量下降等问题仍然没有克服。因此,此次问天舱的(de)水稻等相关实验,主要致力于研究开花调控的(de)分子机理。

“太空味道”飞入寻常百姓家

太空种植只是(shi)太空农业的(de)一角,科学家还期待利用空间资源解决地球上的(de)吃饭问题。利用空间环境育种,为地球作物改良品种,也是(shi)一条重要的(de)思路。

为什么青睐航天育种?随着人(ren)们(men)生活水平的(de)提高,吃饱早已不能满足老百姓的(de)需求,好(hao)吃、健康等标准使得人(ren)们(men)对(dui)农业新品种的(de)需求愈发迫切,加之社会和自然环境在改变,诸如国际竞争、高温干旱等因素,都不断对(dui)农作物品种提出新的(de)要求。国家植物航天育种工程技术研究中心副主任、华南农业大学教授郭涛认为,与现代生物学结合的(de)航天育种,是(shi)保障国家种业安全的(de)重要手段之一。

郭涛说,科学家通过飞行器把地球种子送上太空,利用太空高真空、微重力、空间射线等条件诱发其遗传基因发生改变,回到地面,再想办法将那些好(hao)的(de)改变“固定”下来,从而改良农作物品种的(de)特定性状。

通过这种方式,我(wo)国1987年第九颗返回式卫星搭载着精挑细选的(de)小麦、水稻、青椒等百余个品种的(de)农作物种子,顺利完成了我(wo)国首次航天育种“太空之旅”。随后,航天育种相关实验愈发丰富,蔬菜、瓜果、花卉、中草药等均在其列。

经过30多年的(de)实践,航天育种成果层出不穷,我(wo)国通过航天育种已筛选新材料1200多份,培育出新品种260多个,年推广面积数千万亩。不少科研成果已经从实验室搬到了普通人(ren)的(de)餐桌上。

郭涛介绍,我(wo)国在20世纪90年代就已经实现了水稻、小麦等作物航天育种品种的(de)产业化,随后相关产业更是(shi)不断发展壮大。

以郭涛所在的(de)研究团队(tuandui)(dui)为例,10多年来,团队(tuandui)(dui)已经选育了57个在生产上推广和应用的(de)水稻新品种,推广面积累计超过5000万亩。郭涛说:“比如华航31号水稻经过空间诱变后,产量提升了约10%,成为广东省农业主导品种。”此前,还有专家对(dui)媒体表示,北京市场约30%的(de)草莓都是(shi)“航天草莓”。

事实上,人(ren)类利用太空资源充实地球餐桌的(de)设(she)想,并不仅限于航天育种。

还有专家提出,未来或许可以在太空建(jian)设(she)空间生物合成工厂,利用微重力、高真空等独特条件,来完成大分子化合物或特定蛋白质的(de)高效合成,大规模生产高纯度淀粉、特定蛋白质或“人(ren)造肉”等高价值农产品(chanpin)。

不难看出,无论在哪里生存,人(ren)类靠“天”吃饭的(de)计划和执行力都相当出色。人(ren)类想成为多行星物种,大概不是(shi)奢望。

中青报·中青网记者 张茜 来源:中国青年报 【编辑:姜雨薇】

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