我國(guó)首次在天宮二號(hào)完成植物生長(zhǎng)全過(guò)程實(shí)驗(yàn) 在中科院植物生理生態(tài)研究所實(shí)驗(yàn)室里拍攝的擬南芥，用于與天宮二號(hào)上種植的同一品種擬南芥進(jìn)行對(duì)比研究(9月14日攝)。新華社記者 張建松 攝
新華社上海9月29日電(記者 張建松)天宮二號(hào)在軌運(yùn)行兩年多來(lái)，開(kāi)展了眾多空間科學(xué)和應(yīng)用實(shí)驗(yàn)，其中包括完成我國(guó)首次高等植物“從種子到種子”的空間長(zhǎng)周期培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，為發(fā)展空間植物培養(yǎng)技術(shù)、探索保障人類(lèi)長(zhǎng)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(lèi)長(zhǎng)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(wèn)題之一。
以往，我國(guó)利用返回式衛(wèi)星也曾開(kāi)展過(guò)多次空間搭載飛行實(shí)驗(yàn)，但由于在太空中時(shí)間有限，最多只能展開(kāi)種子萌發(fā)、幼苗生長(zhǎng)階段的實(shí)驗(yàn)。2016年9月15日，天宮二號(hào)在發(fā)射之際，搭載了一個(gè)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。
中科院植物生理生態(tài)研究所鄭慧瓊研究員(左)和學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室研究擬南芥(9月14日攝)。新華社記者 張建松 攝
除了部分植物樣品于2016年11月18日隨著神舟十一號(hào)返回地面，大部分植物樣品至今仍然留在天宮二號(hào)?？蒲腥藛T成功地通過(guò)地面遙控，對(duì)留在太空中的培養(yǎng)箱進(jìn)行溫控和澆水，啟動(dòng)了擬南芥和水稻生長(zhǎng)，并順利開(kāi)花結(jié)果。這是我國(guó)首次在太空中完成“從種子到種子”全過(guò)程的空間植物培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)。
鄭慧瓊表示，此次實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了利用植物光周期反應(yīng)原理調(diào)控空間植物營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)與生殖生長(zhǎng)的設(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)證據(jù);首次成功獲得了擬南芥和水稻在“長(zhǎng)日”與“短日”條件下，生長(zhǎng)發(fā)育全過(guò)程的實(shí)時(shí)圖像數(shù)據(jù)，有多項(xiàng)新的發(fā)現(xiàn);在國(guó)際上首次成功為基因信息安裝了“追蹤器”，利用植物開(kāi)花基因“啟動(dòng)子”帶動(dòng)綠色熒光蛋白，在微重力條件下表達(dá)并獲得實(shí)時(shí)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(duì)其進(jìn)行了轉(zhuǎn)錄組分析;首次對(duì)水稻吐水、擬南芥壽命和根的“向觸性運(yùn)動(dòng)”進(jìn)行了觀察與分析。
中科院植物生理生態(tài)研究所鄭慧瓊研究員(左)和學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室研究擬南芥(9月14日攝)。新華社記者 張建松 攝
通過(guò)與地面上同步種植的水稻與擬南芥進(jìn)行對(duì)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(méi)有地球上的重力引導(dǎo)，植物方向感差，根的定向生長(zhǎng)運(yùn)動(dòng)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(lái)可應(yīng)用于空間制備凈化水或空間制藥。
“點(diǎn)頭運(yùn)動(dòng)”是植物細(xì)胞周期性生長(zhǎng)的外在表現(xiàn)，其過(guò)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(zhǎng)的擬南芥花序軸的點(diǎn)頭幅度和頻率，都明顯小于地面對(duì)照，說(shuō)明微重力抑制了植物的點(diǎn)頭運(yùn)動(dòng)。
研究還發(fā)現(xiàn)，植物在太空中雖然開(kāi)花晚，長(zhǎng)得慢，但衰老速度慢，壽命顯著延長(zhǎng)。太空中擬南芥在“長(zhǎng)日”條件下，植株比地面對(duì)照多活65天，“短日”轉(zhuǎn)“長(zhǎng)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。
