太空種子會否退化? 神廿三在軌培養兩代水稻 中科院破播種難題
中國科學家挑戰全球首次在軌連續兩代水稻培養。2022年,中國空間站成功實現水稻「從種子到種子」的全生命週期培養,但帶回地面的種子萌發時出現「方向感差、躺平生長」的航天綜合症。
為解答太空種子「二次播種」的適應與退化機制,神舟二十三號任務攜帶了微波爐大小的生命生態模塊。面對微重力下水稻水分懸浮易淹死及種子無法入土等難題,團隊研發「插牌式」固定栽種裝置,並對比「新手」與「太空世家」種子在有性及無性繁殖模式下的表現,探索最適宜未來太空農業的生產模式。
《中國科學報》報道,2022年,中國空間站的建成為開展更長期的生命科學研究提供了完備的實驗平台。依托問天實驗艙,科研團隊在國際上首次完成水稻「從種子到種子」的全生命周期培養,成功收獲太空水稻種子,並成功將種子帶回地面繁育了三代,證明其繁殖能力良好。
中國科學院分子植物科學卓越創新中心研究員鄭慧瓊介紹,剛從太空回來的種子「方向感差」,萌發時會「躺平」,說明微重力確實給植物留下深刻烙印。
為解答太空種子「二次播種」是會逐漸適應環境,還是因「航天綜合徵」持續退化,神舟二十三號任務將水稻種子帶入太空,實現全球首次在軌連續兩代水稻培養。
鄭慧瓊介紹,神舟二十三號帶上天的「農田」是一個體積僅相當於微波爐大小的生命生態實驗模塊。培養單元高度只有20厘米,水稻只能在狹小的空間生長,對作物株型控制提出極高要求。
為此,科研團隊特意挑選了早熟、株型緊湊矮小的水稻品種。其適應性強,生長周期3到4個月,適應跨乘組的作業節奏,以實現神舟二十三號至二十四號任務的無縫接續。
在太空微重力環境下,水稻「吐出」的水珠不會自然滾落,反而會懸浮在空中,若不及時收集會導致水稻被「淹死」。同時,種子在微重力下無法落地,根本無法實現種子與土壤的緊密貼合。
為此,科研團隊研發了「插牌式」固定栽種裝置,航天員在收獲第一代種子後,可將水稻的小穗用生物膠水貼在插牌上,播種時直接把插牌插進土壤,高效、可靠地把種子固定在土壤中。
在實驗設計上,科研團隊更精心篩選兩類特殊的水稻種子。一類是從未離開過地球表面的「純新手」,另一類則是2022年在空間站收獲並帶回地面繁育了三代的「太空世家」後代,藉此驗證經過太空洗禮的後代是否擁有更強的環境適應能力。
鄭慧瓊介紹,4個實驗單元同時對比有性繁殖(剪穗二次播種)與無性繁殖(利用根茬再生),不僅能觀察不同身世背景的種子的表現,還能直接評估兩種模式在空間環境下的優劣,為未來太空農業的生產模式選擇提供最直接的依據。