10月18日,中国载人航天工程办公室发布最新一期《天宫TV》:在问天实验舱里,神舟二十三号乘组航天员朱杨柱、张志远、黎家盈完成了新一批水稻实验样品的采集、播种和存储。第一季太空水稻正好进入“收割期”,航天员把空间站培育收获的水稻种子种进新的培养盒——中国空间站开始培育第二代水稻。所谓“新成果”,新不在“太空种活了水稻”——2022年就种活过——而在新在把实验从“一代”推进到“两代”,让水稻朝“从种子到种子、再到种子”的完整闭环迈出关键一步。央视网科技日报
这轮实验的基础是2022年:神舟十四号航天员播下6粒地面选育的粳稻种子,历时120天从发芽到成熟,收获59粒第一代太空水稻种子,完成了国际上首次水稻“从种子到种子”全生命周期空间培养实验。那次回答的问题是:水稻能不能在微重力下走完一代生命周期。这次把问题往深处推了一层:在太空生出来的水稻,它的后代还能不能在太空里稳定地继续生长?地球上所有生命都在恒定重力下演化而来,重力是“常量”;到了空间站微重力环境,这个常量变成变量,代谢、生长发育乃至遗传机制都可能随之变化,而这种变化是否发生、朝哪个方向发生,必须跨代才能看清。中国新闻网科技日报
闭环的难点:先让水稻种下去、活下来
先说种植本身。5月24日随神舟二十三号上行的稻种分成两类:一类从未离开过地球表面,另一类是2022年收获的59粒太空种子返回地面后繁育的后代。央视网
航天员把它们种进培养盒:每盒分成4个单元、每单元播下6粒互为备份的种子,品种属于中国本土的粳稻,适应性强、生长周期3到4个月,在轨四个多月正好迎来第一季的“收割期”。而培养单元高度只有20厘米,水稻只能弯曲着在狭小的空间里生长;如果直接把种子撒向土壤,不仅无法落地,连土壤颗粒也会随之飞扬,科研团队为此专门研制了一种“插牌式”固定栽种装置。科技日报中国科学报
水分与气体的管理同样棘手:微重力下,水稻叶片“吐”出的水珠会悬浮在生长空间里,不及时收集,植株可能被自己吐出的水“淹死”;整个培养装置相对密闭,气体成分的动态平衡也很难维持。两代水稻的连续培育,就是建立在这些在地球上不成问题、在天上却要从头攻克的操作之上。微博
一个对照实验:两类种子×两种繁殖
第一季水稻成熟后,乘组同时采用两种方式繁育第二代:有性繁殖是剪下成熟稻穗,转移到新培养盒中播种;无性繁殖(营养繁殖)借鉴地面再生稻模式,把地上部分全部剪掉、只保留根系,利用留存根茬重新萌发、再长出稻穗。这组“两类种子×两种繁殖方式”的对照对应两个问题:经过有性过程传递的“跨代记忆”——祖先上过天的种子是否比从未上过天的更能适应空间环境;以及两条繁育路径在微重力下的适应性差异。央视新闻科技日报
这不是太空育种,最终结果还没揭晓
提到“太空水稻”,很多人的第一反应是航天育种:种子送上天,经辐射诱变后返回地面选品种。这次的实验恰恰相反——它是一个有地面对照、有明确科学问题的机制研究,项目名称“空间水稻多代遗传稳定性与环境适应性调控的分子机理研究”已经说明了它要做什么。航天员不仅采集稻穗和种子,还要把茎叶等样品置于-80℃冻存带回地面。负责这一项目的中国科学院分子植物科学卓越创新中心研究员郑慧琼说得很直白:优良品种上天繁殖一代后,遗传稳定性能不能保持、下一代种子是什么样,就是这次实验要回答的——如果一代代退化,太空种粮就没有稳定品种可用。光明网中国新闻网
接下来,盯住两个节点
按当前进度,第二代太空稻种刚刚萌发,预计将在神舟二十四号乘组任务期间迎来成熟。第一个节点:二代稻能否正常抽穗成熟,走完“太空种子再生太空种子”的闭环。近地轨道上从地球运粮尚且现实,但走向月球乃至火星,靠地球补给粮食难以持续,作物原位生产——也就是不依赖地球补给、航天员在太空中就地种粮、自主循环——是绕不开的前提。第二个节点:样品返回地面后的表型与分子分析结果。水稻究竟是逐渐适应空间环境,还是出现代际衰退,要等它揭晓。央视网
实验还有一条“反哺”地面的支线:太空的极端环境相当于一种全新的胁迫条件,可能促使水稻表现出在地面难以观察到的性状,发现的新基因资源可用于培育抗旱、耐盐碱等品种。至于“太空粮仓”,眼下还没有收成的时间表——先弄清水稻能不能在太空中一代代稳定地长下去,才谈得上往后在天上种粮。科技日报