太空种子会否退化? 神廿三在轨培养两代水稻 中科院破播种难题

撰文: 林芷莹
出版:更新:

中国科学家挑战全球首次在轨连续两代水稻培养。2022年,中国空间站成功实现水稻“从种子到种子”的全生命周期培养,但带回地面的种子萌发时出现“方向感差、躺平生长”的航天综合症。

为解答太空种子“二次播种”的适应与退化机制,神舟二十三号任务携带了微波炉大小的生命生态模块。面对微重力下水稻水分悬浮易淹死及种子无法入土等难题,团队研发“插牌式”固定栽种装置,并对比“新手”与“太空世家”种子在有性及无性繁殖模式下的表现,探索最适宜未来太空农业的生产模式。

神舟二十三号任务的“太空水稻”实验单元。(中国科学报;中国科学院空间应用工程与技术中心)

《中国科学报》报道,2022年,中国空间站的建成为开展更长期的生命科学研究提供了完备的实验平台。依托问天实验舱,科研团队在国际上首次完成水稻“从种子到种子”的全生命周期培养,成功收获太空水稻种子,并成功将种子带回地面繁育了三代,证明其繁殖能力良好。

中国科学院分子植物科学卓越创新中心研究员郑慧琼介绍,刚从太空回来的种子“方向感差”,萌发时会“躺平”,说明微重力确实给植物留下深刻烙印。

为解答太空种子“二次播种”是会逐渐适应环境,还是因“航天综合征”持续退化,神舟二十三号任务将水稻种子带入太空,实现全球首次在轨连续两代水稻培养。

“太空水稻”实验单元。(北京日报)
在“太空水稻”实验单元演练件中生长的水稻幼苗。(北京日报)

郑慧琼介绍,神舟二十三号带上天的“农田”是一个体积仅相当于微波炉大小的生命生态实验模块。培养单元高度只有20厘米,水稻只能在狭小的空间生长,对作物株型控制提出极高要求。

为此,科研团队特意挑选了早熟、株型紧凑矮小的水稻品种。其适应性强,生长周期3到4个月,适应跨乘组的作业节奏,以实现神舟二十三号至二十四号任务的无缝接续。

神舟二十三号航天员采集水稻实验样本。(影片截图)
神舟二十三号航天员采集水稻实验样本。(影片截图)

在太空微重力环境下,水稻“吐出”的水珠不会自然滚落,反而会悬浮在空中,若不及时收集会导致水稻被“淹死”。同时,种子在微重力下无法落地,根本无法实现种子与土壤的紧密贴合。

为此,科研团队研发了“插牌式”固定栽种装置,航天员在收获第一代种子后,可将水稻的小穗用生物胶水贴在插牌上,播种时直接把插牌插进土壤,高效、可靠地把种子固定在土壤中。

神舟二十三号航天员采集水稻实验样本。(影片截图)
神舟二十三号航天员采集水稻实验样本。(影片截图)

在实验设计上,科研团队更精心筛选两类特殊的水稻种子。一类是从未离开过地球表面的“纯新手”,另一类则是2022年在空间站收获并带回地面繁育了三代的“太空世家”后代,借此验证经过太空洗礼的后代是否拥有更强的环境适应能力。

郑慧琼介绍,4个实验单元同时对比有性繁殖(剪穗二次播种)与无性繁殖(利用根茬再生),不仅能观察不同身世背景的种子的表现,还能直接评估两种模式在空间环境下的优劣,为未来太空农业的生产模式选择提供最直接的依据。