在中国科学院空间应用中心，科研人员(左)向分子植物卓越中心科研人员交接样品。
空间水稻原生稻和再生稻的图片，显示空间稻穗与颖壳张开的表型。
科研人员对样品进行分解与固化。
中科院分子植物科学卓越创新中心郑慧琼研究员处理从太空归来的水稻样品。
中科院分子植物科学卓越创新中心郑慧琼研究员处理从太空归来的拟南芥样品。
记者从中国科学院(中科院)获悉，中国空间站第三批空间科学实验样品12月4日晚随神舟十四号飞船返回舱返回地面后，在着陆场交付中科院牵头负责的中国载人航天工程空间应用系统，5日凌晨运抵北京中科院空间应用工程与技术中心(空间应用中心)，空间应用系统总体与相关实验人员对返回实验样品基本状态进行检查，确认完好后顺利交接相关实验科学家。
中科院空间应用中心介绍说，此次返回样品包括3个生物样品冷包和1个无容器样品袋，其中3个生物样品冷包装载的是水稻和拟南芥的实验样品，无容器样品袋中为4盒无容器材料实验样品。其中，水稻和拟南芥种子经历120天的空间培育生长，完成了从种子到种子的发育全过程，这也是国际上首次在轨获得水稻种子。
目前，返回水稻和拟南芥样品一部分已做固定处理，水稻种子将带回中科院分子植物卓越中心实验室继续培养。科学家们将对返回样品进行分子生物学、细胞学和代谢等相关分析，通过检测及分析研究，解析空间微重力对于拟南芥和水稻作用的规律和分子基础，为进一步创制适应空间环境的作物和开发利用空间微重力环境资源提供理论依据。
同时返回的4盒无容器材料实验样品则来自中国空间站的无容器材料实验柜，该实验柜是中国首台、国际上第二台在轨成功运行的同类实验设施，迄今已实现在轨稳定运行590多天，顺利完成7盒材料样品在轨实验，成功加热样品73颗。
中科院空间应用中心表示，下一步，科学家们将继续加快开展新型金属合金深过冷凝固过程研究和热物性参数测量，以获得地面高性能制备工艺关键条件，指导地面新材料制备。
揭秘
在太空中经历了120天全生命周期的水稻和拟南芥种子，跟随神舟十四号飞船顺利返航。这意味着我国在国际上首次成功开展了水稻从种子到种子全生命周期培养实验。为什么要进行这一实验?又有哪些收获?
A
为什么要把水稻和拟南芥送到太空
这项研究的学名是“微重力条件下高等植物开花调控的分子机理”，由中国科学院分子植物科学卓越创新中心郑慧琼团队承担。
郑慧琼介绍，水稻是人类主要的粮食作物，养活了世界上近一半的人口，也是未来载人深空探测生命支持系统的主要候选粮食作物。利用空间微重力进行水稻育种是空间植物学研究的重要方向之一。
“种子既是人类的粮食，也是繁殖下一代植物的载体，人类要在空间长期生存，就必须保证植物能够在空间完成世代交替，成功繁殖种子。但是，之前国际上在空间只完成了拟南芥、油菜、豌豆和小麦从种子到种子的培养，而主要粮食作物水稻，此前尚没有能够在空间完成全生命周期的培养。”
而模式植物拟南芥主要承担了“开花”部分的研究。郑慧琼说:“开花是结种子的前提，我们利用模式植物拟南芥，系统地研究了空间微重力对植物开花的影响。”
B
实验历时120天 进行3次样品采集
中国空间站第三批空间科学实验样品12月4日晚随神舟十四号飞船返回舱返回地面，在着陆场交付中科院牵头负责的中国载人航天工程空间应用系统。这批样品中包括了经历120天全生命周期的水稻和拟南芥种子，于5日运抵北京确认完好后交付相关实验科学家。
中科院分子植物科学卓越创新中心介绍说，本次在轨实验共历时120天，从2022年7月29日注入营养液启动至11月25日结束，完成拟南芥和水稻种子萌发、幼苗生长、开花结籽全生命周期的培养。实验期间，航天员在轨进行3次样品采集，包括9月21日孕穗期水稻样品采集、10月12日拟南芥开花期样品采集、11月25日水稻和拟南芥种子成熟期样品采集。
样品采集后，开花或孕穗期样品保存于-80℃低温存储柜中，种子成熟期样品保存于4℃低温存储柜。按计划，这些样品随神舟十四号返回地面完成交接后，将转运至上海的实验室中做进一步检测分析。
C
种子在太空120天经历了什么?
郑慧琼研究员指出，本次空间项目主要完成三项实验内容:
一是在轨完成水稻从种子萌发、幼苗生长、抽穗和结籽全生命周期的培养实验并通过获取图像进行分析；
二是完成剪株后空间再生稻成功培育并结出成熟的种子(二茬)。
三是在轨完成拟南芥种子萌发、幼苗生长和不同三个生物钟调控的开花关键基因对空间微重力响应的图像观察分析并在轨采集了样品。
研究团队通过对空间获取的图像分析，并与地面样品比较，发现空间微重力对水稻的多种农艺性状，包括株高、分蘖数、生长速率、水分调控、对光反应、开花时间、种子发育过程以及结实率等均会产生多方面影响。
D
水稻和拟南芥发生了什么变化?
郑慧琼表示，这次在中国空间站开展的育种实验已取得多项初步的重要发现，主要包括以下四个方面:
一是水稻的株型在空间变得更为松散，主要是茎叶夹角变大；矮秆水稻变得更矮，高秆水稻的高度没有受到明显的影响。此外，生物钟控制的水稻叶片生长螺旋上升运动在空间更为凸显。
二是水稻空间开花时间比地面略有提前，但灌浆时间延长了10多天，大部分颖壳不能关闭。开花时间和颖壳闭合均是水稻的重要农艺性状，二者在保障植物充分的生殖生长并获得高产优质种子方面都有重要作用，此过程受到基因表达的调控，后续将利用返回样品进一步分析。
三是在空间进行再生稻实验并获得再生稻的种子。从剪株20天后就可以再生出两个稻穗，说明空间狭小的封闭环境中再生稻可行，这也为空间作物的高效生产提供新的思路和实验证据。该技术可以大大增加单位体积中的水稻产量，也是国际上首次在空间尝试的再生稻技术。
四是首次对空间生物钟调控光周期开花的关键基因进行研究。利用基因突变和转基因的方法，构建了3种不同开花时间的拟南芥，分别是提前开花、延迟开花和正常开花(野生型)，通过对空间拟南芥生长发育的图普观察与分析，发现开花关键基因对微重力的响应与地面有明显的差异，其中在地面提早开花的拟南芥在微重力条件下开花时间也大大延长。
此外，生物钟基因突变后，空间拟南芥的下胚轴过度伸长，说明生物钟基因表达对于维持拟南芥在空间生长的正常形态和适应空间环境非常重要，为今后利用改造开花基因来促进植物适应空间微重力环境提供了新方向。研究团队后续将进一步利用返回材料对拟南芥适应空间环境的分子基础进行深入解析。
统筹:易福红 杨存海
来源:新华社 央视 中新社
