太空水稻回家啦！被宇宙粒子擊中的“幸運(yùn)兒”！

12月4日，神舟十四號(hào)載人飛船返回艙在東風(fēng)著陸場(chǎng)成功著陸。和三位航天員一起“回家”的，還有經(jīng)過(guò)120天的空間培育生長(zhǎng)，國(guó)際上首次在軌獲得的水稻種子 。

水稻在問(wèn)天艙生命生態(tài)實(shí)驗(yàn)柜通用生物培養(yǎng)模塊中完成從種子到種子全生命周期不同發(fā)育階段代表性圖片。圖像上的數(shù)字表示注入營(yíng)養(yǎng)液?jiǎn)?dòng)實(shí)驗(yàn)后的天數(shù)。（中國(guó)科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心供圖）

至此，中國(guó)科學(xué)家在國(guó)際上首次完成了水稻“從種子到種子”全生命周期培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)。按計(jì)劃，水稻實(shí)驗(yàn)樣品計(jì)劃在北京交接后，將轉(zhuǎn)運(yùn)至上海實(shí)驗(yàn)室中做進(jìn)一步檢測(cè)分析。

事實(shí)上，種子上天、太空種菜這樣的“硬核”操作，早在1957年人類發(fā)射第一顆人造衛(wèi)星就已開始。航天育種作為現(xiàn)代育種技術(shù)的一種，已在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上廣泛應(yīng)用。“太空椒”“太空番茄”“太空西瓜”等產(chǎn)品，在一些超市不難見(jiàn)到。

種子去太空出趟“差”，回來(lái)就能大變樣？航天育種的原理是什么？航天育種的農(nóng)產(chǎn)品能不能放心吃？……接下來(lái)，讓我們一起揭開航天育種的神秘面紗。

水稻首次在太空結(jié)籽

此前，國(guó)際上在空間只完成了擬南芥、油菜、豌豆和小麥“從種子到種子”的培養(yǎng)。而在中國(guó)空間站內(nèi)，“微重力條件下高等植物開花調(diào)控的分子機(jī)理”項(xiàng)目瞄準(zhǔn)了水稻和擬南芥兩種植物。

神十四乘組在軌期間，從7月29日注入營(yíng)養(yǎng)液?jiǎn)?dòng)實(shí)驗(yàn)，至11月25日結(jié)束實(shí)驗(yàn)，水稻和擬南芥種子在中國(guó)空間站內(nèi)經(jīng)歷了120天的空間培育生長(zhǎng)，完成了種子萌發(fā)、幼苗生長(zhǎng)、開花結(jié)籽這一“從種子到種子”的發(fā)育全過(guò)程。這是國(guó)際上首次完成的水稻全生命周期培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)。

期間，航天員在軌進(jìn)行了三次樣品采集，包括孕穗期水稻樣品、擬南芥開花期樣品及水稻和擬南芥種子成熟期樣品。采集后，開花或孕穗期樣品保存于零下80攝氏度的低溫存儲(chǔ)柜中，種子成熟期樣品保存于4攝氏度低溫存儲(chǔ)柜。

水稻和擬南芥的在軌實(shí)驗(yàn)樣品分別裝在3個(gè)生物樣品冷包中，隨飛船返回地球。后續(xù)，科學(xué)家將對(duì)返回樣品進(jìn)行分子生物學(xué)、細(xì)胞學(xué)和代謝等相關(guān)分析，通過(guò)檢測(cè)及分析研究，解析空間微重力對(duì)于擬南芥和水稻作用的規(guī)律和分子基礎(chǔ)，為進(jìn)一步創(chuàng)制適應(yīng)空間環(huán)境的作物和開發(fā)利用空間微重力環(huán)境資源提供理論依據(jù)。

水稻在太空開花時(shí)間提前

水稻在太空中的長(zhǎng)勢(shì)是科研人員關(guān)注的重點(diǎn)。在空間站微重力環(huán)境下生長(zhǎng)的水稻，其多種農(nóng)藝性狀都與地面有所不同。

空間再生水稻的過(guò)程圖像，圖中的時(shí)間為剪株后的天數(shù)。（中國(guó)科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心供圖）

其株型在空間變得更為松散，矮桿水稻變得更矮，高稈水稻的高度沒(méi)有受到明顯的影響；水稻在空間開花時(shí)間比地面略有提前，但灌漿時(shí)間延長(zhǎng)了10多天；大部分的穎殼不能關(guān)閉。開花時(shí)間和穎殼閉合在保障植物充分的生殖生長(zhǎng)、獲得高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)種子方面有重要作用，科研人員將利用返回樣品進(jìn)行進(jìn)一步分析。

此外，航天員還在空間站內(nèi)開展了再生稻實(shí)驗(yàn)，并獲得了再生稻的種子，水稻剪株后僅20天就再生出了2個(gè)稻穗。研究人員認(rèn)為，這為空間作物的高效生產(chǎn)提供了新的思路和實(shí)驗(yàn)證據(jù)，該技術(shù)可以大大增加單位體積中的水稻產(chǎn)量，也是國(guó)際上首次在空間嘗試的再生稻技術(shù)。

擬南芥在太空也順利開花，科研人員首次對(duì)空間生物鐘調(diào)控光周期開花的關(guān)鍵基因進(jìn)行研究。后續(xù)還將進(jìn)一步利用返回材料，對(duì)擬南芥適應(yīng)空間環(huán)境的分子基礎(chǔ)進(jìn)行深入解析。

種子上天猶如“開盲盒”

11月3日，夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙完成轉(zhuǎn)位，中國(guó)空間站“T”字基本構(gòu)型在軌組裝完成。自中國(guó)空間站實(shí)施建造以來(lái)，航天員開展了多項(xiàng)科學(xué)技術(shù)試驗(yàn)研究，并取得了多項(xiàng)研究成果。在中國(guó)空間站的生命生態(tài)實(shí)驗(yàn)柜中，水稻和擬南芥正在茁壯成長(zhǎng)。從7月底注入營(yíng)養(yǎng)液以來(lái)，水稻和擬南芥經(jīng)歷了萌發(fā)、生長(zhǎng)，并進(jìn)入到成熟階段。

空間水稻原生稻和再生稻圖片，顯示空間稻穗與穎殼張開的表型。

“空間站提供了長(zhǎng)期實(shí)驗(yàn)的環(huán)境，后續(xù)的種子、葉片，我們會(huì)進(jìn)行收集，帶回到地面上，進(jìn)行更深入研究?！贬槍?duì)此次在太空結(jié)穗的水稻后續(xù)科研工作，中國(guó)科學(xué)院空間應(yīng)用中心研究員集成技術(shù)中心副主任張璐在接受媒體采訪時(shí)這樣說(shuō)道。

這也就意味著，送種子“上天”，只是航天育種的第一步。航天育種也稱空間誘變育種，是將作物種子搭乘返回式航天器送到太空，利用太空特殊的環(huán)境誘變作用，使種子產(chǎn)生基因變異，再返回地面，經(jīng)過(guò)選育，形成特性穩(wěn)定的新品種。

之所以選擇“上天”，是因?yàn)樽匀唤绲幕蜃兓l(fā)生非常緩慢，而太空為基因變異提供了一個(gè)絕佳的輻射場(chǎng)所。宇宙的環(huán)境遠(yuǎn)比地球復(fù)雜，擁有宇宙射線微重力和高真空度等，在這種環(huán)境中引起植物基因變異的概率更高、程度更徹底、周期更短，可以為科學(xué)家們提供盡可能多的基因源材料，為育種按下“快捷鍵”。

而種子在太空發(fā)生的一切反應(yīng)，對(duì)科學(xué)家來(lái)說(shuō)就像是在“開盲盒”。因?yàn)樵谶@趟種子們的“出差”過(guò)程中，哪顆種子能被宇宙射線擊中？基因?qū)⑷绾胃淖?？這些都是未知數(shù)。只有將經(jīng)歷了太空旅行的種子帶回地球進(jìn)行后續(xù)觀察，一些種子的后代可能會(huì)長(zhǎng)得又快又好，或者在病蟲害方面的抵抗力大幅提升?？蒲腥藛T再根據(jù)其中“優(yōu)等生”的性狀表現(xiàn)，從中篩選出變異基因，并培育成為新品種。

被宇宙粒子擊中的“幸運(yùn)兒”

“普通雜交稻需要150多天成熟，而‘錦優(yōu)90’生育期縮短了10多天，依舊可以做到優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)?！?0月中旬，成都市新都區(qū)馬家鎮(zhèn)的稻田一片金黃。經(jīng)過(guò)農(nóng)業(yè)專家現(xiàn)場(chǎng)測(cè)產(chǎn)，這個(gè)由四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)核技術(shù)研究所和四川省水稻航天育種工程研究中心共同選育的航天優(yōu)質(zhì)稻新品種的表現(xiàn)十分出色。

在甘孜巴塘，同樣有過(guò)星際旅行經(jīng)歷的航天育種土豆新品種“紅美微”在這里落地生根。這種土豆看起來(lái)像紅薯，但鮮嫩多汁，削皮后就能吃，像水果一樣清香微甜，口感爽脆

由此可見(jiàn)，航空育種的成果已在我們的生產(chǎn)生活中廣泛應(yīng)用。而一粒種子經(jīng)過(guò)太空旅行，再來(lái)到老百姓的餐桌，這個(gè)過(guò)程并不容易。

由于載人航天工程的載荷資源非常珍貴，種子必須經(jīng)過(guò)純度、凈度、發(fā)芽率等標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)苛的篩選才能成為“天選之子”，跟隨著宇航員一同在太空“出差”。上了天的種子也不見(jiàn)得都能順利完成任務(wù)，根據(jù)統(tǒng)計(jì)，能順利完成基因突變的種子可能不到10%。有些種子在宇宙環(huán)境里并不發(fā)生變化，有的甚至?xí)l(fā)生結(jié)實(shí)性降低、成熟期延長(zhǎng)、甜份流失等負(fù)面的變化。

而那些被宇宙射線擊中且發(fā)生良性基因改變的“幸運(yùn)兒”，回到地球后有時(shí)還要被送到全國(guó)各地多個(gè)生態(tài)區(qū)進(jìn)行篩選、繁殖，再經(jīng)過(guò)多年、多個(gè)生態(tài)地點(diǎn)的測(cè)試，連年優(yōu)秀者經(jīng)過(guò)專門審定委員會(huì)的鑒定，才能最終來(lái)到市場(chǎng)，整個(gè)過(guò)程可能耗時(shí)6到8年。

資料顯示，自1987年中國(guó)首次將水稻、辣椒等農(nóng)作物種子送上太空后，目前我國(guó)已培育出 700 余個(gè)航天育種新品系、新品種，其中通過(guò)國(guó)家或省級(jí)審定的超過(guò)200個(gè)，年種植面積3000多萬(wàn)畝，社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益顯著。目前，我國(guó)太空育種的育成品種數(shù)量和推廣應(yīng)用范圍處于世界第一位。

來(lái)原：央視新聞、新華社、科技日?qǐng)?bào)、北京日?qǐng)?bào)等