去太空種水稻！探秘天宮二號將進行的那些太空實驗

　　我國首個真正意義上的空間實驗室天宮二號將於今年9月15日至20日擇機發射。中國科學家將在其中開展十余項高精尖的實驗任務，是載人航天歷次任務中應用項目最多的一次。

　　這些實驗有的是要探索宇宙最深處的奧秘，有的是幫助人們更好地認識海洋和大氣，有的甚至想要解決將來星際旅行時的食物問題……

　　大家也許還記得電影《火星救援》中，主人公孤身一人克服重重困難，通過在火星基地種植土豆來生存，最終重回地球。

　　當前，人類太空探索的疆域不斷拓展，從近地軌道到深空探測，從建立月球基地到火星生存。所謂“兵馬未動，糧草先行”。人類要飛出地球、星際旅行、移民外星球，首要任務是解決食物自給、氧氣和循環水等問題。

　　地球上的綠色植物是否可以在太空環境中正常生長，從而為人類提供食物和氧氣的來源？儘管目前在空間已經進行了多次植物生長試驗，但要在太空條件下成功地實現糧食與蔬菜的生産，還需要解決包括微重力在內的極端環境因子對植物生長髮育影響等諸多問題。

　　這次天宮二號空間實驗室中將要進行的高等植物培養實驗，就是要研究這個問題。

　　“植物航天員”——水稻和擬南芥

　　中國人習慣吃大米，所以大家熟悉的水稻和另一種不同生長特性的高等植物擬南芥就幸運當選為“植物航天員”，將搭載天宮二號進行一次不平凡的太空之旅。

　　左圖為擬南芥，右圖為水稻

　　天宮二號搭載的高等植物培養箱，是一個微縮版太空溫室，它身負重任，將開展我國首次為期6個月的植物“從種子到種子”全生命週期培養。科學家將能夠直接觀察不同植物的種子在太空中的萌發、生長、開花和結籽，從而更好地了解和掌握未來太空農業發展的可能。

　　高等植物培養箱(左圖)，分為在軌單元和返回單元，在軌單元可提供兩個擬南芥培養單元和兩個水稻培養單元，分別為一個長日照和一個短日照培養條件(如右側植物培養示意圖)，返回單元用於培養擬南芥。

　　實驗怎麼進行？

　　植物學家在地面精心挑選的水稻和擬南芥種子將在休眠狀態下乘坐在舒適溫暖的“保暖箱”中隨著天宮二號進入軌道。科學家們將在地面遙控指揮，啟動實驗過程，種子開始萌發。

　　在其後的一段時間內，培養箱通過溫度、濕度、光照、營養供給調節等功能為種子的生長髮育提供環境保障。預計1—2個月以後，如果生長順利，植物便可進入抽苔(穗)開花階段。

　　高等植物培養箱可實現植物生長髮育全過程實時監測。相機等測量部件將進行“全程直播”，記錄圖像、溫度變化等數據，下傳到地面供植物學家開展比對分析。

　　長日照植物擬南芥生長週期示意圖(左圖)以及不同生長髮育時期擬南芥植物圖片(右圖)。

　　短日照植物水稻生長週期示意圖(左圖)以及開花期的水稻(中圖)。天宮二號空間實驗室中培養的水稻品種為矮化水稻突變體(d18h)，成熟期水稻株高在15-20釐米(該矮化水稻由中國水稻研究所錢前研究員提供)。右圖為矮化水稻與正常株高水稻(zh11)在幼苗期的比較。

　　太空溫室有什麼神奇？

　　太空溫室中，生長盒是植物生長的空間，由透明材料製成，光源從頂部照射，相機從側面拍攝成像。在生長盒上貼有透氣膜，用來保障植物與溫室內有一定的氣體交換，而液態水不會從透氣膜中逸出，以此來保障植物生長過程中所需的水分。

　　在空間微重力環境下，植物生長過程中因蒸騰作用産生的水汽無法凝結回歸到土壤，而是附著于生長盒的側面，還影響成像。為了解決這個問題，科學家們通過增加冷凝區的設計，使水汽重新冷凝並導入土壤盒內，實現了太空密閉環境下水的有效循環，提高了水的利用率，也避免了水汽可能産生的不良影響，真是高效又安全。

　　矮化水稻(d18h)在高等植物培養箱中生長過程實時圖像。圖像記錄了從種子萌發到生長26天的水稻。

　　為基因信息安裝“追蹤器”

　　植物學家預先用轉基因技術給擬南芥的開花基因用綠色熒光蛋白基因標記。培養箱安裝了一台微型熒光相機，並集成一個LED熒光激發光源。擬南芥開花基因一旦表達，就會被LED光源激發出綠色熒光。熒光相機便可以捕捉到熒光信號，並下傳信息。

　　a和b分別為可見光和熒光相機對同一培養盒中擬南芥植物的成像。c示意了培養盒中不同的擬南芥植株，WT為沒有綠色熒光蛋白基因標記的普通擬南芥，FTPro::GFP為含有綠色熒光蛋白的轉基因擬南芥。

　　航天員也將參與實驗哦

　　我們的航天員將在天宮二號空間實驗室中首次進行部分擬南芥實驗樣品回收。空間培養的擬南芥實驗樣品將隨返回單元返回地面供後續研究分析，為了解空間微重力條件下高等植物種子發育與營養貯藏提供第一手材料。

　　未來展望

　　人類登上月球已過去40多年，現在重返月球和登陸火星的夢想席捲全球。一些科學家不但繪製了月球基地和火星基地的藍圖，而且已經完成選址。

　　如何建立以綠色高等植物為基礎的空間密閉生態循環系統，為航天員長期的空間生活提供補給？這是一個浩大的綜合工程。我國在航天和空間領域的發展，為空間生命科學研究提供了前所未有的機會。

　　加強太空環境中植物生長髮育研究，突破空間生命生態保障系統的技術瓶頸，構建人類地外長期生存的新天地，人類跨越天疆的夢想一定會在不遠的將來成為現實。

　　部分圖片來源於網絡

　　新華社記者 吳晶晶、白國龍、崔靜