2022-09-05 11:29:19
原標題：到太空“種”糧
“盒子高度14厘米，超過了（14厘米），高稈水稻現(xiàn)在約30厘米高！”8月29日，鄭慧瓊團隊在中國空間站種的水稻順利“滿月”，發(fā)布會上，她舉起一盒種有綠色水稻幼苗的演示品向媒體記者解釋，激動得甚至有些語無倫次。
鄭慧瓊是中國科學院分子植物科學卓越創(chuàng)新中心研究員、中國空間站問天艙“微重力條件下高等植物開花調(diào)控的分子機理”實驗項目負責人。近20年間，她所在團隊一直致力于研究太空高等植物的生長問題。此次問天艙水稻實驗取得進展，意味著中國人有望首次在國際上實現(xiàn)空間站水稻“從種子到種子”的全生命周期培養(yǎng)，為人類以后能在太空吃到剛出鍋的米飯打下基礎(chǔ)。
無論人類在哪兒生存，都要解決吃飯問題。地球上，早已不再是新名詞的糧食危機，在新冠肺炎疫情、地緣政治、極端氣候等影響下有愈演愈烈之勢；太空里，靠火箭運送補給食品顯然不是長久之計。為了解決吃飯問題，人們不僅在向土地、向海洋，還在不斷向太空要答案。
那么，太空到底給了我們怎樣的回應(yīng)？
中國空間站種的水稻“生長狀態(tài)良好”
從20世紀50年代人類發(fā)射第一顆人造地球衛(wèi)星以來，如何利用植物保障人類在地外環(huán)境中生存所需要的食物、氧氣和純凈水，就成為空間生命科學最為關(guān)注的問題之一。
太空生存，種植農(nóng)作物是必解問題。美國國家航空航天局國際空間站和飛船處理董事會的一位科學家曾表示，把1磅（約0.45千克）食品送上國際空間站需要花大約1萬美元。一位來自美國國家航空航天局約翰遜太空中心的太空食物系統(tǒng)高級研究科學家也曾在公開場合說，如果航天員開啟一趟為期5年的火星之旅，每人需要消耗約3000公斤食物。這些食物如果全靠火箭運送，顯然難以為繼。
換言之，如果航天員像沈騰飾演的獨孤月那樣“破罐子破摔”，長期靠吃庫存維持生命，《獨行月球》可能剛開演就要落幕了。
繼在地球上創(chuàng)立農(nóng)耕文明之后，人類早已拉開了去太空“從頭越”的架勢。特別是過去10多年來，隨著重返月球、登陸火星、建立月球或火星基地成為人類空間探索的重要目標，各國科學家都在為長期在太空生存做糧食準備。鄭慧瓊感到：“解決建立空間生命保障系統(tǒng)的科學問題已經(jīng)迫在眉睫。”
微重力條件下水稻的生長發(fā)育情況組圖。中國科學院分子植物科學卓越創(chuàng)新中心供圖
正是在這種背景下，空間站種水稻等一系列太空種植實驗應(yīng)運而生。2022年7月24日，我國空間站問天實驗艙成功發(fā)射并與天和核心艙交會對接，問天實驗艙搭載了生命生態(tài)實驗柜、生物技術(shù)實驗柜等科學實驗柜。7月28日，載有實驗樣品水稻種子的實驗單元，被航天員安裝至問天實驗艙的生命生態(tài)通用實驗模塊中，7月29日正式啟動實驗。
鄭慧瓊說，此次實驗的目標是在國際上首次完成水稻在空間站從種子到種子全生命周期的培養(yǎng)研究，探索利用空間環(huán)境因素控制植物的開花，來尋找在較小的封閉空間中植物生產(chǎn)效率最大化的可能途徑。
實驗啟動后，高稈和矮稈水稻種子奮力生長，但不出所料，它們在微重力的空間環(huán)境中遭遇“水土不服”，患上了“航天綜合征”。長出的水稻幼苗看起來有些“懶散”，并沒有像地面上的水稻那樣精神抖擻地挺立起來，而是“趴”在了透明實驗盒子的壁上。
不過這并不影響實驗給人們帶來成功的希望。
鄭慧瓊表示，目前已成功啟動了水稻的種子萌發(fā)，高稈水稻幼苗已長至30厘米左右高，矮稈水稻也有5-6厘米高，生長狀態(tài)良好。待后續(xù)成功結(jié)出種子后，將由航天員采集樣品、冷凍保存，最終隨航天員返回地面進行分析。
人類已成功在太空收獲油菜、小麥、豌豆等
實際上，太空不但生長出了長勢良好的水稻，還給人類帶來了不少驚喜。
鄭慧瓊介紹，在過去60多年中，科學家對于在空間種植和栽培植物進行了大量的研究，在各種空間飛行器中進行了20多種植物、50多項空間培養(yǎng)實驗。
公開資料顯示，1979年，禮炮號6號空間站就已經(jīng)開始培養(yǎng)洋蔥和蘭花的球莖，并開展擬南芥、豌豆、小麥的生長發(fā)育研究。
1982年，禮炮7號空間站的溫室中種植了擬南芥，并第一次實現(xiàn)了從種子到種子的太空種植。擬南芥是雙子葉、長日、十字花科植物的代表，很多蔬菜，比如青菜、油菜等都屬于十字花科，因此這一進展對太空種菜意義非凡。
1997年，“超矮小麥”在和平號空間站中首次完成了從種子到種子的實驗。人類太空生存的“主食”保衛(wèi)戰(zhàn)告一大捷。
隨著科技進步，科學家們的“腦洞”也越開越大。
2006年，鄭慧瓊團隊在我國“實踐八號”衛(wèi)星上觀察了青菜的開花過程。2012年，美國航天員唐·佩蒂特開了一個名為《太空西葫蘆日記》的博客，講述一顆西葫蘆在國際空間站生長的過程。隨后，國際空間站在2014年啟動了蔬菜種植實驗，2015年收獲的生菜還讓航天員進行了試吃。2016年，一株絢麗的百日菊在國際空間站綻放，作為人類在地球之外培育出的第一朵觀賞花，它不僅當之無愧地成為太空“花魁”，還對植物的太空開花研究作出了不小的貢獻。2021年，智利辣椒在國際空間站的“高等植物棲息地”培養(yǎng)器中開花結(jié)果，并成為航天員的“配菜”。
微重力條件下水稻的生長發(fā)育情況。中國科學院分子植物科學卓越創(chuàng)新中心供圖
鄭慧瓊說，早期人們的空間植物培養(yǎng)實驗主要目標是如何在空間環(huán)境中養(yǎng)活植物，使其能夠萌發(fā)、生長、開花和產(chǎn)生種子，如今這些目標都一一實現(xiàn)了。一些基本的空間植物生物學問題，如植物的向性生長，根的形成、萌發(fā)，種子成分，基因和蛋白質(zhì)的表達變化等，也在此過程得到了較為深入的研究。
目前科學家的研究重點逐漸由對植物幼苗階段的研究擴展至種子生產(chǎn)研究。但是，目前只有油菜、小麥和豌豆少數(shù)幾種作物在空間完成了從種子到種子的實驗。同時，在空間條件下，植物開花時間延遲、開花數(shù)目少、種子結(jié)實率低和種子質(zhì)量下降等問題仍然沒有克服。因此，此次問天艙的水稻等相關(guān)實驗，主要致力于研究開花調(diào)控的分子機理。
“太空味道”飛入尋常百姓家
太空種植只是太空農(nóng)業(yè)的一角，科學家還期待利用空間資源解決地球上的吃飯問題。利用空間環(huán)境育種，為地球作物改良品種，也是一條重要的思路。
為什么青睞航天育種？隨著人們生活水平的提高，吃飽早已不能滿足老百姓的需求，好吃、健康等標準使得人們對農(nóng)業(yè)新品種的需求愈發(fā)迫切，加之社會和自然環(huán)境在改變，諸如國際競爭、高溫干旱等因素，都不斷對農(nóng)作物品種提出新的要求。國家植物航天育種工程技術(shù)研究中心副主任、華南農(nóng)業(yè)大學教授郭濤認為，與現(xiàn)代生物學結(jié)合的航天育種，是保障國家種業(yè)安全的重要手段之一。
航天員在軌操作科學實驗柜。中國載人航天工程辦公室供圖
郭濤說，科學家通過飛行器把地球種子送上太空，利用太空高真空、微重力、空間射線等條件誘發(fā)其遺傳基因發(fā)生改變，回到地面，再想辦法將那些好的改變“固定”下來，從而改良農(nóng)作物品種的特定性狀。
通過這種方式，我國1987年第九顆返回式衛(wèi)星搭載著精挑細選的小麥、水稻、青椒等百余個品種的農(nóng)作物種子，順利完成了我國首次航天育種“太空之旅”。隨后，航天育種相關(guān)實驗愈發(fā)豐富，蔬菜、瓜果、花卉、中草藥等均在其列。
經(jīng)過30多年的實踐，航天育種成果層出不窮，我國通過航天育種已篩選新材料1200多份，培育出新品種260多個，年推廣面積數(shù)千萬畝。不少科研成果已經(jīng)從實驗室搬到了普通人的餐桌上。
郭濤介紹，我國在20世紀90年代就已經(jīng)實現(xiàn)了水稻、小麥等作物航天育種品種的產(chǎn)業(yè)化，隨后相關(guān)產(chǎn)業(yè)更是不斷發(fā)展壯大。
以郭濤所在的研究團隊為例，10多年來，團隊已經(jīng)選育了57個在生產(chǎn)上推廣和應(yīng)用的水稻新品種，推廣面積累計超過5000萬畝。郭濤說：“比如華航31號水稻經(jīng)過空間誘變后，產(chǎn)量提升了約10%，成為廣東省農(nóng)業(yè)主導品種。”此前，還有專家對媒體表示，北京市場約30%的草莓都是“航天草莓”。
事實上，人類利用太空資源充實地球餐桌的設(shè)想，并不僅限于航天育種。
還有專家提出，未來或許可以在太空建設(shè)空間生物合成工廠，利用微重力、高真空等獨特條件，來完成大分子化合物或特定蛋白質(zhì)的高效合成，大規(guī)模生產(chǎn)高純度淀粉、特定蛋白質(zhì)或“人造肉”等高價值農(nóng)產(chǎn)品。
不難看出，無論在哪里生存，人類靠“天”吃飯的計劃和執(zhí)行力都相當出色。人類想成為多行星物種，大概不是奢望。（記者 張茜）
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