焦點(diǎn)訪談丨“小薇”的太空之旅

隨著神舟十五號(hào)的發(fā)射，我國空間站基本構(gòu)型已經(jīng)形成，空間站長(zhǎng)期有人值守，即將轉(zhuǎn)入空間站應(yīng)用階段。這個(gè)距離我們四百公里外的空間站到底有什么價(jià)值？能夠給我們的日常生活帶來什么變化？告訴您，它可以做很多事。今天的節(jié)目，我們看看一株名叫“小薇”的水稻，以及它背后的幾位科學(xué)家，也許能夠回答這個(gè)問題。

神舟十四號(hào)乘組在軌半年時(shí)間，很多人牽掛著航天員在軌的狀態(tài)，也有人關(guān)注著太空中的植物。12月5日凌晨三點(diǎn)，隨神舟十四返回的第三批空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)樣品運(yùn)抵北京，相關(guān)實(shí)驗(yàn)科學(xué)家馬上開始處理、分析樣品。

這次神舟十四帶回來的種子是空間站中的常規(guī)稻結(jié)出的種子。這是人類第一次在太空完成水稻的“從種子到種子”的實(shí)驗(yàn)，盡管之前已經(jīng)知道了這個(gè)消息，但是真正看到這些水稻種子和相關(guān)樣品，科學(xué)家還是非常興奮。

(資料圖)

這是國際上首次開展水稻“從種子到種子”全生命周期空間培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)。本項(xiàng)目共在軌開展實(shí)驗(yàn)120天，完成了擬南芥和水稻種子萌發(fā)、幼苗生長(zhǎng)、開花結(jié)籽全生命周期的培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)。在10月12日這一天，正好天宮課堂第三課開講，航天員還全程給地面觀眾、中小學(xué)生展示了采集擬南芥開花樣品的過程。11月25日，航天員采集了水稻和擬南芥種子成熟期樣品，在這次返回時(shí)一并帶了回來。

中科院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心研究員鄭慧瓊：“我們進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到了重力或者空間微重力對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育的影響，比如說葉子的夾角影響種植密度，種植密度影響單位面積產(chǎn)生。另外，它一株里面發(fā)出很多小側(cè)枝，在天上這個(gè)數(shù)目是比較多的，這個(gè)也影響農(nóng)業(yè)性狀，我們進(jìn)一步分析它的分子生物學(xué)機(jī)制能找到關(guān)鍵基因的話，將來可以利用這種來改造植物，我們可以利用基因的變化來改造農(nóng)作物?！?/p>

在太空環(huán)境種糧種菜不是一件易事。飛行器在行星軌道飛行時(shí)重力變得十分微小，稱為“微重力”。重力的變化會(huì)嚴(yán)重地影響植物的生長(zhǎng)發(fā)育和代謝活動(dòng)，了解微重力影響植物生長(zhǎng)的原理乃至加以控制，正是鄭慧瓊的研究方向。這次上天，科學(xué)家送上去兩種水稻，一種是常規(guī)稻，一種是名叫“小薇”的矮稈水稻。太空之旅，對(duì)“小薇”來說并不是首次。早在2016年9月15日，它就和擬南芥一起搭乘天宮二號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室進(jìn)入太空。水稻“小薇”有什么特殊之處、為什么要帶它多次上太空呢？

中國科學(xué)院院士 中國農(nóng)科院作物科學(xué)研究所所長(zhǎng)錢前：“‘小薇’它矮小，大概有個(gè)20公分，最高到30公分。后來我們把這個(gè)基因克隆到了，它是赤霉素合成的關(guān)鍵基因，降低株高的同時(shí)，對(duì)穗部形狀沒有影響，它對(duì)產(chǎn)量影響相對(duì)還是小的，所以它谷草比理論上還能提高?！?/p>

“小薇”這種水稻品種來自中國農(nóng)科院，科學(xué)家經(jīng)過10余年攻關(guān)獲得了這個(gè)超矮稈水稻品種。這種品種的空間利用效率高，栽種于植物工廠，最多可以種植12層，已成為植物工廠的先鋒種。而選擇水稻率先上天實(shí)驗(yàn)，還有一個(gè)原因，這是我國老百姓最重要的口糧之一。

中科院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心研究員倉懷興：“水稻是咱們國家最重要的糧食作物，產(chǎn)量也是蠻高的，所以首選它有這方面的現(xiàn)實(shí)考慮。另一方面，咱們國家把水稻的全部基因都已經(jīng)測(cè)定了?！?/p>

中國科學(xué)院院士 中國農(nóng)科院作物科學(xué)研究所所長(zhǎng)錢前：“上海科學(xué)家要挑選‘植物宇航員’的時(shí)候，挑選了‘小薇’。我當(dāng)時(shí)覺得要進(jìn)一步使‘小薇’生育期更短，這一批‘小薇’生育期在110天左右。‘小薇’要在太空能夠結(jié)出糧食，實(shí)現(xiàn)太空夢(mèng)，農(nóng)業(yè)也要先行?！?/p>

就這樣，“小薇”被親切地稱為“植物航天員”，帶著多位科學(xué)家的夢(mèng)想上了天。除了主糧以外，擬南芥作為蔬菜界的代表也再次上天參與了實(shí)驗(yàn)。這次實(shí)驗(yàn)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。發(fā)現(xiàn)開花關(guān)鍵基因?qū)ξ⒅亓Φ捻憫?yīng)與地面比有明顯的差異。后續(xù)研究團(tuán)隊(duì)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。

有了航天員搞管理，硬件也要跟上。問天艙作為專門的實(shí)驗(yàn)艙，裝備了專門的存儲(chǔ)區(qū)，包含4℃、-20℃、-80℃等多個(gè)溫區(qū)，這也是生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)比較常用的三個(gè)溫區(qū)，可以滿足不同特點(diǎn)、不同周期的實(shí)驗(yàn)存儲(chǔ)要求。除此以外，問天實(shí)驗(yàn)艙搭載了實(shí)驗(yàn)柜，所采集的數(shù)據(jù)不僅量大，還需要實(shí)時(shí)傳輸。因此，航天科研人員用光纖在艙內(nèi)打造了一個(gè)帶寬更大、速率更快的局域網(wǎng)，再通過中繼衛(wèi)星傳到地面，便于科研人員開展研究。

中科院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心研究員郭麗麗：“其實(shí)我們有很多地面系統(tǒng)，我們叫有效載荷運(yùn)行管理系統(tǒng)，科學(xué)家利用這套系統(tǒng)可以去監(jiān)視。因?yàn)槲覀儠?huì)對(duì)天上的數(shù)據(jù)進(jìn)行接收，接收完之后會(huì)處理，呈現(xiàn)給科學(xué)家，科學(xué)家可以根據(jù)這些數(shù)值數(shù)據(jù)、圖像數(shù)據(jù)、視頻數(shù)據(jù)去判斷載荷的健康狀態(tài)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)的進(jìn)展情況，同時(shí)也可以通過這套系統(tǒng)的控制指令，時(shí)時(shí)干預(yù)科學(xué)實(shí)驗(yàn)的進(jìn)展情況，包括調(diào)參數(shù)、調(diào)模式?！?/p>

近年來，伴隨著我國航天事業(yè)的發(fā)展，關(guān)于空間作物種植的實(shí)驗(yàn)一直在進(jìn)行。2014年，“月宮一號(hào)”進(jìn)行了105天的月球基地生命保障系統(tǒng)的模擬，氧氣和水都循環(huán)再生，未來可作為外星之上的“蔬菜大棚”。2016年，“天宮二號(hào)”上建起“微型LED植物工廠”，進(jìn)行了水稻和擬南芥的種植實(shí)驗(yàn)。2018年，“嫦娥四號(hào)”月球探測(cè)器，攜帶了由大量的植物種子和昆蟲卵構(gòu)筑的“月面微型生態(tài)圈”，棉花種子長(zhǎng)出嫩芽，成為人類歷史上第一批在月球生長(zhǎng)的植物。

據(jù)了解，這次空間實(shí)驗(yàn)，“小薇”沒有結(jié)種子，科學(xué)家分析可能是培養(yǎng)盒空間較小，高稈水稻生長(zhǎng)茂盛擋住了矮稈水稻的光，后續(xù)還將對(duì)原因進(jìn)一步進(jìn)行分析。常規(guī)水稻在空間站結(jié)出了種子，這邁出了中國人在太空種糧食的第一步。而對(duì)于育種科學(xué)家來說，他們還關(guān)心地面農(nóng)作物的改良。水稻是我國第一大口糧作物，當(dāng)前我國水稻平均畝產(chǎn)474公斤，處于全球單產(chǎn)水平第一梯隊(duì)，要在此基礎(chǔ)上繼續(xù)提高，還需要有新的突破。

據(jù)了解，當(dāng)下我國已經(jīng)基本解決了水稻高產(chǎn)問題，未來水稻育種的主攻方向及目標(biāo)是在保證糧食安全的基礎(chǔ)上，因地制宜開展優(yōu)質(zhì)稻、輕簡(jiǎn)栽培和綠色高抗品種的培育。而“小薇”參與太空實(shí)驗(yàn)之后，科研人員將繼續(xù)開展研究，為中國人更好地端牢飯碗作出貢獻(xiàn)。

盡管不同的研究團(tuán)隊(duì)方向不同，但科學(xué)家們都是為了讓糧食作物能夠產(chǎn)量更高、品質(zhì)更好?，F(xiàn)在，空間站的水稻已經(jīng)不負(fù)眾望，在太空中結(jié)出了世界上第一批稻種并帶回了地面。與此同時(shí)，在中國空間站里，更多與我們息息相關(guān)的實(shí)驗(yàn)還在繼續(xù)。

中科院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心研究員倉懷興 ：“大家知道人的骨骼受到損傷或者是缺損以后，過去咱們用不銹鋼來修補(bǔ)骨骼，后來用鈦合金，現(xiàn)在發(fā)展到新一代用可降解的，甚至是3D打印的仿生材料。我們把這些物質(zhì)拿到天上去，在天上能夠制備出這種仿生的可降解的骨骼修復(fù)產(chǎn)品，這種產(chǎn)品植入到體內(nèi)以后，人慢慢會(huì)把它降解吸收，然后再利用人自身的修復(fù)能力長(zhǎng)出新的、屬于自己的骨骼組織?！?/p>

據(jù)了解，目前在空間站立項(xiàng)開展的科學(xué)研究項(xiàng)目總共有76項(xiàng)，在這其中，有23項(xiàng)是生命科學(xué)和生物技術(shù)的研究項(xiàng)目。

仰望天空，腳踏實(shí)地。人類探索外太空，拓展空間，一個(gè)重要的目的就是幫助解決困擾人類的科技瓶頸問題。我們從這株水稻身上，就能深深地感受到中國空間站“建站為應(yīng)用”的目標(biāo)?，F(xiàn)在只是一個(gè)起步，未來中國空間站將陸續(xù)有上千項(xiàng)科學(xué)研究開展，并且邀請(qǐng)全世界的科學(xué)家到中國空間站來研究，為構(gòu)筑我們更美好的未來共同努力。

制片人丨李作詩

主編丨劉寧

編輯丨高琦 金歆竹 曹美麗

攝像丨付鵬 李嘉楠

責(zé)編丨溫娜 時(shí)瑤

剪輯丨佟永杰?

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