為什么會(huì)選擇“小薇”水稻“小薇”的太空之旅

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(lái)說(shuō)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(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)農(nóng)科院作物科學(xué)研究所所長(zhǎng)錢前表示：“‘小薇矮小，大概有20公分，最高30公分。后來(lái)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(méi)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。”

“小薇”這種水稻品種來(lái)自中國(guó)農(nóng)科院，科學(xué)家經(jīng)過(guò)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，它是我國(guó)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(cāng)懷興表示：一方面，“水稻是咱們國(guó)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(guó)家把水稻的全部基因都已經(jīng)測(cè)定了。”

錢前表示，“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(jué)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。”

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(kāi)花的關(guān)鍵基因進(jìn)行研究。發(fā)現(xiàn)開(kāi)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(wèn)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℃度等多個(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(wèn)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(guò)中繼衛(wèi)星傳到地面，便于科研人員開(kāi)展研究。

中科院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心研究員郭麗麗介紹：“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(guò)這套系統(tǒng)的控制指令，實(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。”

近年來(lái)，伴隨著我國(guó)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(lái)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(chóng)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(méi)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(guó)人在太空種糧食的第一步。而對(duì)于育種科學(xué)家來(lái)說(shuō)，他們還關(guān)心地面農(nóng)作物的改良。水稻是我國(guó)第一大口糧作物，當(dāng)前我國(guó)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。

“小薇”矮小，大概有20公分，最高30公分。后來(lái)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(méi)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。

據(jù)了解，當(dāng)下我國(guó)已經(jīng)基本解決了水稻高產(chǎn)問(wèn)題，未來(lái)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(kāi)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(kāi)展研究，為中國(guó)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。現(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(guó)空間站里，更多與我們息息相關(guān)的實(shí)驗(yàn)還在繼續(xù)。

倉(cāng)懷興表示：“大家知道人的骨骼受到損傷，或者是缺損以后，過(guò)去咱們用不銹鋼來(lái)修補(bǔ)骨骼，后來(lái)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。”

據(jù)了解，目前在空間站立項(xiàng)開(kāi)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(wèn)題。我們從這株水稻身上，就能深深地感受到中國(guó)空間站“建站為應(yīng)用”的目標(biāo)。現(xiàn)在只是一個(gè)起步，未來(lái)中國(guó)空間站將陸續(xù)有上千項(xiàng)科學(xué)研究開(kāi)展，并且邀請(qǐng)全世界的科學(xué)家到中國(guó)空間站來(lái)研究，為構(gòu)筑我們更美好的未來(lái)共同努力。

◎ 來(lái)源| 央視網(wǎng)