中國空間站里，“太空水稻”發芽了

神舟二十三號任務的“太空水稻”實驗單元

(中國科學院空間應用工程與技術中心供圖)

“種菜是刻在DNA里的熱愛。”這句網絡熱梗照進了現實——中國人不僅把陽臺變菜園，更讓耕種的腳步邁向浩瀚蒼穹。

6月9日，中國空間站水稻“從種子到種子再到種子”在軌實驗順利進行。第一代水稻種子已萌發，幼苗正在發育中。

科學家期待，通過這項實驗探索微重力環境下水稻的遺傳穩定性與再生稻能力，向未來構建地外糧食原位生產技術邁出關鍵一步，為未來月球基地、火星移民等深空探測任務可持續生產糧食打下理論基礎。

此次任務充分彰顯了中國科學院作為國家戰略科技力量的使命擔當，展現了其在空間生命科學領域開展建制化科研攻關的深厚底蘊。

微重力下的植物繁衍

地球上所有生物都是在1g（9.8m/s2）的重力環境下進化而來的，其結構、代謝乃至遺傳調控機制都與重力環境相適應。

當人類試圖跨越地球搖籃邁向深空時，一個根本性的科學命題擺在了眼前：在微重力條件下，植物能否完成種子萌發、幼苗生長、開花乃至繁殖的全生命周期。在科學家看來，這是人類未來能否在太空實現植物原位種植、建立穩定糧倉的關鍵所在。

中國科學院分子植物科學卓越創新中心研究員鄭慧瓊介紹，早在2002年，科研團隊就在在軌7天的神舟四號飛船任務中，圍繞“空間細胞融合”這一生命繁衍的關鍵環節展開探索。隨后，“實踐八號”衛星任務的實驗則聚焦于開花與授粉。

“通過空間實時顯微圖像，我們親眼看到，與地面上花粉受重力作用落到柱頭上完成授粉的情況不同，在太空中，花粉飄浮在空中，只有少數花粉能落到柱頭上。”鄭慧瓊表示，“這意味著，未來如果在空間種植異花授粉作物，必須依靠人工輔助授粉。”

隨后的“天宮二號”空間實驗室任務的研究焦點轉向了自花授粉植物擬南芥和水稻的空間開花時間控制。研究證實，微重力確實會延遲開花基因的表達與轉運，導致植物在太空中開花時間推遲。

2022年，中國空間站的建成為開展更長期的生命科學研究提供了完備的實驗平臺。依托問天實驗艙，科研團隊在國際上首次完成了水稻“從種子到種子”的全生命周期培養，成功收獲太空水稻種子，并成功將種子帶回地面繁育了三代，證明其繁殖能力良好。

鄭慧瓊介紹：“我們發現，剛從太空回來的種子‘方向感’很差，萌發時會‘躺平’，不像地面種子那樣筆直向上生長。這說明微重力確實給植物留下了深刻烙印，也就是所謂的‘航天綜合征’。”

那么，如果把太空結出的種子進行“二次播種”，它們會逐漸適應環境，還是因“航天綜合征”而繼續退化？為解答這個問題，神舟二十三號任務進一步將水稻種子帶入太空，以期實現全球首次在軌連續兩代水稻培養。

這一跨越二十余年的探索歷程，正是中國科學院科研團隊數十年如一日接力攻關、勇攀科技高峰的真實寫照。

微波爐大小的“太空農田”

實現太空糧食原位生產面臨嚴峻的環境挑戰。在地面上，我們可以利用廣袤的大田進行大規模種植。由于太空的高輻射、高真空和微（低）重力，進行農作物種植空間極其有限，維持生命保障系統所需的能量也極其珍貴。

鄭慧瓊介紹，這次神舟二十三號帶上天的“農田”就是一個體積僅相當于微波爐大小的生命生態實驗模塊。

首先面臨的是極其有限的空間挑戰。“培養單元的高度只有20厘米，水稻只能彎曲著在狹小的空間里生長，這對作物株型控制提出了極高要求。”鄭慧瓊說。為此，科研團隊特意挑選了早熟、株型緊湊矮小的水稻品種。其適應性強，生長周期3到4個月，適配跨乘組的作業節奏，以實現神舟二十三號至二十四號任務的無縫接續。

其次，水分和氣體的管理極具難度。在太空微重力環境下，水稻葉片“吐”出的水珠不會像在地球上那樣自然滾落，而是懸浮在生長空間里。如果不及時收集，水稻可能會被自己吐出的水“淹死”。同時，整個培養裝置處于相對密閉的狀態，要在這種封閉環境中維持氣體成分的動態平衡，管理難度非常大。

而在播種環節，微重力環境又帶來了一道前所未有的難題。如果直接將種子撒向土壤，不僅無法落地，連土壤顆粒也會隨之飛揚，根本無法實現種子與土壤的緊密貼合，從而導致種子無法正常萌發。

為解決這一難題，科研團隊經過反復攻關，專門研制了一種“插牌式”固定栽種裝置。“這是一個帶有小牌子的固定裝置，航天員在收獲第一代種子后，可以把水稻的小穗用生物膠水貼在插牌上，播種時直接把插牌插進土壤里，高效、可靠地把種子固定在土壤中。”鄭慧瓊介紹。這些創新成果的取得，離不開中國科學院在空間科學領域前瞻性的戰略部署與強大的科研平臺支撐。

“純新手”與“太空世家”的較量

實驗設計上，科研團隊首先對實驗材料進行了精心篩選，準備了兩類特殊的水稻種子。一類是從未離開過地球表面的“純新手”，另一類則是2022年在空間站收獲并帶回地面繁育了三代的“太空世家”后代。

科研團隊希望通過這種巧妙的對照設置，驗證一個大膽的猜想——如果植物擁有某種形式的“記憶”，那么這些祖輩曾經歷過太空洗禮的后代，或許會比純新手擁有更強的環境適應性。

鄭慧瓊介紹，基于這兩類種子，實驗設置了4個單元，將兩種截然不同的繁殖模式進行了平行對比。

第一組為有性繁殖。當第一代水稻成熟后，剪下稻穗，利用特制的插牌裝置固定，并放入新的培養單元進行“二次播種”。這相當于讓水稻在太空中通過種子繁衍下一代。

第二組則為無性繁殖。借鑒地面農業的再生稻技術，水稻成熟后只需保留根系，利用留存的根茬便可重新萌發，長出新的一茬。“這種方式不需要經歷授粉結籽的過程，本質上是同一代植株生命的延續。”鄭慧瓊解釋。

兩組實驗并行推進，科學家將不僅能觀察不同身世背景的種子的表現，還能直觀對比在空間環境下，有性繁殖和無性繁殖究竟哪種方式更具備優勢，從而為未來太空農業的生產模式選擇提供最直接的依據。

來源：中國科學報

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