去太空种水稻！探秘天宫二号将进行的那些太空实验

　　我国首个真正意义上的空间实验室天宫二号将于今年9月15日至20日择机发射。中国科学家将在其中开展十余项高精尖的实验任务，是载人航天历次任务中应用项目最多的一次。

　　这些实验有的是要探索宇宙最深处的奥秘，有的是帮助人们更好地认识海洋和大气，有的甚至想要解决将来星际旅行时的食物问题……

　　大家也许还记得电影《火星救援》中，主人公孤身一人克服重重困难，通过在火星基地种植土豆来生存，最终重回地球。

　　当前，人类太空探索的疆域不断拓展，从近地轨道到深空探测，从建立月球基地到火星生存。所谓“兵马未动，粮草先行”。人类要飞出地球、星际旅行、移民外星球，首要任务是解决食物自给、氧气和循环水等问题。

　　地球上的绿色植物是否可以在太空环境中正常生长，从而为人类提供食物和氧气的来源？尽管目前在空间已经进行了多次植物生长试验，但要在太空条件下成功地实现粮食与蔬菜的生产，还需要解决包括微重力在内的极端环境因子对植物生长发育影响等诸多问题。

　　这次天宫二号空间实验室中将要进行的高等植物培养实验，就是要研究这个问题。

　　“植物航天员”——水稻和拟南芥

　　中国人习惯吃大米，所以大家熟悉的水稻和另一种不同生长特性的高等植物拟南芥就幸运当选为“植物航天员”，将搭载天宫二号进行一次不平凡的太空之旅。

　　左图为拟南芥，右图为水稻

　　天宫二号搭载的高等植物培养箱，是一个微缩版太空温室，它身负重任，将开展我国首次为期6个月的植物“从种子到种子”全生命周期培养。科学家将能够直接观察不同植物的种子在太空中的萌发、生长、开花和结籽，从而更好地了解和掌握未来太空农业发展的可能。

　　高等植物培养箱(左图)，分为在轨单元和返回单元，在轨单元可提供两个拟南芥培养单元和两个水稻培养单元，分别为一个长日照和一个短日照培养条件(如右侧植物培养示意图)，返回单元用于培养拟南芥。

　　实验怎么进行？

　　植物学家在地面精心挑选的水稻和拟南芥种子将在休眠状态下乘坐在舒适温暖的“保暖箱”中随着天宫二号进入轨道。科学家们将在地面遥控指挥，启动实验过程，种子开始萌发。

　　在其后的一段时间内，培养箱通过温度、湿度、光照、营养供给调节等功能为种子的生长发育提供环境保障。预计1—2个月以后，如果生长顺利，植物便可进入抽苔(穗)开花阶段。

　　高等植物培养箱可实现植物生长发育全过程实时监测。相机等测量部件将进行“全程直播”，记录图像、温度变化等数据，下传到地面供植物学家开展比对分析。

　　长日照植物拟南芥生长周期示意图(左图)以及不同生长发育时期拟南芥植物图片(右图)。

　　短日照植物水稻生长周期示意图(左图)以及开花期的水稻(中图)。天宫二号空间实验室中培养的水稻品种为矮化水稻突变体(d18h)，成熟期水稻株高在15-20厘米(该矮化水稻由中国水稻研究所钱前研究员提供)。右图为矮化水稻与正常株高水稻(zh11)在幼苗期的比较。

　　太空温室有什么神奇？

　　太空温室中，生长盒是植物生长的空间，由透明材料制成，光源从顶部照射，相机从侧面拍摄成像。在生长盒上贴有透气膜，用来保障植物与温室内有一定的气体交换，而液态水不会从透气膜中逸出，以此来保障植物生长过程中所需的水分。

　　在空间微重力环境下，植物生长过程中因蒸腾作用产生的水汽无法凝结回归到土壤，而是附着于生长盒的侧面，还影响成像。为了解决这个问题，科学家们通过增加冷凝区的设计，使水汽重新冷凝并导入土壤盒内，实现了太空密闭环境下水的有效循环，提高了水的利用率，也避免了水汽可能产生的不良影响，真是高效又安全。

　　矮化水稻(d18h)在高等植物培养箱中生长过程实时图像。图像记录了从种子萌发到生长26天的水稻。

　　为基因信息安装“追踪器”

　　植物学家预先用转基因技术给拟南芥的开花基因用绿色荧光蛋白基因标记。培养箱安装了一台微型荧光相机，并集成一个LED荧光激发光源。拟南芥开花基因一旦表达，就会被LED光源激发出绿色荧光。荧光相机便可以捕捉到荧光信号，并下传信息。

　　a和b分别为可见光和荧光相机对同一培养盒中拟南芥植物的成像。c示意了培养盒中不同的拟南芥植株，WT为没有绿色荧光蛋白基因标记的普通拟南芥，FTPro::GFP为含有绿色荧光蛋白的转基因拟南芥。

　　航天员也将参与实验哦

　　我们的航天员将在天宫二号空间实验室中首次进行部分拟南芥实验样品回收。空间培养的拟南芥实验样品将随返回单元返回地面供后续研究分析，为了解空间微重力条件下高等植物种子发育与营养贮藏提供第一手材料。

　　未来展望

　　人类登上月球已过去40多年，现在重返月球和登陆火星的梦想席卷全球。一些科学家不但绘制了月球基地和火星基地的蓝图，而且已经完成选址。

　　如何建立以绿色高等植物为基础的空间密闭生态循环系统，为航天员长期的空间生活提供补给？这是一个浩大的综合工程。我国在航天和空间领域的发展，为空间生命科学研究提供了前所未有的机会。

　　加强太空环境中植物生长发育研究，突破空间生命生态保障系统的技术瓶颈，构建人类地外长期生存的新天地，人类跨越天疆的梦想一定会在不远的将来成为现实。

　　部分图片来源于网络

　　新华社记者 吴晶晶、白国龙、崔静