在中國科學院分子植物科學卓越創新中心拍攝的“太空同款”擬南芥培養單元里，擬南芥開的花。
在中國科學院分子植物科學卓越創新中心拍攝的“太空同款”水稻培養單元。
←在中國科學院分子植物科學卓越創新中心模擬微重力實驗室，鄭慧瓊研究員觀察擬南芥幼苗生長情況。
過去一個月，距離地球400公里的中國空間站問天實驗艙里，來自中國的水稻種子和擬南芥種子已經完成發芽，并正在茁壯成長。
記者從8月29日在北京和上海同時舉行的載人航天工程空間應用暨空間站高等植物培養實驗階段性進展情況介紹會上獲悉，中國空間站問天實驗艙內的擬南芥和水稻種子萌發已成功啟動，目前生長狀態良好，后續將開展擬南芥和水稻在太空“從種子到種子”全生命周期實驗。
2022年7月，問天實驗艙成功發射并與天和核心艙交會對接，7月28日，載有實驗樣品擬南芥種子和水稻種子的實驗單元，由航天員安裝至問天實驗艙的生命生態通用實驗模塊中，通過地面程序注入指令于7月29日啟動實驗。
今年6月5日，神舟十四號載人飛船順利發射升空，航天員進駐天和核心艙。
此前，天舟四號貨運飛船發射并對接了天和空間站，運送了一批物資，其中還有一批農作物種子，有小麥、玉米和高粱等。
中科院分子植物科學卓越創新中心鄭慧瓊研究員欣喜地表示，自7月29日啟動“微重力條件下高等植物開花調控的分子機理”生命科學實驗以來，水稻和擬南芥的生長符合預期。
鄭慧瓊期待能夠在國際上首次完成空間微重力條件下水稻從“種子到種子”全生命周期的培養實驗，并通過分析比較兩種模式植物在空間環境中開花途徑關鍵基因的表達及其調控網絡的變化，解析空間微重力對于長日和短日植物開花的分子機理，為進一步創制適應空間環境的作物和開發利用空間微重力環境資源提供理論依據。
A
農作物開花結果 對于太空探索至關重要
自從上世紀50年代人類發射第一顆人造衛星以來，如何利用植物保障人類在地外環境中生存所需要的食物、氧氣和純凈水，成了空間生命科學最為關注的問題。
中科院院士、中科院分子植物科學卓越創新中心主任韓斌說，地外的高真空、微重力、人造環境，對于植物究竟會產生什么樣的影響？我們該如何培育適合在太空中生產的農作物，建立以植物為基礎的空間生物再生生命支持系統？這些問題都關系到人類未來走出地球的腳步。
自1963年以來，國際上研制了21臺空間植物培養箱或實驗模塊，開展了50多項空間植物培養實驗，實現了在空間環境中養活植物，使其能夠萌發、生長、開花和產生種子。此外，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，種子成分，基因和蛋白質的表達變化等問題，也有了較為深入的研究。
韓斌指出，目前科學家們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研究。事實上，開花結果對于農作物來說，至關重要。尤其是一旦人類進入深空探索，如移民火星，或是長期航行，都需要太空中的農作物不僅實現足夠的產量，還能夠進行穩定的遺傳，確保一代代都可以進行種植。
然而，如今只有油菜、小麥和豌豆少數幾種作物在空間完成了從種子到種子的實驗。“植物與人和動物一樣，進入太空失重環境，會發生各種‘航天綜合征’。”鄭慧瓊說，空間站里植物雖然活得長，卻開花晚、長得慢、吐水多、方向亂、運動慢，“例如，國際空間站的小麥結實率比地面低得多。而水稻在地面的重力環境下會筆直向上生長，但在空間站里卻散開來生長”。
B
微重力下怎樣影響開花？ 實驗將解答三個關鍵科學問題
“我們研究組對于植物在太空中的研究早在2002年就已經開始。”鄭慧瓊說，當時受制于中國航天器在軌的時間和條件限制，只能選取植物生長過程中的一部分加以研究，包括2002年神舟四號的空間細胞融合、2006年實踐八號的空間開花和傳粉、2008年神舟八號的空間細胞培養、2016年實踐十號的空間光周期調控開花和天宮二號的擬南芥從種子到種子培養，“現在中國空間站給了我們足夠實踐，可以完成中國重要農作物水稻的從種子到種子培育”。
鄭慧瓊介紹說，該實驗主要內容包括：空間微重力條件下擬南芥和水稻從種子到種子全生命周期受到的影響和變化規律；解析微重力調控長日和短日植物開花的分子基礎，鑒定微重力作用的關鍵基因；解析長期空間微重力條件下植物對空間環境可能的適應性機制。
鄭慧瓊希望實驗能解答三個關鍵科學問題：微重力怎樣影響開花？微重力影響植物開花的分子機理是什么？能否利用微重力環境作用來控制植物的開花？此次實驗選取的擬南芥和水稻是兩種代表性的模式植物，前者代表雙子葉、長日、十字花科植物，很多蔬菜，如青菜、油菜等都屬于十字花科；而后者代表單子葉、短日、禾本科植物，很多糧食類作物，如小麥、玉米等屬于禾本科。
C
尋找可以改造的基因 讓地面植物更適應太空環境
8月29日，“微重力條件下高等植物開花調控的分子機理”生命科學實驗已經進行了一個月。從中國空間站傳回的畫面來看，擬南芥和水稻的種子按時萌發，擬南芥幼苗已長出多片葉子，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。
擬南芥 鄭慧瓊研究組曾在天宮二號中完成了擬南芥從種子到種子的實驗，因此對擬南芥中調控微重力環境中的基因和蛋白進行了對照研究。
在此次中國空間站的實驗中，擬南芥的基因中被添加了微重力敏感蛋白啟動子等元素，實現了提早開花的預期結果。這意味著，可以通過轉基因等人為手段，讓地面的植物變得更加適應太空環境，而科學家的任務是把這些潛在的基因找出來。
水稻 與改造過的擬南芥相比，此次在空間站里的水稻是正常的品種。在微重力環境中，水稻葉片不再筆直向上，而是“慵懶”地趴在地面上和壁面上。
鄭慧瓊表示，水稻總體生長符合預期，繼續培養有望在空間首次結出種子。后續將完成擬南芥和水稻在空間從種子到種子全生命周期的實驗，并在實驗過程中由航天員采集樣品、冷凍保存，最終隨航天員返回地面進行分析。
知多D
中國航天史上，哪些植物“上過天”？
我國的神舟飛船幾乎每次飛行都要攜帶大量的種子，如今年4月返回的神舟十三號就攜帶了12000顆種子。中國科學院國家空間科學中心助理研究員王錚盤點了人類航天史上那些“上過天”的植物。
1
植物“上天”做生物實驗
航天史上，宇宙飛船和空間站攜帶甚至種植了一些植物，主要是從事科學研究，如觀察太空微重力、充滿太陽射線和宇宙射線的宇宙環境對細胞和植物生長的影響，觀察不同光周期植物的生長發育和代謝活動，認識重力和光周期在高等植物開花調控中的作用機制等。
2016年我國發射的“天宮二號”空間實驗室開展了高等植物培養實驗，航天員在太空主要種植水稻、擬南芥等植物，以檢測空間微重力對生命活動的影響。還有一些植物種子被帶上天，是希望利用太空各種復雜的環境，提高植物基因變異的可能性，隨后再從中培育出新的植物品種。據悉，這已經是一項市場價值可達2千億元的產業。
2
植物在太空中生長開花
1999年，中國神舟一號帶上了生物活性菌株和一些種子，神舟二號也帶了小球藻。
2011年，神舟八號飛行任務組織開展“番茄試管苗空間開花結實”實驗，共搭載8株番茄蓓蕾，實現開花結果。
2016年，神舟十一號將5支裝著芒果胚性愈傷組織的試管帶上天，后在湛江培育出全新組織。
2016年，“天宮二號”空間實驗室開展了高等植物培養實驗，有人把試驗設備叫做“微型LED植物工廠”。2016年至2019年，這里種植了6棵水稻、30棵擬南芥，觀察到種子在太空中從萌發、生長、開花到結籽的全過程。
3
1987年開啟太空育種
1987年，我國第9顆“返回式科學試驗衛星”首次將一批水稻和青椒等農作物種子送上太空，揭開中國航天育種的序幕。
從1987年開始，我國已將數以萬計的植物種子送入太空。2020年發射的“嫦娥五號”搭載的水稻種子“航聚香絲苗”，是太空種子“二代”。它的“父親”華航31號和“母親”航恢1508都去過太空，它是目前人類歷史上飛得最遠的稻種。
2022年5月，中國載人航天工程辦公室公布神舟十二號和神舟十三號載人飛船航天育種實驗項目清單，包括上千份植物種子、微生物菌種等航天育種材料。其中，有牧草種子如苜蓿，有藥用種子如杜仲，有水果種子如甜瓜，有蔬菜種子如黃瓜，有林木種子如紅豆杉，有花卉種子如地被菊，有食用菌菌種如羊肚菌，有農作物種子如小麥。
4
月球種菜實驗已經開啟
中國“天宮二號”的“微型LED植物工廠”，種植的水稻和擬南芥完成了種子在太空中從萌發、生長、開花到結籽的全過程，這說明中國航天員在太空中種糧食、種菜是完全可行的。
2014年，我國實驗艙“月宮一號”進行了105天的月球基地生命保障系統的模擬，在地面上模擬了月球基地的運轉，其中的氧氣和水都循環再生，未來可作為外星之上的“蔬菜大棚”。
2019年，中國的“嫦娥四號”月球探測器，攜帶了由大量的植物種植和昆蟲卵構筑的“月面微型生態圈”，首次開展了在月球種植的實驗，其中的棉花種子還長出了嫩芽，成為人類歷史上第一批在月球生長的植物。
