隨著神舟十五號的發(fā)射，我國空間站基本構(gòu)型已經(jīng)形成，空間站長期有人值守，即將轉(zhuǎn)入空間站應用階段。這個距離我們四百公里外的空間站到底有什么價值？能夠給我們的日常生活帶來什么變化？我告訴您，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家，也許能夠回答這個問題。
神舟十四號乘組在軌半年時間，很多人牽掛著航天員在軌的狀態(tài)，也有人關注著太空中的植物。12月5日凌晨三點，隨神舟十四返回的第三批空間科學實驗樣品運抵北京，相關實驗科學家馬上開始處理、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”的實驗，盡管之前已經(jīng)知道了這個消息，但是真正看到這些水稻種子和相關樣品，科學家還是興奮異常。
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)實驗。本項目共在軌開展實驗120天，完成了擬南芥和水稻種子萌發(fā)、幼苗生長、開花結(jié)籽全生命周期的培養(yǎng)實驗。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、中小學生展示了采集開花樣品的過程。11月25日，航天員采集了水稻和擬南芥種子成熟期樣品，將它們分別保存在低溫存儲柜中，在這次返回時一并帶了回來。
中科院分子植物科學卓越創(chuàng)新中心研究員鄭慧瓊：“我們進一步認識到了重力或者空間微重力對植物生長發(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，還有植株的分糵株，在天上這個數(shù)目是比較多的，這個也影響農(nóng)業(yè)性狀，我們進一步分析它的分子生物學機制能找到關鍵基因的話，將來可以利用這種來改造植物，就是利用一些關鍵基因的變化來改造農(nóng)作物。”
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重力變得十分微小，稱為“微重力”。重力的變化會嚴重地影響植物的生長發(fā)育和代謝活動，了解微重力影響植物生長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“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空間實驗室進入太空。水稻“小薇”有什么特殊之處、為什么要帶它多次上太空呢？
中國科學院院士、中國農(nóng)科院作物科學研究所所長錢前：“‘小薇’矮小，大概有20公分，最高30公分。后來我們把這個基因克隆到了，它是赤霉素合成的關鍵基因，降低株高的同時，對穗部形狀沒有影響，它對產(chǎn)量影響相對還是小的，所以它谷草比理論上還能提高。”
“小薇”這種水稻品種來自中國農(nóng)科院，科學家經(jīng)過10余年攻關獲得了這個超矮稈水稻品種。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驗，還有一個原因，這是我國老百姓最重要的口糧之一。
中科院空間應用工程與技術中心研究員倉懷興：“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)實考慮。另一方面，咱們國家把水稻的全部基因都已經(jīng)測定了。”
錢前：“上海科學家要挑選‘植物宇航員’的時候，挑選了‘小薇’。我當時覺得要進一步使‘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，就像你講上去這個東西，實現(xiàn)太空夢，農(nóng)業(yè)也要先行。”
就這樣，“小薇”被親切地稱為“植物航天員”，帶著多位科學家的夢想上了天。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驗。這次實驗首次對空間生物鐘調(diào)控光周期開花的關鍵基因進行研究。發(fā)現(xiàn)開花關鍵基因?qū)ξ⒅亓Φ捻憫c地面比有明顯的差異。后續(xù)研究團隊將進一步利用返回材料對擬南芥適應空間環(huán)境的分子基礎進行深入解析。
有了航天員搞管理，硬件也要跟上。問天艙作為專門的實驗艙，裝備了專門的存儲區(qū)，包含4度、負20度、負80度等多個溫區(qū)，這也是生命科學實驗比較常用的三個溫區(qū)，可以滿足不同特點、不同周期的實驗存儲要求。除此以外，問天實驗艙搭載了實驗柜，所采集的數(shù)據(jù)不僅量大，還需要實時傳輸。因此，航天科研人員用光纖在艙內(nèi)打造了一個帶寬更大、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。
中科院空間應用工程與技術中心研究員郭麗麗：“其實我們有很多地面系統(tǒng)，我們叫有效載荷運行管理系統(tǒng)，科學家利用這套系統(tǒng)可以去監(jiān)視。因為我們會對天上的數(shù)據(jù)進行接收，接收完之后會處理，呈現(xiàn)給科學家，科學家可以根據(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)和科學實驗的進展情況，同時也可以通過這套系統(tǒng)的控制指令，時時干預科學實驗的進展情況，包括調(diào)參數(shù)、調(diào)模式。”
近年來，伴隨著我國航天事業(yè)的發(fā)展，關于空間作物種植的實驗一直在進行。2014年，“月宮一號”進行了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”上建起“微型LED植物工廠”，進行了水稻和擬南芥的種植實驗。2018年，“嫦娥四號”月球探測器，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”，棉花種子長出嫩芽，成為人類歷史上第一批在月球生長的植物。
據(jù)了解，這次空間實驗，“小薇”沒有結(jié)種子，科學家分析可能是培養(yǎng)盒空間較小，高稈水稻生長茂盛擋住了矮稈水稻的光，后續(xù)還將對原因進一步進行分析。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。而對于育種科學家來說，他們還關心地面農(nóng)作物的改良。水稻是我國第一大口糧作物，當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，要在此基礎上繼續(xù)提高，還需要有新的突破。
據(jù)了解，當下我國已經(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是在保證糧食安全的基礎上，因地制宜開展優(yōu)質(zhì)稻、輕簡栽培和綠色高抗品種的培育。而“小薇”參與太空實驗之后，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。
盡管不同的研究團隊方向不同，但科學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，在中國空間站里，更多與我們息息相關的實驗還在繼續(xù)。
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產(chǎn)品，這種產(chǎn)品植入到體內(nèi)以后，人慢慢會把它降解吸收，然后再利用人自身的修復能力長出新的、屬于自己的骨骼組織。”
據(jù)了解，目前在空間站立項開展的科學研究項目總共有76項，在這其中，有23項是生命科學和生物技術的研究項目。
仰望天空，腳踏實地。人類探索外太空，拓展空間，一個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“建站為應用”的目標?，F(xiàn)在只是一個起步，未來中國空間站將陸續(xù)有上千項科學研究開展，并且邀請全世界的科學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。
