【对话郑慧琼】
水稻在太空中呈螺旋状生长
澎湃新闻:这次科研有怎样不寻常的意义?实验的情况目前如何?
郑慧琼:目前拟南芥和水稻种子萌发正常,已进入幼苗生长阶段,部分拟南芥已经开始抽苔。在空间站里,水稻的生长受到比较明显的影响,比如叶的夹角变大,节间伸长生长受到抑制等,但总体发育进程符合预期,继续培养有望在空间站首次结出种子。我们预期,在航天员返回地面10-15天前进行采集,再低温保存带回地面。
萌发是相当重要的一步,所以看到水稻种子萌发的时候,先松了一口气。但我们做的科研项目,是研究微重力条件下从种子到种子的全生命周期,拟南芥此前已有成功的先例,这一次想进一步研究如何提质增产;此前在天宫二号上,水稻种子也萌发了,但是进行到这一阶段就没再做下去。所以这一次,是国际上首次对水稻在空间站从种子到种子全生命周期的培养研究。
从萌发到开花的这一步也是重要的一步,但并不容易,环境不合适,植物就不开花。研究什么样的环境是适合植物生长的,这就是我们科学家要干的工作。我们现在也不知道天上到底什么环境合适,只能在地面提出假想、推测,再在太空看会不会确实结籽,来验证科学假设是否成立,后续再用理论指导实践,让新的理论为生产所用。
澎湃新闻:这次天空中的科研,是如何与地面联动的?
郑慧琼:问天实验舱是在7月24号发射的,7月28日,载有我们实验样品拟南芥种子和水稻种子的实验单元,就由航天员安装到了问天实验舱的生命生态通用实验模块中。29日,我们就开始通过地面程序,遥控注入指令,装有种子的实验单元就自动启动。
实验单元里植物的生长状况,每小时都有照相,我们每天把照片收集来,进行观察和分析。目前的照片,能让我们从外表来看植物生长的形态,这当然也能反映它的生长规律,但是要真正地掌握规律,还得要看基因层面的表现。所以后面会请航天员采集样品、冷冻保存,最终随航天员返回地面,对这些植物进行基于分子生物学相关的分析。
地面比对实验也会做起来,预计这两周就开始,我们会按太空的环境,把除了重力之外的环境因素数据都下载下来,然后放到地面一样的培养箱中。我们有水稻就长在那里面,会对比看在地面和太空生长的不同情况,不然无法下科学结论。不过,光从目前看到的来说,一些植物生长行为跟地面已经有些不一样了。
澎湃新闻:你们目前看到植物的生长有哪些不一样的现象?
郑慧琼:我们可以看到水稻有节奏地生长,是呈螺旋状上升的。大概在前20天特别明显,非常灵动,后面因为长多了,想看这样的生长会费劲一点。拟南芥因为比较小,目前还看不清,如果再长大一点,它的花序轴也是可以看到的。
这样的生长过程在地面是难以看到的,因为地面重力的作用太强了,植物要想往边上斜一下,重力立刻把它拉回来、不让它有明显这种来回摆动。实际上,植物的生长过程大概是有这种螺旋状的规律,但是现象在地面被掩盖,在太空中观察效果则有机会被放大。
另外多年前我们在天宫二号的实验中,还能看到植物出水的水球,观察到植物在太空中的吐水量要比地面大一点,在地面上水球会掉下来,但太空中的水球会浮着。水稻也是会吐水的,所以我们给水稻做了一个水回收装置,希望让小水珠回收起来、再回到土里,不然担心它别"自己的唾沫把自己淹死了"。
之前我们在天宫二号上还观察到了一个有趣的现象。植物的根一般是扎到土里,但是在太空中,有的根没扎到土里,也搞不清土在哪,它探到边上有个叶子,误以为叶子是土,就绕着这个叶子绕一圈,然后突然感觉到叶子不是土,它就把另外一个叶子又绕一圈,发现还不是土,然后再慢慢地摸,直到把根插到土里去。挺有意思的,这次还没看到类似的情况。
"小薇啊,我要带你飞到天上去"
澎湃新闻:为什么选择拟南芥和水稻这两种作物上太空进行科研实验?有网友评价说"中国人凭借种菜天赋把菜种到了太空",您怎么看?
郑慧琼:国外曾经做过小麦的太空实验,但是对水稻进行这样全生命周期的研究,我们是第一个。这也是因为我们国家对于水稻的研究在地面上相对成熟,有比较好的基础。所以你说这和中国的国情有否关系,我认为这个层面上是有的。
这里,矮秆水稻育种的这一步是中国农科院的钱前院士团队做的,水稻品种叫"小薇",是开展遗传育种研究和实现室内水稻工厂化生产的理想种质,我听钱院士还给配了首歌:"小薇啊,你可知道我多爱你,我要带你飞到天上去",这不就真的"飞天"了。
微重力条件下水稻的生长发育情况组图。中国科学院分子植物科学卓越创新中心 供图
不过本质上,选择拟南芥和水稻还是基于科学的考量。拟南芥和水稻都是地面上经典的模式植物,是有代表性有普遍规律的植物。拟南芥代表双子叶、长日、十字花科植物, 很多蔬菜,比如青菜、油菜等都属于十字花科。而水稻代表单子叶、短日、禾本科植物,很多粮食类作物,比如小麦、玉米等属于禾本科。
所以我们最后其实不是想要拿到种子,而是要拿到一类知识。拟南芥此前已经被多个国家在太空成功做出了从种子到种子的实验,但是如何提高种子的产量,仍然值得研究。水稻是人类重要的粮食作物之一,可以说养活了世界上一半的人。它自身种子可以食用,单位面积的产出比较高,而且种子一旦休眠,对环境的依赖性比较小,所以从各面看,很适合在未来的星际旅行、深空探测中被用到。
另外在太空中得到的关于模式植物的结论,也可以为我们地面的农业生产和生命科学研究服务。
水稻高秆矮秆的生长机制、植株的夹角大小,在微重力的情况下会不会有不一样的情况,我们对这方面的知识是欠缺的。而如果破解了这个,我们会不会更靠近植物生长本身的奥秘,得到一些更本质的规律?后续当然还有很多植物可以带上天研究,比如研究树木怎么生长、研究蔬菜怎么种植,太空的环境会为我们在生命科学领域打开一个新的平台。
所以与其说我们在做太空研究,就我个人的感受而言,我认为我们更要做对生命本质的研究,这可能是更重要的。