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《澎湃新闻》记者邹佳雯
一个月来，水稻的小种子破土而出，长出了幼苗。 和以前不同，这次在宇宙里。
8月29日，拟南芥和水稻种子在中国空间站的问天实验室发芽、幼苗生长成功，在网上引起了许多关注和探讨。 这也是国际上首次在水稻空间站从种子到种子全生命周期的培养研究。
一个月前的7月24日，中国空间站的问天实验室成功发射，与天和核心模块对接。 问天实验室配备了生命生态实验箱、生物技术实验箱等科学实验箱。 中国科学院分子植物科学卓越创新中心(以下简称“分子植物卓越中心”)郑慧琼研究团队承担了“微重力条件下高等植物开花调控的分子机制”生命科学实验项目。
拟南芥的苗已经长了叶子。 中国科学院分子植物科学卓越创新中心
目前，空间站已成功实现拟南芥和水稻种子萌发。 拟南芥幼苗长有多片叶子，高秆稻苗长到30厘米左右，矮秆稻苗也有5-6厘米高，生长状态良好。 拟南芥和水稻在空间从种子到种子全生命周期的实验已完成，实验过程中宇航员将采集样品并冷冻保存，最终随宇航员返回地面进行分析。
2022年8月30日，郑慧琼在中科院分子植物科学卓越创新中心办公室。 《澎湃新闻》记者邹佳霆图
8月30日上午，郑慧琼在分子植物卓越中心接受了《澎湃新闻》( www.thepaper.cn )的专访。 她向记者介绍了这次科学研究的意义和背景，回顾了这次水稻成苗过程中从种子筛选到模拟太空环境的科学研究，再到配备合适的设备进入太空的各个过程，并对下一步的工作进行了展望。
郑慧琼认为，这次的水稻苗看起来像是植物科学领域的成果，背后包括宇宙飞船的开发、种子的准备等。 他们也通过观察水稻和拟南芥在太空的生长，获取植物在地面生长难以掌握的信息，等待植物“落地”，在基因等层面进行更严密的科学研究，这些都有助于人类在地球上更好地开展生命科学、农作物的探索。
郑慧琼说，拟南芥在太空中已经完成了从种子到种子的科学研究，此番旨在对如何增产提高质量等进行进一步研究分析的水稻发芽关卡已经过去，接着，他们还在紧张地等待水稻开花种子现在整体发育和预想的一样，“很多人认为我们在研究宇宙问题，其实我们正在探索生命本质的奥秘。 ”。
【对话郑慧琼】
水稻在太空中呈螺旋状生长
《澎湃新闻》:这次科研有什么难得的意义？ 实验情况现在怎么样？
郑慧琼：目前拟南芥和水稻种子萌发正常，进入幼苗生长阶段，部分拟南芥已开始抽苔。 在空间站，水稻生长受影响比较明显，如叶片夹角增大、节间伸长生长受到抑制等，但总体发育过程符合预期，持续培养有望首次在空间站种子生长。 预计航天员返回地面前10-15天进行采集，低温保存带回地面。
发芽是相当重要的一步，所以看到稻种发芽，首先松了一口气。 但我们进行的科研项目是在微重力条件下研究种子到种子的全生命周期，拟南芥已有成功的先例，此次希望进一步研究质量增产方法； 到目前为止，天宫二号上的水稻种子也已经萌发了，但发展到这个阶段就不再做了。 此次是国际上首次在空间站进行水稻从种子到种子全生命周期的培养研究。
从发芽到开花的步骤也是重要的步骤，但不容易。 如果环境不合适，植物就不会开花。 研究什么样的环境适合植物生长是我们科学家应该做的工作。 我们现在不知道什么样的环境适合天空。 只能在地面上提出虚拟、推测，验证在宇宙中看是否确实存在种子，验证科学假设是否成立，然后用理论指导实践，将新理论用于生产。
《澎湃新闻》:这次天空的科研，是如何与地面联动的？
郑慧琼：天问实验室于7月24日发射。 7月28日，我们的实验样品——载有拟南芥种子和水稻种子的实验单元，由宇航员安装在天问实验室生命生态通用实验模块上。 29日，我们开始通过地面程序远程注入命令，装有种子的实验单元自动启动。
实验单元里的植物生长情况，每小时都有照片，我们每天都收集照片进行观察和分析。 现在的照片，从外观上可以看到植物生长的样子。 当然，也反映了生长规律，但要真正掌握规律，还必须看基因水平的表现。 然后将请宇航员采集样品并冷冻保存，最终随宇航员返回地面，对这些植物进行基于分子生物学的分析。
还将进行地面比对实验，预计从这两周开始按宇宙环境下载重力以外的环境因素数据，并放入类似地面的培养箱中。 我们只要有水稻就在那里生长，对比一下地面和宇宙中生长的情况。 否则，就不能得出科学结论。 但单从现在来看，有些植物的生长行为与地面略有不同。
《澎湃新闻》:植物生长有哪些差异？
郑慧琼：你可以看到水稻有节奏地生长，呈螺旋状上升。 头20天左右特别明显，非常精神。 后面长了，想看这样的成长有点辛苦。 拟南芥很小，目前看不清楚。 如果再大一点，也能看到花序轴。
这样的成长过程在地面上很难看到。 由于地面重力作用过强，植物要想向边缘倾斜，重力必须立即将其拉回，避免明显的这种摆动。 实际上，植物的生长过程中可能有这样的螺旋状规律，现象被地面掩盖，在宇宙中的观察效果有机会扩大。
多年前，天宫二号实验还发现了植物出水的水球，太空中植物喷水量比地面稍大，地面上水球会掉落，但太空中的水球会漂浮。 水稻也喷水，所以我们希望水稻做水回收装置，回收小水珠，再回到土里。 否则，我会担心自己会被“自己的口水淹死”。
以前在天宫二号观察到了有趣的现象。 植物的根一般扎在土里，但在宇宙中，也有根没有扎在土里，不知道土在哪里的根。 试探边上有叶子，误以为叶子是土，绕着这片叶子转了一圈，突然觉得叶子不是土，就再转一圈，发现还不是土，然后慢慢摸，把根插进土里。 真有趣。 这次没有看到同样的情况。
“薇琪啊，我带你去天上”
《澎湃新闻》:为什么要选择拟南芥和水稻这两种作物去太空进行科研实验？ 有网友评价说：“中国人用种菜的才能在宇宙里种下了蔬菜。”你觉得呢？
郑慧琼：我在国外做过小麦的太空实验，我们是第一个对水稻进行这种全生命周期研究的人。 因为我国对水稻的研究在地面上已经比较成熟，有比较好的基础。 所以说这是否和中国国情有关，我认为就是这个水平。
其中，矮秆水稻育种的这一步由中国农科院钱前院士团队打造，水稻品种名为“小薇”，是开展遗传育种研究，实现室内水稻工厂化生产的理想品种。 我听钱院士说：“小薇啊，我知道我有多爱你。 我带你去天空”的歌。 这真的不是“在天上飞”。
微重力条件下水稻生长状况总结图。 中国科学院分子植物科学卓越创新中心
但从本质上来说，选择拟南芥和水稻是基于科学的考虑。 拟南芥和水稻都是地面典型模式植物，是有代表性普遍规律的植物。 拟南芥属双子叶，久旱生十字花科植物，蔬菜、油菜等多种蔬菜属十字花科。 而水稻代表单子叶、短日、禾本科植物，许多粮食作物如小麦、玉米等属于禾本科。
所以我们不是最后想得到种子，而是要得到一种知识。 拟南芥迄今已在许多国家成功地在太空进行了种子到种子的实验，但如何提高种子产量还有研究价值。 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。 由于自身种子可食用，单位面积产量较高，且种子休眠对环境的依赖性较小，所以从各个方面都适合将来的星际旅行和深空探测中使用。
另外，在宇宙中获得的有关模式植物的结论，也可以为我们的地面农业生产和生命科学研究服务。
高秆矮秆的生长机理、植株夹角的大小，在微重力情况下可能有所不同，我们对这方面的知识不够。 解读这一点，我们岂不更接近植物生长本身的奥秘，得到更本质的规律？ 后来，许多植物可以有天研究。 例如，研究树木的生长方式，研究蔬菜的栽培方法，宇宙的环境可以在生命科学领域开辟新的平台。
所以与其说我们在进行宇宙研究，不如说以我个人的感觉，我认为我们必须进行关于生命本质的研究。 那个可能更重要。
《澎湃新闻》:在地面上，如何模拟太空中的种子状况？
郑慧琼：虽然在地面上可以模拟部分效果，但是地面的重力毕竟是不能消除的，所以模拟起来肯定也有区别。 但是，由于我们的项目正在探讨“微重力条件下高等植物开花调控的分子机制”，所以抓住了“重力”的要素，重点模拟了不同于一般地面植物的环境。
为什么要抓住重力的要素？ 我们知道地面的重力总是指向地心，植物的生长也取决于重力。 例如，树的树枝总是向上伸展，即使植物不小心倒下，茎也会弯曲或直立。 这就是重力的作用。 生长素的分布也与重力有关，微重力条件下树木树干和侧枝粗细的差异可能会变小。 重力其实对我们的生命很重要。
中科院分子植物科学卓越创新中心，种子在模拟器里旋转。 《澎湃新闻》记者邹佳霆图
我们现在的模拟场景是让植物保持旋转。 因为植物器官感受重力，有时间阈值。 就跟什么东西太快了，速度超过阈值就让我们看不见一样。 如果在一定的时间内不断地回头，植物的器官就会感觉不到重力的方向，就像没有重力一样。 从某种意义上说，这就像在宇宙中一样，它的方向很乱，不可能在一个方向上很长。
像“选美”一样，一点一点地筛出数以千计的候选水稻种子
《澎湃新闻》:为了在太空做这个实验，地面做了什么准备？ 特别是在水稻方面。
郑慧琼：我们的项目是2021年成立的，具体从2015年开始启动。
首先，选择种子就是选择在这么小的空间里生长的品种。 我们也必须了解这个品种的水稻的生长、遗传背景等各个方面。
然后，具体选择水稻种子。 有几个数不胜数。 有成千上万个候选人。 我们的科学家把种子放在显微镜下稍微筛一筛，集中看了好几天。 就像“选美比赛”。 他们很有经验，能看到种子是否健康、充实、有活力、有光泽。 实际上，我们这次选择的天上种子确实100%萌发了。 水稻种子共计18个，拟南芥种子近100个。
有时也会加水。 由于重力，地面上的水总是沉在土下面。 天空中的水不一定是恒定的。 多了有淹死的危险，少了也不够。 水和土的关系怎么样了，需要经过很多实验，最后找出准确的量。 幸运的是，目前的实验单元运行正常。
还有模拟土壤、营养液、种植方式、太空生长环境，需要探讨人工环境如何配置，包括选择什么样的光、气，地面多年来都有充分的研究。 研究完成后，与硬件专家对接，通过生态机柜将这一套全部展现出来。 这需要从力学角度考虑该系统将安全发射。 这一套全部完成后，要大量进行地面模拟宇宙的匹配实验，确保地面先成功，数据和成品也要反复修改。 所以这真的是综合工程。
另外，今年的上海瘟疫，给我们的科研进度带来了一定的挑战。 因为天问实验室最初是横向“装箱”的，所以在6月12日天问实验室纵向更换之前，要把所有的实验品放进去。 到海南的发射基地后，要做好种子消毒等准备。 所以，快五月了，心里还很着急。 好在我们这里和各级有关部门经过充分的沟通和协调，派出了一辆装有试验设备的SUV车，带着我们的种子，时隔两天来到了海南。 在那期间，我没有下过高速公路。 随后，我们向海南方面的科研院所、学校租用了许多设备，保证及时完成了规范科学的封装任务。
最后到了发射的那天，我看到火箭和实验室震动很大，火呼呼的，担心那颗小种子，会不会掉到土里或别的地方。 幸运的是安全地在空中发芽了。
《澎湃新闻》:你自己是什么时候参与太空生命科学研究项目的？ 你对将来的工作有什么展望？
郑慧琼： 1992年1月，中国政府批准载人航天工程正式启动。 我们公司从那个时候开始参加工作。 我本人于1996年毕业于所里博士，跟随国家载人航天工程空间生命科学系首席设计师刘承宪老师进行了“空间细胞电融合”项目，随后由刘老师罹患癌症担任主持。 2002年底，项目在神舟四号圆满成功，中国的宇宙植物研究就是这样从细胞融合开始的。 2003年，刘老师不幸去世。
当时中国还是无人船，在太空飞行的时间也很短，要对整个植物学展开实验，局限性非常大。 随后来到2016年天宫二号，它成为中国第一个真正意义上的太空实验室。 当时，拟南芥和水稻由神舟十一号运到天宫二号进行培养实验，用6个月的时间完成了我国首次“种子到种子”高等植物全周期培养实验。
那时的环境比现在的稍差。 例如，因为水稻和拟南芥不能适应不同的温度。 但那时取回拟南芥材料，首次发现微重力条件下植物寿命大大延长于地面对照组植物寿命，这是迈出的一大步。
这次的实验室条件无疑是更进一步，为水稻自由选择喜欢的温度创造了条件，为我们的科学研究奠定了基础，我们也在以往的研究基础上，做了更多的植物基因方面的设计。 我们现在正在等待第一代水稻从种子到种子的全生命周期。 但是即使我们这次得到了水稻的种子，也不能保证它在天上几代人之后，能不能稳定生长，所以我认为必须在更大的时间和空间里继续探索。
去火星也应该不久，但人类为了生存，就需要可持续的粮食生产的空间。 目前，需要研究的事情还有很多。 宇宙太大了，还是太超出我们现在的认知范围了？ 但是，人对自身有着强烈的认识欲望，在好奇心的驱使下，必然会走到外面去。
责任编辑：高文图片编辑：朱伟辉
校对：张艳
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