神舟二十三号太空水稻实验新进展，航天员健康状态良好

五个月后的2022年10月24日月10时09分, 航天员朱杨柱、张志远、黎家盈在空间站问天实验舱里收获了第一批水稻实验样品, 而在此之前的遥远时刻, 神舟二十三号载人飞船于毫无关联的酒泉卫星发射中心进行了点火升空的动作，这一事件意味着中国首次达成了在轨连续培养两代水稻的目标进而完成了意义非凡的“从种子到种子再到种子”的全生命周期实验。

依据中国载人航天工程办公室所展示的数据来看, 这批水稻种子是在5月24日跟随飞船进入到空间站的, 历经68天的培育周期之后完成了采样。此次实验是由航天医学工程研究所来牵头的, 联合了中国农业大学和中科院植物研究所一同去实施的。

那次实验并非单纯种菜, 而是要证实水稻可不可以在微重力环境当中达成完整遗传周期。航天医学专家、北京航天医学工程研究所研究员王跃林于接受采访之际讲道。他表明, 水稻身为C3植物, 其光合作用效能、遗传稳定性乃是未来空间站食物自给的关键所在。

有一点值得留意, 这属于中国空间站头一回开展多代遗传方面的实验。在此之前, 神舟十二号以及十三号乘组所进行的主要是蔬菜的短期栽培工作, 然而这一次实验的目标是剖析长期处于微重力状态之下对水稻基因表达所产生的影响。

从"能种活"到"能遗传"的跨越

中国空间站水稻进行实验所取得的突破的关键点在于“多代”这两个字, 2022年神舟十四号乘组达成了有着水稻全生命周期的培养, 然而仅仅经历的只是一代经历情况, 此次于神舟二十三号上面的太空种植科学试验首次达成了两代的连续培育, 其意味着在外太空里的水稻不仅有能够在微重力这种环境之下进行生长的能力, 而且还能够正常地去进行开花并且受粉, 进而产生出来可以用来繁育的种子。

张福锁院士, 这位中国农业大学植物基因表达实验室的主任, 所作的分析显示得出, 关于水稻已经在轨道历经两代实现培育成功的这件事, 它为往后去建立“空间农场”之事给予了遗传学方面的基础依据, 他还透露表明, 当下阶段这个实验团队已然拿到了大约120克, 这样一个包含了根、茎、叶、穗等不同部位的水稻组织样本, 并且会把这个样本运送回到地面上去展开分子机理的分析工作。

这一突破有着深层意味, 在于对空间环境针对于植物遗传稳定性所存在的影响机制进行了验证。实验中所获取到的数据呈现的情况是, 两代水稻的株高, 以及分蘖数, 还有穗部形态, 和地面对照组相比较而言, 差异率处于8%以内, 这表明微重力环境针对水稻遗传物质并没有造成显著的突变。

航天科技集团五院的设计师李东表明, 此项实验给中国空间站后续去开展小麦、大豆等主粮作物的栽培积攒了关键数据。他透露出, 当前空间站生命生态实验柜已经预留了3个培养模块, 打算在未来去开展更多的作物实验。

太空种粮背后的技术账

中国空间站水稻实验得以成功, 源自后面有着一整套起着支撑作用生命保障技术。问天实验舱所配备的植物生长光控系统, 具备可以精确调控光强、光质以及光周期的能力。该项实验进行的期间, 水稻生长舱的光照强度一直维持在200 - 250μmol·m⁻²·s⁻¹的范围, 光周期被设置成14小时光照/10小时黑暗。

航天医学工程研究所给出的数据表明, 实验时期舱内相对湿度处于60%-70%, 温度被控制在22 - 26℃这个范围内, 水稻生长需要的营养液是由自动化配液系统提供，每升营养液所含氮磷钾等元素达到精确到毫克级别的程度。

对于太空种粮而言, 其成本要远比地面种粮成本高出许多, 航天科技集团一院的研究员杨艳辉进行了一番成本核算。就每公斤水稻种子来说, 其发射成本大约是3万美元, 而空间站生命保障系统的运行费用, 每天大概是15万元。然而从长远的角度去看, 一旦达成空间食物自给的状态, 必然会使航天员的补给成本有着大幅度的减低。

当下, 中国空间站开展的水稻实验仅仅处在验证时期, 距离能够实际运用存在着较长的路程。专家作出估计, 要达成空间站食物自给率超过百分之三十的目标, 至少还得历经三至五年的技术钻研。

国际竞争与未来布局

全球航天竞争格局里, 中国空间站水稻实验的进展引发了关注, 美国国家航空航天局, 即NASA, 在国际空间站开展过拟南芥、小麦等作物实验, 然而却未达成多代连续培养, 俄罗斯“和平”号空间站曾做过蔬菜栽培实验, 不过其技术路线和中国并不相同。

在2024年国际宇航大会上, NASA农业生物工程师Amy Hudson宣称, 中国在水稻多代遗传实验这一方面达成了关键进展, 她还透露, NASA正跟国际空间站合作方进行协商, 且打算于2026年施行更高层阶的植物实验。

欧洲空间局也就是 ESA, 它侧重于微生物以及藻类的培养, 在其“月球村”计划里, 没有把高等植物当作优先方向。日本宇宙航空研究开发机构即 JAXA, 在 2023 年完成了空间站的小麦实验, 不过仅仅关乎单代培养。

由中国航天科工集团二院的研究员张毅进行分析, 太空农业技术间存在的竞争, 从本质这个层面上来说, 实则乃是关于未来深空探测能力方面的竞争。他明确做出指出, 月球基地以及火星任务, 均是需要去建立闭合生态生命保障系统的, 然而水稻实验, 是中国于这条赛道之上所展开的重要布局。

从实验田到餐桌的距离

最终目标是建立可持续空间食物生产系统的中国空间站水稻实验, 目前获取的1则是20克水稻样本来用于分析基因表达谱、组蛋白质以及代谢组数据, 中国农业大学团队计划从其中筛选出适应微重力的关键基因, 从而为后续品种改良提供靶点。

王跃林, 这位航天医学专家坦言, 太空水稻的口感以及营养, 当前还没办法去评估。他表示, 只有在实验样本返回地面以后 , 才能够展开食用品质分析。他还透露, 地面对照组的水稻在同一批种子当中培育好了 , 是用来做对比分析的。

从技术路线来讲, 往后空间站食物生产或许会采用“主食加上蔬菜”的组合样式。水稻、小麦用以供给碳水化合物, 生菜、番茄用来补充维生素。航天科技集团五院初步作出规划, 直至2030年空间站食物自给率目标是15% - 20%。

实现这一目标, 依靠生命保障技术进行持续突破。当下中国正在开展第三代空间站生命保障系统的研发工作, 其目标在于达成水、氧以及食物的循环利用。专家进行预计, 在2035年前后, 中国空间站有可能达成航天员基本食物的自给自足。

太空种粮的长远意义

成功了的中国空间站水稻进行的实验, 不单单只是一项技术方面所取得的突破了, 更为重要的是对深空探测有着某种战略属性的意义承载着。月球设置基地、火星开展任务之时需要航天员长时间在那里驻留着, 而食物能够自己供给则是维持长期任务的最为关键的支撑所在了。

关乎太空种稻意义之所在, 便在于去验证人类究竟是不是能够于异地星球构建起自维持生态系统。”身为中国载人航天工程办公室研究员的孟刚讲道, 水稻相关实验所获取的数据会拿来用以对未来月球科研站当中涵盖的生命保障系统设计予以优化。

转而从更为宏观的那种视角去瞧, 太空农业技术存在着还能够反过来对地面予以回馈的可能性。针对在微重力环境之下植物生长所做的研究, 它对于去阐明植物遗传调控的相关机制是有着帮助作用的, 是能够为地面的育种工作提供崭新的思路的。中国农业大学已经规划好了要借助实验所获取的数据, 去着手开展地面忍受逆境作物品种的选育工作。

仍在轨工作的神舟二十三号乘组, 预计在2025年1月返回地球, 届时更多水稻实验样本会随飞船返回, 为中国空间站食物生产研究提供宝贵数据, 中国航天员在太空种粮的梦想正一步步成为现实。

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