星辰大海，永不止步
最近这十年是中国航天承上启下的十年，在许多领域从“跟跑”走向“并跑”“领跑”，今天，我们来讲述“一粒种子”的故事。
8月29日，载人航天工程空间应用暨空间站高等植物培养实验阶段性进展情况介绍会在北京和上海同时举行。
此时，距离7月29日载有实验样品拟南芥种子和水稻种子的实验单元在中国空间站问天实验舱正式启动实验，已经过去了一个月。目前，拟南芥幼苗已长出多片叶子，高秆水稻幼苗已长至30厘米左右，矮秆水稻也有5到6厘米，生长状态良好。这也是国际上首次对水稻在空间站进行“从种子到种子”的全生命周期培养研究。
此事一经报道，不少网友调侃：“咱中国人就是走到哪儿种到哪儿”、“相信不久将来我们就可以吃到太空粮了”。
主导本次实验的正是九三学社社员、中国科学院分子植物科学卓越创新中心研究员、研究组长郑慧琼的研究团队。
从2002年的“神舟四号”到2022年的问天实验舱，郑慧琼团队先后完成了多个国家载人航天工程实验项目，研究空间微重力条件下的植物生长发育，为支持未来更长期的载人深空探测、保障太空时代的粮食安全而不懈求索。
为什么要在太空“种粮种菜”?
悠悠万事，吃饭为大。自人类发射第一颗人造卫星以来，如何利用植物保障人类在地外环境生存所需的食物、氧气和水，就成了空间生命科学最关注的问题。
郑慧琼在论文中写道：“人类进行长期的空间探索必须要有生物再生式空间生命支持系统做保证，其中高等植物在空间生命支持系统中起着关键作用：吸收二氧化碳，释放氧气，循环利用宇航员产生的固体和液体废弃物，提供新鲜食物，甚至可以缓解宇航员的心理状况。”此外，太空栽培的研究过程和成果也可以为地球农业生产提供指导。
图：郑慧琼在实验室里观察地面对照水稻实验情况。
但在太空环境种粮种菜不是一件易事。空间环境对植物生长发育有复杂的影响。飞行器在行星轨道飞行时重力变得十分微小，称为“微重力”。重力的变化会严重地影响到植物的生长发育和代谢活动。以水稻为例，实验中，郑慧琼发现缺乏重力牵引的水稻植株叶子之间的夹角特别大，相互之间有遮挡，影响光合作用的效率。叶子方向乱、开花晚、吐水多、生长慢、寿命长、结实率低、种子质量下降，她称其为“太空综合症”。
上下求索 微重力如何影响开花
解决“太空综合症”，了解微重力影响植物生长的原理乃至加以控制，正是郑慧琼的前进方向。在此前的实验中，拟南芥已完成从种子到种子的科研，此次主要关注如何增产提质;而对水稻的全生命周期培养尚属首次，目前萌芽关已过，关注的焦点是开花结籽。
图：在中科院分子植物科学卓越创新中心拍摄的“太空同款”拟南芥培养单元里，拟南芥开的花。
“开花是植物结出新一代种子的前提。农作物的种子既是粮食，也是繁殖下一代的载体。想要真正解决人类长期空间探索的粮食保障问题，这些基础探索必不可少。”郑慧琼说。
图：微重力条件下水稻的生长发育情况组图。
这次是20年来第6次“上天”实验，郑慧琼研究团队承担“微重力条件下高等植物开花调控的分子机理”生命科学实验项目。此次着力聚焦3个关键科学问题：微重力怎样影响开花?微重力影响植物开花的分子机理是什么?能否利用微重力环境作用来控制植物的开花?后续航天员会在轨采集样品，冷冻保存返回分析，鉴定空间微重力调控植物开花的关键枢纽基因并对其进行功能验证，为下一步构建适应空间微重力环境的高产优质农作物提供分子元件。
“植物航天员”的选拔和进舱
参与太空旅行的“植物航天员”经历了严谨的筛选。郑慧琼介绍说，本次选择的拟南芥和水稻是两种模式植物，生长周期短、基因组小、有代表性和很好的研究基础。拟南芥代表双子叶、长日、十字花科植物，青菜、油菜等很多蔬菜都属于十字花科。而水稻代表单子叶、短日、禾本科植物，小麦、玉米等很多粮食作物都属于禾本科。
图：在中科院分子植物科学卓越创新中心拍摄的“太空同款”水稻培养单元。
选择两种植物的种子更是如同选美。要把种子放到显微镜下观察，从上千颗备选种子中选择出健康饱满、有活力、有光泽的颗粒，保证本次实验上天种子100%萌发。
图：郑慧琼(左)和学生观察实验结果。
一蔬一粮两位“植物航天员”今年的进舱过程还遇到了一点波折。郑慧琼回忆道，问天实验舱7月24日发射，但是实验样品及相关设备必须在6月12日实验舱转为垂直状态之前装舱，并进行调试。装载前，在发射基地还要做不少准备工作，如给种子消毒等。因受4、5月份上海疫情影响，如何让样品和设备如期抵达海南文昌发射基地成了个难题。
眼看到了5月份，郑慧琼心中焦急，好在研究所与各级有关部门充分沟通，解决了疫情下从出城到跨省的各环节问题，满载实验设备和种子车辆，历时2天，飞驰2000多公里，千里护送种子到发射场，保证了科学实验的顺利进行。
植物科普 “天地共播一粒种”
谈及九三学社，郑慧琼提到她读博士时期的授业恩师赵毓橘就是社员。以“爱国、民主、科学”为传统的九三学社与研究所氛围格外契合，在沈允钢、沈善炯、尹文英等所内“九三”前辈的影响之下，郑慧琼加入了“九三”的大家庭。
以科学界人才荟萃为特点的九三学社，一直把科学传播普及作为重要的社会服务内容。郑慧琼特意提到，本次的空间植物实验还配套了面向青少年的“天地共播一粒种”植物科普活动。通过航天员讲授“空中课堂”、分发种子给青少年、开展科普讲座等多种形式，激发其对空间生命科学的兴趣，将科学的种子种在青少年的心里。
图：“天地共播一粒种”——青少年与航天员一起种植物科普活动启动。
回望来路，从刚刚起步的载人航天到独立自主建成的空间站，航天员驻留时间从仅仅数天增加到半年，郑慧琼见证了中国载人航天的跨越式发展。她的实验项目也从耗时较短的细胞电融合，发展到当前“从种子到种子”全生命周期培养。航天技术的发展拓展了其研究的深度广度丰富性，空间植物研究又为未来长期在轨和深空探测提供了重要后勤保障。
太空探索永无止境，逐梦之路永不停歇。十年来，从“神舟”飞天、“嫦娥”奔月，到“天问”探火、“羲和”逐日，我国深空探测能力持续增强。新征程上，小小种子也会在郑慧琼们的孜孜求索中不断进化、适应空间环境，为人类探索星辰大海保驾护航!(九三学社上海市委宣传部 赵铭，参考：人民日报、新华社、新民晚报、澎湃新闻、中国科学院网站等)