水稻,作为一种广为人知的农作物,其产出的大米是中国家庭餐桌上的常客。然而,“太空水稻” 这一概念,对大多数人来说却略显陌生,仿佛将太空与水稻联系在一起是一件不可思议的事情。那么,太空水稻究竟是什么?它是否真的是在太空中生长并收获的水稻呢?
2023 年 11 月,上海的中国科学院分子植物科学卓越创新中心迎来了一批特殊的 “太空水稻”,它们是 2022 年在中国空间站进行育种实验的成果。其独特的品质吸引了全球科研人员的目光,甚至引得俄媒惊叹:“中国的太空水稻比地球上的更香甜且营养更丰富!”那么,太空水稻究竟是怎样一种存在,又是如何培育出来的呢?一、太空水稻的庐山真面目乍一听这个名字,许多人可能会认为太空水稻是种在宇宙飞船或太空空间站里的水稻。实际上,这只是太空水稻培育过程的第一步。所谓太空水稻,是在航天技术不断进步的背景下,应运而生的一种全新种植方式所孕育出的水稻品种。借助这种种植技术,水稻能够展现出更为优异的性状。自人类开启太空探索之旅以来,众多科学家就开始思考能否利用太空环境的独特性开展一些地球上难以进行的实验,进而改善我们的生活。因此,利用太空环境培育植物以满足生产生活需求,已成为世界各国航空研究领域的重要课题。太空水稻的培育并非简单地在太空环境中种植和收获水稻,而是需要经历一个漫长而复杂的过程。科研人员先将水稻种子带到太空空间站,利用宇宙射线、微重力和空间磁场等特殊的宇宙环境对种子进行诱变处理。通过这种方式获得的种子被称为第一代,随后将这些种子在人工环境下种植、繁育得到第二代种子,最后在大田中种植并收获的就是第三代种子。我国在这一领域的研究经历了漫长的探索与发展。早在1978 年,我国就启动了 “863 高技术计划”。当时,我国既没有自己的宇宙空间站,航天科技也不够发达,但仍借助卫星搭载农作物种子,尝试开展航天育种工作。在当时技术和条件相对落后的情况下,这项太空育种实验历经十年才取得了初步的、较为微弱的进展。然而,我国的科学家们并未因此而放弃。经过一代又一代科研人员的不懈努力、持续推进和创新突破,我国的太空水稻育种计划终于迎来了新的里程碑。2022 年,在神舟十四号乘组执行任务期间,我国首次成功完成了从水稻种子到种子的全生命周期空间培养实验,收获了成熟的太空水稻种子,这也是全球范围内首次在太空中实现太空水稻全生命周期的培育实验。如今,这批种子在大田中已顺利完成试种,并取得了丰硕的成果,这标志着我国太空水稻研究又取得了新的科研突破。二、太空水稻的独特优势相较于在地球上种植的水稻,太空水稻具有哪些优势呢?我们为什么要致力于太空水稻的培育呢?据科研人员介绍,此次培育出的太空水稻与地面种植的水稻相比,主要有三个显著差异。首先,在太空环境中培育的水稻,其稻壳无法闭合,这与地面种植的水稻形成鲜明对比。通常情况下,地面种植的水稻在授粉后稻壳会自动闭合,但太空水稻却不具备这一特性。通过专业相机拍摄放大并经科研人员分析发现,太空水稻稻壳外稃变长变细,导致稻壳无法闭合。这一特点引起了科研人员的广泛关注和深入探究,尽管目前其背后的具体原因尚不明确,但科研人员将从分子生物学角度进一步研究,相信这一研究成果将对太空水稻的培育和种植起到积极的推动作用。其次,太空水稻的营养价值有了显著提升。借助显微镜观察,科研人员发现,与普通水稻相比,太空水稻结出的稻米淀粉含量更高,而且其中果糖、葡萄糖的含量和构成也与普通稻米有明显差异。太空水稻中的葡萄糖、果糖种类更多、含量更高,用其煮出的米饭可能比普通稻米更加香甜可口。此外,太空水稻稻米中的蛋白质等营养成分也比普通稻米更为丰富,具有更高的营养价值。最后,太空水稻存在叶子夹角较大的情况,这是目前其存在的一个不足之处。由于叶子夹角较大,在种植时就需要增大相邻两株之间的间距,否则叶片容易相互遮挡,影响植株的光合作用,进而对水稻的产量和种植产生不利影响。这就要求科研人员在种植时预留足够的空间,但这样会减少太空水稻的种植数量。不过,科研人员将针对这一问题展开分析,寻找影响叶片夹角的基因并进行改造,努力解决这一问题。三、太空水稻培育的深远意义太空水稻的培育难度大、周期长,是一项极其耗费时间和精力的工作。那么,我国科学家为何仍不遗余力地投身于太空水稻的培育和种植事业呢?首先,在太空中培育水稻等农作物,能够使实验水稻产生新的有益性状。例如,目前研究和培育的太空水稻具有稳定高产、优质早熟且抗病能力强的特点。像经太空环境诱变培育出的航育1 号水稻新品种,与普通水稻相比,其生长周期缩短了 13 天,植株平均高度降低了约 14 厘米,但产量却比普通植株高出 5% 到 10%。由此可见,太空水稻不仅产量高,而且植株较矮有利于抵御倒伏,较短的生长周期还能减少温差影响,提前收获,既提升了营养成分含量,又增加了产量。因此,通过未来对这类太空水稻的大规模推广种植,能够提高我国的粮食产量,增强粮食储备能力。在当前粮食短缺问题日益严峻的形势下,充足的粮食储备有助于我国在国际竞争中占据更有利的地位,所以太空水稻的培育显得尤为重要。其次,培育太空水稻有利于我国凭借自身科研成果培育和筛选优质种源,在实现种业科技自立自强、种源自主可控方面发挥更大作用。我们能够培育出更适合在我国土地上种植的种子,减少对国外种源的依赖。最后,各国航空航天事业的发展都将在宇宙中建立未来的太空基地作为目标和任务,而要实现这一梦想,就必须解决粮食补给问题。我国培育的太空水稻非常适合在太空基地种植,能够为解决食物供应问题提供有效方案。此外,我国在太空水稻培育过程中积累的经验,对开展其他植物、农作物在太空中的培育和种植研究也具有重要的借鉴意义。未来,我们有可能在月球、火星等地方建立自己的太空基地,并在上面种植我们自主培育的太空作物,以满足太空基地和地球上人类的需求。