重力小了,根就追著水分空中繞圈

2021-01-15 中科院之聲

剛從太空返回單元中取出的擬南芥。王麗華攝


在天宮二號空間實驗室中生長了48天的擬南芥,上周跟隨高等植物箱實驗設計者之一——中科院上海植物生理生態研究所研究員鄭慧瓊回到了上海。經過兩天多緊張的材料處理,剩下的擬南芥住進了人工氣候室。

  

日前,記者看到了這些珍稀的「太空遊客」,並聽說了高等植物箱內的它們在這一個多月太空旅行中的奇異表現:水稻「吐水」的水滴落不下來,葉片頂著大水珠生長;擬南芥的根更是奇特,為追逐水分,居然在空中繞圈生長,根本不理會大地在何方。接下來,科學家將對材料進行細胞、基因分析,從中尋找重力對植物生長的影響機理,為未來發展太空農業做準備。

  

「保溫杯」裡長出20多棵小苗

  

人工氣候室的一間實驗房中,從太空返回的擬南芥仍然裝在送它上太空的「保溫杯」中——看起來好像一隻瘦長的磨砂玻璃杯,杯口不過5釐米寬,高不足20釐米。不同的是,它被固定在一個方形底座上,連接著一個小小的泵。「剛安裝上空間實驗室時,種子都是幹的,要靠泵給它們注進營養液才能萌發。」鄭慧瓊說,高等植物箱是天宮二號空間實驗室中的一項,裡面安放了水稻和擬南芥的種子,分別用LED燈光給予長日照和短日照,觀察它們在空間微重力環境下的生長過程。

  

她說,這不是簡單看幾棵植物的萌發,而是要探索在太空中植物種植的經驗,「現在與我們生活休戚相關的植物,無不高度適應地球的重力環境,如果未來人類要離開地球,植物在太空航行中會起到舉足輕重的作用。了解它們在太空中的生長發育規律,是重要的第一步。」

  

這個種在「小杯子」裡的擬南芥,則是箱子的返回單元,由航天員帶回地球。在「杯子」外層,保溫、照明等生命保障系統一應俱全,可整個返回單元大小看起來和不到500毫升的保溫杯差不多——這是中科院上海技術物理研究所科學家為實驗特別設計的。

  

「8月14日安裝上空間實驗室,9月 15日升空,9月29日注液,11月16日實驗結束,11月18日返回地面,11月19日到上海,後續待實驗……」鄭慧瓊的電腦裡,記錄著這批擬南芥的「履歷」。為了預防上天之後種子萌發困難,他們特地裝了20多顆種子,沒想到居然基本全發芽了。當返回單元打開時,杯子裡濃鬱的一片綠色,讓鄭慧瓊吊了近兩個月的心放了下來。

  

花瓣短,根和葉長成一團亂麻

  

剛打開「保溫杯」,實驗的另一位設計者孫衛寧研究員在上海看到傳回的照片,迫不及待琢磨起來:這些擬南芥在太空中長了40多天,可看起來和地面上20多天的樣子差不多;花苞是有了,可花瓣看起來比地面上短了一些,果莢還嫩,看起來剛結了三四天的樣子……

  

過去一個多月,她和鄭慧瓊一起,不斷關注從天宮上傳回的圖像,讓植物在太空中生長這麼長的時間,在我國還是第一次。目前,水稻已經長到接近20釐米高,由於選用的是特殊的矮個兒水稻,因此這就算基本長成了。「不過,葉子比較少,長得也慢,至今還沒抽穗開花的跡象。」她說,這次實驗的一個重要目的就是看重力如何影響開花基因,所以每一點與地面的不同都值得探索。

  

相比嚴肅的研究,植物在太空中有更多富有喜感的表現——

  

水稻會有一種吐水的生理現象,就是水分會從葉片上滲出,凝成水滴。在地球上,水滴會在重力作用下自然落地,可在重力只有地面千分之一的天宮二號上,這些水就滴不下來了,水滴越凝越大,水稻葉子好像頂著一個水做的大帽子一樣在生長。

  

更有趣的是植物的根。在地球上,在重力作用下,根會朝著地面鑽下去,尋找水分。沒有了重力的指引,根尋找水分的本領似乎得到了更充分的發揮———它四處生長,好像在不停地「嗅」水源。「從傳回的圖像上看到,有些擬南芥的根在空中生長,足足繞了一個圈子,最後向有水的小孔延伸過去。」孫衛寧說,感覺它像長了鼻子一樣,究竟是什麼讓根具有這種能力,值得好好研究。

  

或許,在地球上頗有難度的立體栽培,在太空中會變得簡單。鄭慧瓊說,如果根會自動尋找水和養分,那無論土壤在哪裡,它都會自動紮根,今後設計太空農場就可以更充分利用空間,「要在天花板、牆面上種滿植物,可能易如反掌。」只是,葉子和莖挺不起來,根卻浮到空中,在地球上看起來整齊有序的一切,在這裡成了一團亂麻。

  

回到地面兩三天後,擬南芥的莖似乎沒剛出艙時那麼軟趴趴了,根也不再懸在空中。科學家已經將一半擬南芥切片、固定,讓它停留太空返回狀態,以便開展進一步研究。


來源:文匯報



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