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“天宫二号”空间实验室安排了地球科学观测及应用、空间科学实验及探测、应用新技术等领域的十余项高精尖的任务，这些实验有的是在探索宇宙最深处的奥秘，有的是帮助人们更好的认识海洋和大气，有的甚至是在解决将来星际旅行时食物的问题……

图1 天宫二号在轨飞行示意图（图来源于“了不起的中国制造”官方微博）

“天宫二号”空间实验室为我们探索空间植物生物学提供了良好的在轨研究平台，使得我们能够直接观察不同植物的种子在太空中从萌发、生长、开花到结籽的全过程，得以更好地了解和掌握未来太空农业发展的可能。

图2 天宫二号高等植物培养实验海报

两种具有不同生长特性的植物——拟南芥（长日照植物）和水稻（短日照植物），幸运地作为“植物宇航员”，搭载“天宫二号”飞船开启了一次不平凡的太空之旅。

小小的太空“温室”中，生长盒区域是植物生长的空间，由透明材料制成，光源从顶部照射，相机从侧面拍摄成像。

图3 天宫二号上的“现代迷你太空温室”，左侧为拟南芥，右侧为水稻（图来源于中科院上海生科院植生所）

在生长盒上贴有透气膜，用来保障植物与温室内有一定的气体交换，而液态水不会从透气膜中逸出，以此来保障植物生长过程中所需的水分。

借助实时成像技术，研究人员可以观察微重力条件下，拟南芥和水稻从种子萌发、幼苗生长和开花发育全过程。

图4 拟南芥和水稻在天宫二号中度过的一生（图来源于中科院空间应用工程与技术中心）

视频右侧展示的就是拟南芥在高等植物培养箱中，由短日照（2016年10月至12月）转变为长日照（2016年12月1日至2017年8月1日）后的图像。

我们可以将它与地面对照进行比较。地面对照在同样条件下，于2017年1月30日完成全部生长周期后，枯萎死亡；而空间中的拟南芥则多活了7个多月，还抽出了大量的花薹，说明空间拟南芥虽然生长较慢，但是寿命显著延长，整体生长量也极大增加。

视频左侧展示的是水稻的整个生长周期，包括种子在空间的萌发、叶片的生长与展开。

在空间生长的水稻叶片不能像地面生长水稻那样向上伸展，而是多向性，这是因为失去了重力引导的原因。

在这个过程中，科研人员还发现了不少有趣的现象，其中有一些是之前从未观察到的。

1. 空间的水不能有效得回到土壤中

图5 在天宫二号中生长的水稻（图来源于中科院空间应用工程与技术中心）

在空间微重力条件下，水稻的根压作用将土壤中的水分通过叶分泌出来，但由于没有重量，不能有效地回到土中，水分不能有效循环，这是我们天宫二号实验首次发现的。

图6 水稻在天宫二号和在地面生长的对比图（图来源于中科院空间应用工程与技术中心）

上图中，A、B、C是水稻在“天宫二号”生长的影像，叶尖有大量水珠；D、E、F是在水稻在地面生长的影像，叶尖没有水珠。

2.空间扎根困难，迂回寻找土壤

图7 这张荧光照片展示了植物生长过程中根的运动（图来源于中科院空间应用工程与技术中心）

在空间微重力条件下，根失去了向重力性生长，表现为自由生长状态，呈现螺旋状攀附生长，并保有寻找土壤的能力，这也是我们首次发现的。

图8 地球上植物根的生长（图片来源于网络）

而在地球上，植物的向重性使得植物根能够向下生长至土壤中，保证植物能够充分吸收土壤中的水分与矿质营养。

这些研究为解析微重力条件下高等植物形态建成，以及从种子萌发、营养生长向生殖生长转变过程的调控机理提供了新的知识，对植物栽培和品种选育等都具有重要意义。

文章来源： 科学大院

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