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在中国科学院植物生理生态研究所实验室拍摄的拟南芥被用于与在天宫2号上种植的相同品种的拟南芥进行比较研究。

天宫二号已经在轨道上运行了两年多，进行了多次空间科学和应用实验，包括完成了中国第一次高等植物“从种子到种子”的长期空间培养实验，这是空间植物培养技术发展和人类长期空间生存探索与保障的又一进步。

中国科学院植物生理生态研究所的项目负责人和研究员郑惠琼认为，高等植物是空间生态健康保护系统的关键因素。如何利用植物在太空中生产食物和蔬菜，满足人类在太空生活中的长期需求，是载人航天必须解决的关键科学问题之一。

过去，中国还利用可回收卫星进行了许多太空飞行实验。然而，由于空间时间有限，实验只能在种子萌发和幼苗生长阶段进行。2016年9月15日，天宫二号发射升空，搭载了中国科学院上海技术物理研究所研制的微型孵化器。它种植了典型的谷类作物水稻和典型的绿叶植物拟南芥。

研究员郑惠琼(左)和中国科学院植物生理生态研究所的学生正在实验室研究拟南芥。

除了一些植物样本于2016年11月18日随神舟11号返回地面，大部分植物样本仍在天宫二号。研究人员通过地面遥控成功地控制并浇灌了留在太空中的培养箱，开始了拟南芥和水稻的生长，并成功开花结果。这是中国首次完成“从种子到种子”的太空植物培养实验的全过程。

郑惠琼说，该实验验证了利用植物光周期反应原理调控太空植物营养生长和生殖生长的设计思想，为有效利用有限的空间资源实现植物产量最大化提供了重要的空间实验依据。首次成功获得了“长日”和“短日”条件下拟南芥和水稻整个生长过程的实时图像数据，并取得了许多新发现。世界上第一次成功安装了基因信息“跟踪器”。植物开花基因的“启动子”被用来驱动绿色荧光蛋白在微重力条件下表达并获得实时荧光图像。首次获得了微重力对叶小管发育影响的证据，并通过转录组分析进行了分析。首次对水稻吐絮、拟南芥寿命和根系“触地运动”进行了观察和分析。

研究员郑惠琼(左)和中国科学院植物生理生态研究所的学生正在实验室研究拟南芥。

通过对同时种植在地面上的水稻和拟南芥的比较研究，研究人员还发现了一些有趣的现象:例如，由于太空中没有来自地球的重力引导，植物方向感差，根系的定向生长运动明显受阻，太空中的水无法有效地返回土壤。然而，在空间微重力条件下，水稻的吐水活性显著增强。利用这一特性，将来可以在太空中制备纯净水或太空药物。

点头运动是植物细胞周期性生长的外在表现，其过程受到生物钟基因的严格控制。研究发现，在空间生长的拟南芥花序轴的下垂幅度和频率明显小于地面对照，表明微重力抑制了植物的下垂运动。

该研究还发现，尽管植物开花晚，在太空中生长缓慢，但它们衰老缓慢，寿命显著延长。在太空中，在“长日”条件下，拟南芥植物比地面对照多活65天，而植物比地面对照多活456天。在太空中，水稻的第一片和第二片叶子也比地面老化得慢。

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