2016年9月15日(農歷2016年8月15日)，天宮二號空間實驗室發(fā)射成功。2016年9月15日22時04分，搭載著天宮二號空間實驗室的長征二號FT2運載火箭在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心點火發(fā)射。約575秒后，天宮二號與火箭成功分離，進入預定軌道，發(fā)射取得圓滿成功。資料圖：9月9日，執(zhí)行天宮二號飛行任務的運載火箭垂直轉運至酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心載人航天發(fā)射場發(fā)射區(qū)，計劃9月15日至20日擇機發(fā)射?！疤鞂m二號”安排了地球科學觀測及應用、空間科學實驗及探測、應用新技術等領域的十余項高精尖的任務，這些實驗有的是在探索宇宙最深處的奧秘，有的是幫助人們更好的認識海洋和大氣，有的甚至是在解決將來星際旅行時食物的問題。中國科學家將在其中開展十余項高精尖的實驗任務，是載人航天歷次任務中應用項目最多的一次。天宮二號發(fā)射完成后，會由神舟十一號飛船將航天員送入太空，然后它將跟天宮二號交會對接，之后航天員進入天宮二號，開始一系列的科學實驗工作。中國航天科技集團五院天宮二號空間實驗室總設計師朱樅鵬在接受媒體采訪時介紹說，天宮二號主要有三大任務：“天宮二號是我國第一個空間實驗室，它完成的任務主要是中期駐留，航天員乘神舟十一號飛船交會對接，在天宮二號工作和生活30天，這是一個中期駐留的任務。第二個明年要跟貨運飛船對接，進行推進劑在軌補加，第三個是為今后空間站進行一些技術試驗，包括維修性一些相關的試驗?！贝蠹乙苍S還記得電影《火星救援》中，主人公孤身一人克服重重困難，通過在火星基地種植土豆來生存，最終重回地球。當前，人類太空探索的疆域不斷拓展，從近地軌道到深空探測，從建立月球基地到火星生存。所謂“兵馬未動，糧草先行”。人類要飛出地球、星際旅行、移民外星球，首要任務是解決食物自給、氧氣和循環(huán)水等問題。地球上的綠色植物是否可以在太空環(huán)境中正常生長，從而為人類提供食物和氧氣的來源?盡管目前在空間已經(jīng)進行了多次植物生長試驗，但要在太空條件下成功地實現(xiàn)糧食與蔬菜的生產，還需要解決包括微重力在內的極端環(huán)境因子對植物生長發(fā)育影響等諸多問題。這次天宮二號空間實驗室中將要進行的高等植物培養(yǎng)實驗，就是要研究這個問題。天宮二號空間實驗室植物培養(yǎng)實驗地球之外的重力環(huán)境包括微重力、低重力和超重“植物航天員”—水稻和擬南芥中國人習慣吃大米，所以大家熟悉的水稻和另一種不同生長特性的高等植物擬南芥就幸運當選為“植物航天員”，將搭載天宮二號進行一次不平凡的太空之旅。資料圖：左圖為擬南芥，右圖為水稻天宮二號搭載的高等植物培養(yǎng)箱，是一個微縮版太空溫室，它身負重任，將開展我國首次為期6個月的植物“從種子到種子”全生命周期培養(yǎng)?？茖W家將能夠直接觀察不同植物的種子在太空中的萌發(fā)、生長、開花和結籽，從而更好地了解和掌握未來太空農業(yè)發(fā)展的可能。資料圖：高等植物培養(yǎng)箱，分為在軌單元和返回單元，在軌單元可提供兩個擬南芥培養(yǎng)單元和兩個水稻培養(yǎng)單元，分別為一個長日照和一個短日照培養(yǎng)條件(如右側植物培養(yǎng)示意圖)，返回單元用于培養(yǎng)擬南芥。高等植物培養(yǎng)箱(左圖)，分為在軌單元和返回單元，在軌單元可提供兩個擬南芥培養(yǎng)單元和兩個水稻培養(yǎng)單元，分別為一個長日照和一個短日照培養(yǎng)條件(如右側植物培養(yǎng)示意圖)，返回單元用于培養(yǎng)擬南芥。實驗怎么進行?植物學家在地面精心挑選的水稻和擬南芥種子將在休眠狀態(tài)下乘坐在舒適溫暖的“保暖箱”中隨著天宮二號進入軌道?？茖W家們將在地面遙控指揮，啟動實驗過程，種子開始萌發(fā)。在其后的一段時間內，培養(yǎng)箱通過溫度、濕度、光照、營養(yǎng)供給調節(jié)等功能為種子的生長發(fā)育提供環(huán)境保障。預計1—2個月以后，如果生長順利，植物便可進入抽苔(穗)開花階段。高等植物培養(yǎng)箱可實現(xiàn)植物生長發(fā)育全過程實時監(jiān)測。相機等測量部件將進行“全程直播”，記錄圖像、溫度變化等數(shù)據(jù)，下傳到地面供植物學家開展比對分析。長日照植物擬南芥生長周期示意圖(左圖)以及不同生長發(fā)育時期擬南芥植物圖片(右圖)。長日照植物擬南芥生長周期示意圖(左圖)以及不同生長發(fā)育時期擬南芥植物圖片(右圖)。短日照植物水稻生長周期示意圖(左圖)以及開花期的水稻(中圖)。天宮二號空間實驗室中培養(yǎng)的水稻品種為矮化水稻突變體(d18h)，成熟期水稻株高在15-20厘米(該矮化水稻由中國水稻研究所錢前研究員提供)。右圖為矮化水稻與正常株高水稻(zh11)在幼苗期的比較。短日照植物水稻生長周期示意圖(左圖)以及開花期的水稻(中圖)。天宮二號空間實驗室中培養(yǎng)的水稻品種為矮化水稻突變體(d18h)，成熟期水稻株高在15-20厘米(該矮化水稻由中國水稻研究所錢前研究員提供)。右圖為矮化水稻與正常株高水稻(zh11)在幼苗期的比較。太空溫室有什么神奇?太空溫室中，生長盒是植物生長的空間，由透明材料制成，光源從頂部照射，相機從側面拍攝成像。在生長盒上貼有透氣膜，用來保障植物與溫室內有一定的氣體交換，而液態(tài)水不會從透氣膜中逸出，以此來保障植物生長過程中所需的水分。在空間微重力環(huán)境下，植物生長過程中因蒸騰作用產生的水汽無法凝結回歸到土壤，而是附著于生長盒的側面，還影響成像。為了解決這個問題，科學家們通過增加冷凝區(qū)的設計，使水汽重新冷凝并導入土壤盒內，實現(xiàn)了太空密閉環(huán)境下水的有效循環(huán)，提高了水的利用率，也避免了水汽可能產生的不良影響，真是高效又安全。矮化水稻(d18h)在高等植物培養(yǎng)箱中生長過程實時圖像。圖像記錄了從種子萌發(fā)到生長26天的水稻。矮化水稻(d18h)在高等植物培養(yǎng)箱中生長過程實時圖像。圖像記錄了從種子萌發(fā)到生長26天的水稻。為基因信息安裝“追蹤器”植物學家預先用轉基因技術給擬南芥的開花基因用綠色熒光蛋白基因標記。培養(yǎng)箱安裝了一臺微型熒光相機，并集成一個LED熒光激發(fā)光源。擬南芥開花基因一旦表達，就會被LED光源激發(fā)出綠色熒光。熒光相機便可以捕捉到熒光信號，并下傳信息。a和b分別為可見光和熒光相機對同一培養(yǎng)盒中擬南芥植物的成像。c示意了培養(yǎng)盒中不同的擬南芥植株，WT為沒有綠色熒光蛋白基因標記的普通擬南芥，F(xiàn)TPro::GFP為含有綠色熒光蛋白的轉基因擬南芥。a和b分別為可見光和熒光相機對同一培養(yǎng)盒中擬南芥植物的成像。c示意了培養(yǎng)盒中不同的擬南芥植株，WT為沒有綠色熒光蛋白基因標記的普通擬南芥，F(xiàn)TPro::GFP為含有綠色熒光蛋白的轉基因擬南芥。航天員也將參與實驗哦我們的航天員將在天宮二號空間實驗室中首次進行部分擬南芥實驗樣品回收?？臻g培養(yǎng)的擬南芥實驗樣品將隨返回單元返回地面供后續(xù)研究分析，為了解空間微重力條件下高等植物種子發(fā)育與營養(yǎng)貯藏提供第一手材料。未來展望人類登上月球已過去40多年，現(xiàn)在重返月球和登陸火星的夢想席卷全球。一些科學家不但繪制了月球基地和火星基地的藍圖，而且已經(jīng)完成選址。如何建立以綠色高等植物為基礎的空間密閉生態(tài)循環(huán)系統(tǒng)，為航天員長期的空間生活提供補給?這是一個浩大的綜合工程。我國在航天和空間領域的發(fā)展，為空間生命科學研究提供了前所未有的機會。加強太空環(huán)境中植物生長發(fā)育研究，突破空間生命生態(tài)保障系統(tǒng)的技術瓶頸，構建人類地外長期生存的新天地，人類跨越天疆的夢想一定會在不遠的將來成為現(xiàn)實。