Thí nghiệm thành công việc canh tác cây lúa trọn vòng đời trong không gian

Vào ngày 4/12/2022 vừa qua, mô-đun trở lại của tàu vũ trụ có người lái Thần Châu 14 đã hạ cánh thành công tại bãi đáp Đông Phong, Trung Quốc.

Tuy nhiên, cuộc trở về lần này không chỉ bao gồm con người, mà còn có cả những mẫu vật thí nghiệm của nhiều thử nghiệm quan trọng đã được tiến hành trong không gian. Các mẫu vật sau khi đáp xuống Trái đất đã được vận chuyển nhanh chóng đến Viện Nghiên cứu và Kỹ thuật Ứng dụng Không gian của Viện Khoa học Trung Quốc. Sau khi xác nhận rằng các mẫu được trả về ở tình trạng tốt, chúng đã được bàn giao cho các nhà khoa học có liên quan một cách thuận lợi.

Trong đó, đáng chú ý là 3 túi giữ lạnh chứa mẫu sinh học của cây lúa và cây Arabidopsis thaliana từ các thí nghiệm nuôi trồng. Arabidopsis thaliana là một loại cây có hoa nhỏ thuộc Họ Cải.

Cả lúa và cây Arabidopsis đã trải qua 120 ngày gieo trồng và sinh trưởng trong không gian, hoàn thành toàn bộ quá trình phát triển từ hạt thành hạt. Và đây cũng là lần đầu tiên trên thế giới con người thu được hạt lúa trên quỹ đạo.

Hiện tại, hạt lúa và hạt cây Arabidopsis sinh trưởng từ không gian này sẽ được đưa trở lại phòng thí nghiệm thuộc Viện Khoa học Trung Quốc để tiếp tục nuôi cấy. Các nhà khoa học sẽ tiến hành các phân tích liên quan đến sinh học phân tử, tế bào học và trao đổi chất trên các mẫu được trả về. Thông qua quá trình nghiên cứu, họ hi vọng sẽ phân tích ra quy luật và nền tảng cơ sở trong việc đánh giá tác động từ môi trường không trọng lực đối với các loại cây trồng. Từ đó, có thể tiếp tục tạo ra các loại cây trồng có thể thích ứng với môi trường vũ trụ. Nghiên cứu này sẽ cung cấp cơ sở lý thuyết cho việc phát triển và sử dụng tài nguyên từ môi trường vi trọng lực trong vũ trụ.

Tiến hành thí nghiệm trồng lúa trên quỹ đạo trong 120 ngày

Lúa là cây lương thực chính của con người, nuôi sống gần một nửa dân số thế giới và nó cũng là ứng cử viên chính trong nhóm cây lương thực để hỗ trợ sự sống của các hoạt động thám hiểm không gian sâu có người lái trong tương lai.

Nếu con người muốn tồn tại lâu dài trong không gian, họ phải đảm bảo rằng thực vật có thể hoàn thành quá trình sinh trưởng và tạo ra thế hệ mới trong không gian, cụ thể là sinh sản thành công hạt giống.

Trước đây trên thế giới chỉ có việc gieo trồng từ hạt giống cây Arabidopsis, hạt cải dầu, đậu Hà Lan và lúa mì, còn cây lúa thì chưa thể hoàn thành cả vòng đời trên vũ trụ. Một phần bởi các dự án khoa học vũ trụ thường được thực hiện bởi các tổ chức khoa học châu Âu và Mỹ.

Nhà khoa học Trịnh Huệ Quỳnh đang xem xét các mẫu cây đem về từ quỹ đạo.

Tuy nhiên, các nhà khoa học Trung Quốc, dẫn đầu là nhà nghiên cứu Trịnh Huệ Quỳnh đến từ Trung tâm Công nghệ Sinh học Phân tử, Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc đã quyết định thực hiện việc trồng lúa ngoài không gian lần đầu tiên trên thế giới.

Đồng thời, vì sự ra hoa cũng là điều kiện tiên quyết để hình thành hạt, nên họ đã sử dụng cây mẫu Arabidopsis thaliana để nghiên cứu một cách có hệ thống về tác động của tình trạng vi trọng lực đối với sự ra hoa của cây.

Từ khi bơm dung dịch dinh dưỡng vào ngày 29/7/2022 đến khi kết thúc thí nghiệm vào ngày 25/11/2022, dự án đã được thực hiện trong quỹ đạo suốt 120 ngày. Các thí nghiệm đã hoàn thành toàn bộ vòng đời của cây Arabidopsis cũng như chứng kiến sự nảy mầm của hạt lúa, sự phát triển của cây con, quá trình trổ bông và kết hạt.

Cũng trong quãng thời gian này, các phi hành gia đã thực hiện 3 lần lấy mẫu trên quỹ đạo, bao gồm lấy mẫu lúa ở giai đoạn nảy mầm vào ngày 21/9, lấy mẫu ở giai đoạn ra hoa của cây Arabidopsis thaliana vào ngày 12/10 và lấy mẫu ở giai đoạn trưởng thành của cây lúa và cây Arabidopsis vào ngày 25/11.

Sau khi thu thập, các mẫu ở giai đoạn ra hoa hoặc nảy mầm được bảo quản trong tủ bảo quản nhiệt độ thấp ở -80°C, còn các mẫu ở giai đoạn hạt chín được bảo quản trong tủ bảo quản nhiệt độ thấp ở 4°C.

Tính khả thi của việc luân canh lúa trong môi trường chật hẹp và khép kín

Theo phát hiện ban đầu của nhóm nghiên cứu, tình trạng không trọng lực đã ảnh hưởng đến các đặc điểm nông học khác nhau của lúa, bao gồm chiều cao cây, số nhánh, tốc độ tăng trưởng, khả năng điều tiết nước, phản ứng với ánh sáng, thời gian ra hoa, quá trình phát triển hạt và tốc độ đậu hạt.

Cụ thể, cây lúa đã phát triển “lỏng lẻo” hơn trong không gian, chủ yếu là do góc giữa thân và lá trở nên lớn hơn. Đáng chú ý, chuyển động xoắn ốc đi lên của sự phát triển của lá lúa - vốn được kiểm soát bởi đồng hồ sinh học - trở nên nổi bật hơn khi được trồng trong không gian.

Ngoài ra, thời gian trổ bông của lúa sớm hơn một chút so với khi trồng trên mặt đất, nhưng thời gian trổ bông tổng thể lại kéo dài hơn 10 ngày và hầu hết các màng trấu bọc hạt không đóng được.

Cả thời gian ra hoa và kết hạt đều là những đặc điểm nông học quan trọng của cây lúa. Chúng đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo đủ sự phát triển sinh sản của cây và thu được hạt giống có năng suất và chất lượng cao. Quá trình này được điều chỉnh bởi biểu hiện gen và các mẫu được trả về Trái đất sẽ được sử dụng để phân tích thêm.

Bên cạnh đó, đọt lúa cũng có thể tái sinh khoảng 20 ngày sau khi cắt. Điều này cho thấy việc tái sinh cây lúa trong môi trường kín với không gian nhỏ là khả thi, đồng thời cung cấp những ý tưởng mới và bằng chứng thực nghiệm cho việc sản xuất cây trồng không gian hiệu quả.

Theo các nhà khoa học, công nghệ này có thể làm tăng đáng kể năng suất lúa trên một đơn vị thể tích và đây cũng là công nghệ lúa tái sinh đầu tiên được thử nghiệm trong không gian trên thế giới.

Tham khảo ThePaper, NetEase