文 ｜ 《中国科学报》 见习记者 江庆龄

1月13日，中国空间站空间应用系统科学与应用进展情况介绍会在上海召开。与会专家详细介绍了空间站科学实验设施情况、近两年来科学实验进展总体情况，以及未来开展的重点科学与应用研究。

《中国科学报》在会上获悉，中国空间站建成的两年间，已在轨实施180余个科学与应用项目，上行科学与应用任务的实验模块、单元及样品等科学物资近两吨，下行空间科学实验样品近百种，获取科学数据超过265TB。

而诸多成果的背后，是科学家多年的酝酿和耕耘。

太空种子在地球上结果

早在2002年，中国科学院分子植物科学卓越创新中心（以下简称分子植物卓越中心）研究员郑慧琼课题组就试图解答“微重力条件下，不同光周期途径如何调控开花”这一问题。

从神舟四号到实践八号，一直到天宫空间站，该团队开展了从空间细胞融合到模式植物全生命周期培养的系列实验。

团队成员、分子植物卓越中心实验师王丽华介绍，团队以模式植物拟南芥和水稻为主要研究对象，聚焦3个方面：分析比较微重力在植物开花过程中的作用；揭示微重力调控植物开花的分子基础与关键基因的表达变化；解析长期空间微重力条件下植物开花基因表达的调控网络机制在植物对空间环境适应性中的作用机理。

“利用在轨实时图像和返回的拟南芥实验材料，我们获得了不同开花时间的拟南芥响应微重力生长发育表型数据和天地比对转录组数据。”王丽华表示。这为深入解析植物如何通过调整开花时间适应空间微重力环境下的分子机理提供了新视角，同时也为人为控制空间植物的开花时间、构建具有强大空间环境适应能力的植物品种、提高空间植物的产量和品质开辟了新途径。

同时，团队首次在空间站中实现了水稻从种子到种子的全生命周期培养。“再生稻是在原种植水稻收割后再生的二茬水稻，我们首次在空间微重力条件下完成了水稻再生，获得了有活力的再生稻种子。这意味着，一次种植可以多次收获，从而提高空间利用率，为未来空间生命生态生保系统利用水稻进行粮食生产提供了新思路。”王丽华说。

没有重力时，骨骼肌“摆烂”的秘密

骨骼肌“摆烂”是太空微重力环境下重要的生理变化之一。航天员在太空执行任务时，每天至少需要运动两小时才能缓解肌肉萎缩带来的不良影响。同时，航天员返回地面时，他们的骨骼肌往往会遭受重力变化带来的损伤，不得不坐在椅子上被抬下来。

基于空间站实验舱中的“生物技术实验柜”和“手套箱及低温存储柜”功能，中国科学院上海营养与健康研究所研究员应浩带领团队聚焦“空间微重力环境对骨骼肌影响的生物学基础”，开展了相关空间科学实验研究。

2023年11月，细胞样品随天舟五号货运飞船上行，利用生物技术实验柜成功实现了小鼠骨骼肌细胞的在轨培养和分化，观察到细胞融合和肌管形成等现象，并首次在轨检测到微重力环境下肌细胞的自噬现象，收集了真实微重力条件下的肌细胞样品和相应的培养液。

完成在轨实验后，样品于2023年6月由神舟十五号载人飞船返回舱带回地面。应浩团队随即开始后续实验，迄今已取得系列科学发现，包括在国际上首次发现空间微重力环境影响骨骼肌细胞自噬的规律、发现空间微重力环境通过影响自噬导致肌萎缩的可能机制及潜在分子靶标。

值得一提的是，航天员身上由微重力环境造成的肌萎缩现象，与地面人群衰老、长期卧床等产生的生理病理改变有很多相似之处。这些发现不仅有助于针对性地改善航天员的健康状况，还可将研究成果推广到地面的肌少症患者及长期卧床病人，为解决肌肉萎缩问题提供新的方案。

1.2升的生态系统，不简单

2024年4月25日，2雌2雄共4尾斑马鱼从200尾精挑细选的同类中“脱颖而出”，“乘坐”神舟十八号入驻中国空间站，这也是中国空间站第一次迎来水生动物。

除了3名宇航员，与这4尾斑马鱼相伴的还有4克水生植物金鱼藻。斑马鱼和金鱼藻在一个1.2升大小的特殊装置中组成了一个独特的二元密闭生态系统。装置巧妙地分为两部分，一侧是700毫升鱼室，另一侧是500毫升植物培养间，中间被一块挡板隔开，而密布的小孔确保了水中成分在两者间自由流通。

在空间站的43天里，斑马鱼和金鱼藻相处融洽。金鱼藻光合作用产生的氧气让斑马鱼能够顺畅呼吸，同时吸收水中的氨离子，避免水质恶化；而斑马鱼的代谢物则能为金鱼藻所用。

这套装置还配备了一整套“直播”系统，地面的科研人员能实时看到斑马鱼和金鱼藻的状态，并了解水中各项环境指标。

“我们的实验最初计划运行30天，最终在太空中成功运行了43天，超出了预期目标。”中国科学院水生生物研究所研究员王高鸿介绍。

2024年11月4日，“太空养鱼”的回收水样、鱼卵等样品跟随神舟十八号航天员乘组返回地球。王高鸿团队目前正在对样品水化学和微生物宏基因组进行研究，分析空间环境下水生生态系统物质循环与微生物演替的相关机制。

“未来我们将充分利用现有水生生保系统平台，联合我国的斑马鱼研究团队开展太空环境下斑马鱼配子发生与跨代遗传、骨丢失、肌肉萎缩、内分泌紊乱、免疫和营养代谢研究。”王高鸿说。

70小时长出完美材料

铟硒（InSe）半导体晶体是一种柔性半导体材料，不仅具有传统半导体材料优异的物理性能，还可像金属一样进行塑性变形和机械加工。然而，在现有条件下，制备出满足应用要求的InSe晶体面临巨大挑战。即便科学家反复优化生长条件，得到的InSe晶体仍具有极高的缺陷密度，会对半导体器件的性能造成严重影响。

空间环境相关的微重力条件，则为半导体材料制备和相关机理研究提供了独特的平台和条件。“以非接触效应为例，在空间站微重力条件下，晶体材料和石英坩埚之间可以形成间隙，避免熔体和容器直接接触，进而消除应力对材料生长的影响。”中国科学院上海硅酸盐研究所研究员刘学超解释说。

2023年10月31日，高温材料科学实验柜随梦天实验舱成功发射入轨时，其内存放着首批科学实验样品。200余天后，包括InSe晶体在内的部分样品跟随神舟十五号航天员返回地球。

刘学超介绍：“InSe半导体晶体是在中国空间站高温材料科学实验柜进行的一个材料实验，在轨实验时间为70个小时，顺利完成了生长实验，获得了完整的晶体样品。”

同时，团队在研究所的实验室里配备了一套空间站高温材料实验柜的“镜像系统”，除了重力不同之外，其他条件完全一致，并在其中开展了InSe样品的地面匹配实验。

空间站实验样品移交后，研究人员欣喜地发现，微重力下成功实现了高质量InSe生长。空间站InSe晶体具有近乎完美的In-Se六方晶格，晶体位错缺陷密度大幅降低，晶格条纹清晰规则，晶格损伤或明显的原子空位极低，由该晶体制备的器件性能也得到了大幅提升。

未来，除了用更多不同实验方法分析已有材料的特性，刘学超团队还计划开展微重力生长掺杂InSe晶体及性能研究、附加旋转磁场生长InSe晶体及性能调控研究、掺杂InSe空间/地面晶体质量对比及半导体器件研究等工作，一些前期的匹配实验已在进行中。