English
聯系我們
網站地圖
郵箱
舊版回顧



在太空中 是怎么培養動植物的

文章來源:解放日報 鄭偉波   發布時間:2019-03-15  【字號:     】  

  在地球上,只要把種子埋在土壤里,為它澆水,有合適的溫度和陽光,它就能萌發。那么,在太空里種植是什么感受呢?請聽中國科學院上海技術物理研究所研究員鄭偉波在SELF格致論道講壇上講述在太空培養動植物的經歷。

  我們未來有一天去太空旅行或者太空移民的時候會遇到什么問題?會遇到食物的問題,還有健康的問題。

  如果是短期太空旅行的話,食物可以由地面運上去;長期的太空旅行,就要考慮在太空種植各種植物,培養各種動物,滿足人對食物的需求。

  太空指地球大氣層以外的宇宙空間。太空是真空環境,沒有空氣,宇宙輻射很強,同時還處于失重狀態,和地球有很大的不同。如何在太空培養動植物呢?我們有機會在“天宮二號”“實踐十號”和“天舟一號”上開展了一些生命實驗。

  我先介紹一下在太空中種植植物。植物生長需要陽光、空氣和水,而太空中沒有空氣,也沒有水,需要從地球運上去。我們在“天宮二號”上種植了擬南芥和水稻,目的是研究微重力環境對植物生命節律的影響。

  實驗的具體流程是這樣的:火箭發射前,我們把生物樣品擬南芥和水稻的種子放進一個裝置里,再放到“天宮二號”上,隨“天宮二號”發射入軌。在軌時,我們通過地面遙控啟動實驗,并讓實驗按照我們的要求開展。返回前,再把整個實驗“凍結”起來,避免地面環境影響實驗結果。

  在“天宮二號”上,水稻和擬南芥被放在植物培養箱中,體積只有300mm×300mm×400mm大小。

  水稻和擬南芥要培養一年,而從地面帶上去的水,每一個培養單元只有半瓶礦泉水的量,300毫升左右,遠遠不夠。于是,我們想到模仿地球大氣圈的水循環:地表水蒸騰,升入空中遇冷形成雨水,再落回地面。但是,在太空中構建水循環缺少一個環節,因為太空中是失重環境,水形成后無法落回土壤。于是我們利用毛細現象,把搜集到的水通過毛細管再送回土壤。這樣的水循環過程可以滿足植物一年的全生命周期的培養需求。

  在地球上,種子埋在土壤里,為它澆水,有合適的溫度和陽光,它就能萌發。但在太空中操作就非常復雜,因為太空中水和空氣很難分離,水難以落進土壤,土壤里的空氣也出不來,加多少水更不好控制。種子萌發有兩個條件:一是能夠被水浸潤,能夠吸脹;二是能呼吸,種子如果全部浸沒在水中,會被淹死。如何在太空中滿足這兩個條件,一直困擾著我們。

  后來我們想了一個辦法,把水注入土壤后,通過毛細現象把水引走,讓種子露出來呼吸,通過這種方式讓種子萌發。因為地球存在重力,這種方法很難在地球上驗證。但通過我們的摸索,并請力學專家進行計算,有了一定把握,可以去太空試一下。

  2016年9月15日,擬南芥和水稻種子隨“天宮二號”發射入軌,8天之后太空實驗啟動。我們那時心里是忐忑不安的,種子究竟能不能萌發,心里沒有底。

  實驗啟動5天后,擬南芥種子冒出一個小芽。20天后,水稻的小芽也頂著一顆碩大的水珠冒了出來。那時我們真的非常開心,一顆懸著的心終于放了下來。

  太空環境對植物有很多影響。比如,太空植物的花骨朵像滿天星一樣,比地球上的植物多很多。再比如,擬南芥在地球上一般只有四五十天的壽命,而“天宮二號”上的擬南芥在太空中生長了400多天,壽命長得多。科學家正在對這些現象作進一步的分析。

  除了植物栽培,我們還在太空中進行了細胞、胚胎的培養。

  胚胎由受精卵多次分裂而成,是生命的起點。胚胎的體外培養比細胞培養復雜,因為它更敏感,對環境的要求更高。在地球上,胚胎可以完成從分裂到著床、長出后代的過程,但沒有人知道太空中哺乳動物的早期發育過程能否完成。科學家想知道答案,因為今后無論是人類還是其他動物,胚胎發育是進行長期太空旅行所必然要經歷的過程。

  實驗是怎么做的呢?首先要構建一個適合胚胎發育的、類似于小鼠母體子宮的環境。這個環境非常苛刻,美國和日本科學家也做過類似實驗,但沒有成功。而我們最終做成了,這在世界上是第一次,而且我們把胚胎在太空中的整個發育過程用顯微圖像記錄下來,對科學研究非常有幫助。

  這個實驗證明,太空中能夠完成小鼠早期的胚胎發育。我們將太空中發育的囊胚植入小鼠母體,結果真的生出了小老鼠。

  我們在“實踐十號”衛星上還開展了其他一些實驗研究,放置了家蠶培養箱、植物培養箱、高級植物培養箱等。

  地球雖然是人類的家園,但我們終將要走出地球,跨向宇宙。所以,我們還將會繼續開展多種多樣的太空生命探索研究,為人類的太空旅行做好準備。




(責任編輯:侯茜)

附件:

專題推薦

相關新聞


© 1996 - 中國科學院 版權所有 京ICP備05002857號  京公網安備110402500047號  聯系我們

地址:北京市三里河路52號 郵編:100864

3g彩票网