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        太空種糧食: “我已出苗,狀態(tài)良好”

        2022-03-21 23:57:32
        學(xué)苑創(chuàng)造·C版 2022年12期
        關(guān)鍵詞:問天實(shí)驗(yàn)艙擬南芥

        人類站在地球和太空遙相對望,千百年來不斷加深彼此的聯(lián)系,萬家燈火將銀河搬到了人間,但想讓太空和地球一樣花團(tuán)錦簇,并不是一件容易的事。

        不過,科技總在進(jìn)步,人類早就邁出了在太空種植物的第一步。同學(xué)們也許有一連串的問題想要問:植物的種子到了太空能萌發(fā)、生長、開花并產(chǎn)生種子嗎?這些生長在太空的植物能用來補(bǔ)給宇航員嗎?太空種植物與地面種植物有何不同?

        [太空科學(xué)實(shí)驗(yàn)看“問天”]

        7月24日,中國空間站問天實(shí)驗(yàn)艙成功發(fā)射并與天和核心艙交會對接,和問天實(shí)驗(yàn)艙一起飛天的還有生命生態(tài)實(shí)驗(yàn)柜、生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)柜等科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜。這些實(shí)驗(yàn)柜是支撐太空科學(xué)實(shí)驗(yàn)的先進(jìn)平臺。

        此外,本次“旅程”還有兩位“特邀嘉賓”——小南和小薇,科學(xué)家和工程師們給小南和小薇安排了一個“大房子”,讓它們好好享受這趟太空“旅程”?!靶∧稀焙汀靶∞薄笔钦l呀?其實(shí),它們就是擬南芥和水稻。

        7月28日,載有實(shí)驗(yàn)樣品擬南芥(小南)種子和水稻(小薇)種子的實(shí)驗(yàn)單元,由航天員安裝至問天實(shí)驗(yàn)艙生命生態(tài)科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜的通用生物培養(yǎng)模塊中。8月29日,一整個月的時間,擬南芥和水稻種子就在中國空間站問天實(shí)驗(yàn)艙成功萌發(fā),并長出了幼苗。

        在哪都是種糧食,空間站種的與地面種的有什么不同呢?

        [在太空種糧食有哪些不一樣]

        在問天實(shí)驗(yàn)艙,我們可以看到水稻有節(jié)奏地生長,這種生長和地面的水稻不一樣,它的生長呈螺旋狀上升。大概在前20天特別明顯,非常靈動,后期因?yàn)殚L太高了,在培養(yǎng)單元里想看這樣的生長會費(fèi)勁一點(diǎn)。

        這樣的生長過程在地面是看不到的,因?yàn)榈孛娴闹亓ψ饔锰珡?qiáng)了,植物要想往邊上斜一下,重力立刻把它拉回來,不讓它有這種明顯地來回擺動。實(shí)際上,植物的生長過程大概是一種螺旋狀的規(guī)律,但是這種現(xiàn)象在地面上會因?yàn)橹亓Χ谎谏w,在太空中觀察,效果則會被放大。

        多年前科研人員在天宮二號的實(shí)驗(yàn)中,還能看到植物會出水球。沒錯,植物在太空中的吐水量要比地面大一些。在地面上水球會掉下來,但在太空中水球會懸浮著,所以宇航員給水稻做了一個水回收裝置,希望把小水球回收起來再緩緩回到土里,不然這些植物可能會被“自己的唾沫淹死”。

        天宮二號的科研人員還觀察到一個有趣的現(xiàn)象。在地面上,植物的根一般是扎到土里,但是在太空中,有些植物的根沒扎到土里,因?yàn)樗鼈円哺悴磺逋猎谀摹L降竭吷嫌衅~子,它們誤以為葉子是土,就纏著這片葉子繞一圈,然后突然感覺到是葉子不是土,它就換另外一片葉子繞一圈,發(fā)現(xiàn)也不是土……它們只能不斷地摸索,直到把根插到土里。這在地面上是看不到的。

        [小南、小薇成為“特邀嘉賓”的原因]

        選擇擬南芥和水稻是基于科學(xué)的考量。擬南芥和水稻都是地面上經(jīng)典的模式植物,是有代表性、有普遍規(guī)律的植物。擬南芥代表雙子葉、長日、十字花科植物,很多蔬菜,比如青菜、油菜等都屬于十字花科。而水稻代表單子葉、短日、禾本科植物,很多糧食類作物,比如小麥、玉米等屬于禾本科。

        擬南芥此前已經(jīng)被很多國家在太空成功做出了“從種子到種子”的實(shí)驗(yàn),但是如何提高種子的產(chǎn)量,仍然值得研究。水稻是人類重要的糧食作物之一,養(yǎng)活了地球上一半的人類,它的種子可以食用,單位面積的產(chǎn)出比較高,而且種子一旦休眠,對環(huán)境的依賴性比較小,所以從各方面看,水稻很適合在未來的星際旅行、深空探測中使用。

        水稻高稈和矮稈的生長機(jī)制、植株的夾角大小,在微重力的情況下會不會有不一樣的情況,這方面的研究我們還欠缺。當(dāng)然,后續(xù)還可以帶很多植物上天研究,比如研究在太空環(huán)境樹木怎么生長、蔬菜怎么種植等,相信太空的環(huán)境會為我們在生命科學(xué)領(lǐng)域打開一個新的平臺。

        [在太空種糧食需要做的前期準(zhǔn)備]

        為了在太空做這項(xiàng)實(shí)驗(yàn),科研人員在地面上做了許多準(zhǔn)備工作,尤其是水稻。

        首先是選種子。要選在一個這么小的空間生長的品種,科研人員需要對這個品種的水稻進(jìn)行各方面的了解,譬如它的生長、遺傳背景等。選好品種后就是精選水稻種子了,上千顆備選種子由科學(xué)家篩選,每一顆種子都是放到顯微鏡下一點(diǎn)點(diǎn)篩選的??蒲腥藛T集中看了好多天,像“選美”一樣。他們很有經(jīng)驗(yàn),能看出種子是不是健康、飽滿、有活力、有光澤。事實(shí)上,這次選上天的種子確實(shí)100%萌發(fā)了。

        因?yàn)橹亓σ蛩?,所以加水量也要考慮。地面的水是沉在泥土的下面,天上水不穩(wěn)定,加多了怕種子淹死,少了又怕種子不夠喝。水跟土之間的關(guān)系如何,都要經(jīng)過很多次試驗(yàn)才能找到一個確切的量。好在目前實(shí)驗(yàn)單元的運(yùn)作還是正常的。

        還有泥土、營養(yǎng)液、種植方式,以及模擬太空的生長環(huán)境,研究人工環(huán)境怎么布置,包括選什么樣的光、氣體,這些都需要在地面上做多年充足的研究。研究完這些之后,還要對接硬件專家,考慮需要注意什么安全升空情況。這一套系統(tǒng)全部打造出來以后,科研人員還要做大量地面模擬太空的匹配實(shí)驗(yàn),反復(fù)修改數(shù)據(jù)和成品,確保地面的實(shí)驗(yàn)先成功,所以這是一個綜合大工程。

        到了升空發(fā)射的那一天,火箭和實(shí)驗(yàn)艙的震動很大,科研人員非常擔(dān)心那些小種子,擔(dān)心它們會不會掉到土里或者別的地方去,所幸它們安全地上天并成功發(fā)芽了。

        這次的水稻成苗看似是植物科學(xué)領(lǐng)域的成果,背后則是包括飛船研制、種子準(zhǔn)備等環(huán)環(huán)相扣的結(jié)果。科學(xué)家們通過觀察太空中水稻和擬南芥的生長,從現(xiàn)象上獲得了植物在地面生長所難以掌握的信息。植株“落地”后,還將在基因等層面進(jìn)行更嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)研究,這些都將有助于人類在地球更好地開展生命科學(xué)、農(nóng)作物的探索。

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