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神十四乘组的“隐藏菜单”

9 月 12 日消息,今年,中国人首次在太空过中秋,除了提前准备好的中秋食品,神十四乘组还有“隐藏菜单”。

据央视新闻报道,航天员蔡旭哲携带的种子,在经过近三个月的种植培养后,已长成两株绿意盎然的太空生菜,并在中秋节当天吃到了。

卓戴君了解到,2016 年,我国航天员首次尝试太空种菜,在天宫二号实验室内种下了 9 棵生菜。而到了神舟十四号,终于直接吃到了太空生菜。在保水、通气、缓释肥等方面都取得了进步,航天员只需要按规定每天花上 10 分钟处理即可。

此外,中国空间站的其他植物目前也状态良好。8 月 29 日,载人航天工程空间应用暨空间站高等植物培养实验阶段性进展情况介绍会在中科院空间应用中心及分子植物卓越中心举行。



中国人的浪漫“太空种粮”

“盒子高度14厘米,超过了(14厘米),高秆水稻现在约30厘米高!”8月29日,郑慧琼团队在中国空间站种的水稻顺利“满月”,发布会上,她举起一盒种有绿色水稻幼苗的演示品向媒体记者解释,激动得甚至有些语无伦次。

郑慧琼是中国科学院分子植物科学卓越创新中心研究员、中国空间站问天舱“微重力条件下高等植物开花调控的分子机理”实验项目负责人。近20年间,她所在团队一直致力于研究太空高等植物的生长问题。此次问天舱水稻实验取得进展,意味着中国人有望首次在国际上实现空间站水稻“从种子到种子”的全生命周期培养,为人类以后能在太空吃到刚出锅的米饭打下基础。

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微重力条件下水稻的生长发育情况组图中国科学院分子植物科学卓越创新中心供图

无论人类在哪儿生存,都要解决吃饭问题。地球上,早已不再是新名词的粮食危机,在新冠肺炎疫情、地缘政治、极端气候等影响下有愈演愈烈之势;太空里,靠火箭运送补给食品显然不是长久之计。为了解决吃饭问题,人们不仅在向土地、向海洋,还在不断向太空要答案。

那么,太空到底给了我们怎样的回应?

太空生存,种植农作物是必解问题。美国国家航空航天局国际空间站和飞船处理董事会的一位科学家曾表示,把1磅(约0.45千克)食品送上国际空间站需要花大约1万美元。一位来自美国国家航空航天局约翰逊太空中心的太空食物系统高级研究科学家也曾在公开场合说,如果航天员开启一趟为期5年的火星之旅,每人需要消耗约3000公斤食物。这些食物如果全靠火箭运送,显然难以为继。

正是在这种背景下,空间站种水稻等一系列太空种植实验应运而生。

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实验启动后,高秆和矮秆水稻种子奋力生长,但不出所料,它们在微重力的空间环境中遭遇“水土不服”,患上了“航天综合征”。长出的水稻幼苗看起来有些“懒散”,并没有像地面上的水稻那样精神抖擞地挺立起来,而是“趴”在了透明实验盒子的壁上。

不过这并不影响实验给人们带来成功的希望。

郑慧琼表示,目前已成功启动了水稻的种子萌发,高秆水稻幼苗已长至30厘米左右高,矮秆水稻也有5-6厘米高,生长状态良好。待后续成功结出种子后,将由航天员采集样品、冷冻保存,最终随航天员返回地面进行分析。

公开资料显示,1979年,礼炮号6号空间站就已经开始培养洋葱和兰花的球茎,并开展拟南芥、豌豆、小麦的生长发育研究。

1982年,礼炮7号空间站的温室中种植了拟南芥,并第一次实现了从种子到种子的太空种植。拟南芥是双子叶、长日、十字花科植物的代表,很多蔬菜,比如青菜、油菜等都属于十字花科,因此这一进展对太空种菜意义非凡。

1997年,“超矮小麦”在和平号空间站中首次完成了从种子到种子的实验。人类太空生存的“主食”保卫战告一大捷。

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早期人们的空间植物培养实验主要目标是如何在空间环境中养活植物,使其能够萌发、生长、开花和产生种子,如今这些目标都一一实现了。一些基本的空间植物生物学问题,如植物的向性生长,根的形成、萌发,种子成分,基因和蛋白质的表达变化等,也在此过程得到了较为深入的研究。

目前科学家的研究重点逐渐由对植物幼苗阶段的研究扩展至种子生产研究。



“太空种植”或将改变未来

有人预测截止2050年,地球人口数量将会达到100亿,我们需要增加70%的食品产量。除此之外,我们将需要更多的资源和原材料来制造消费品和工业化商品。那么我们应该如何扩大范围以满足这样的需求呢?

太空种植只是太空农业的一角,科学家还期待利用空间资源解决地球上的吃饭问题。利用空间环境育种,为地球作物改良品种,也是一条重要的思路。

科学家通过飞行器把地球种子送上太空,利用太空高真空、微重力、空间射线等条件诱发其遗传基因发生改变,回到地面,再想办法将那些好的改变“固定”下来,从而改良农作物品种的特定性状。

通过这种方式,我国1987年第九颗返回式卫星搭载着精挑细选的小麦、水稻、青椒等百余个品种的农作物种子,顺利完成了我国首次航天育种“太空之旅”。随后,航天育种相关实验愈发丰富,蔬菜、瓜果、花卉、中草药等均在其列。

经过30多年的实践,航天育种成果层出不穷,我国通过航天育种已筛选新材料1200多份,培育出新品种260多个,年推广面积数千万亩。不少科研成果已经从实验室搬到了普通人的餐桌上。

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除此之外,美国科学家提出个非常有趣的想法。

假如你能携带一小包可以在几个小时内成熟的种子会怎样呢?假如那些作物可以产出更多的种子,使你可以仅仅凭借这几包种子就足以在旅行期间养活整个团队。

美国国家航空航天局的科学家们实际上已经找到了这样的方法。

他们的想法非常有趣,它涉及到微生物,一些单细胞的有机物,而且他们还使用了从水中提炼的氢。他们所使用的微生物被称为“氢利用菌”,利用这些氢利用菌,你可以创造出有效的碳循环,而有效的碳循环将会维持飞船上的生活。宇航员们呼出二氧化碳,那些二氧化碳会被这些微生物捕捉到,然后转化为一种有营养的、碳含量高的农作物。于是宇航员们可以吃这些含碳量高的作物,然后再以二氧化碳的形式呼出,然后再被这些微生物捕捉,产出营养价值高的作物,再由宇航员以二氧化碳的形式呼出…于是以这种方式,一个封闭的碳循环就形成了。

这些氢利用菌(又称为自然界碳资源的超级循环器)是一类强大的微生物,这类微生物曾一直被忽视,被当成替补。这些微生物在黑暗中生长,所以它们可以在任何一个季节、在任何地形地势、任何位置生长。它们还可以在极小的容器中生长,于是我们能够得到一种立体农业代替我们传统的、需要占据很多土地的水平农业,我们可以在垂直方向上扩张。这样一来,我们在单位面积的土地上就可以产出更多的产品。

如果我们使用了这种方法并且使用这些碳元素循环器,我们将不需要移除更多的雨林来制造消耗的食物和商品,因为在大规模上,你在单位土地上实际上可以实现原来10000倍的产出。那么这种新型农业的产品将会是什么呢?

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事实上,美国利用该项技术已经生产出一种蛋白质粉,因此你可以想象出像豆粉、玉米粉或面粉之类的东西。他们也已经产出了油,所以你可以想象一些像椰子油、或橄榄油、豆油之类的产品。所以这种作物可以生产营养品,从而为我们提供面食和面包、蛋糕等各种各样的营养品。而且,由于油被用于生产制造多种产品、工业品和消耗品,你可以想象一下使用这种作物来制造洗涤剂、肥皂或洗衣液等等。

我们目前不仅仅在渐渐用尽我们的土地,而且,如果我们还要继续维持现代农业这一现状的话,我们还将使后代失去一个漂亮的地球。但是我们不必这么做,我们可以想象一个富余的未来让我们创造全新的生态系统,不仅使我们的地球和飞船可以免受冲撞,而且将有利于我们自己的生存。

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