空間站的植物栽培史

董琛

國(guó)際空間站是一個(gè)在近地軌道上運(yùn)行的科研設(shè)施，是人類(lèi)歷史上第9個(gè)載人的空間站。它其實(shí)就是一個(gè)建設(shè)在空間環(huán)境中的科學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，這個(gè)平臺(tái)上開(kāi)展的研究并不僅限于天文、物理等專(zhuān)業(yè)，也包括醫(yī)學(xué)、生物學(xué)等領(lǐng)域。

對(duì)在國(guó)際空間站種植植物而言，最主要的意義還是滿(mǎn)足科研需求?？臻g站特殊的空間環(huán)境，如失重、大氣組成、射線等，可以給科學(xué)家提供一個(gè)觀察植物生長(zhǎng)的特殊條件，或許可能讓科學(xué)家觀察到一些在傳統(tǒng)環(huán)境下沒(méi)有的特性，也許會(huì)給人類(lèi)研究生命起源、物種進(jìn)化帶來(lái)更多的啟示。同時(shí)，宇航員種植蔬菜等作物可幫助他們舒緩壓力、放松心情。很多從太空歸來(lái)的宇航員都回憶說(shuō)，在漫長(zhǎng)緊張的太空考察中，他們會(huì)一連花幾個(gè)小時(shí)來(lái)觀賞這些賞心悅目的綠植以放松心情。

說(shuō)起空間站植物栽培的歷史，必須首先介紹一下空間站的歷史?？臻g站建設(shè)的鼻祖是蘇聯(lián)。“禮炮” 系列空間站由蘇聯(lián)建造，其中“禮炮1”號(hào)是人類(lèi)的第一個(gè)空間站，這個(gè)系列的空間站在1971年至1985年間服役，一共發(fā)射了1號(hào)至7號(hào)?！昂推健碧?hào)是蘇聯(lián)設(shè)計(jì)建造的第8個(gè)空間站，它于1986年發(fā)射升空，并在接下來(lái)的10年間陸續(xù)追加了眾多功能模塊，一直被運(yùn)用到2000年。蘇聯(lián)與美國(guó)在這里進(jìn)行過(guò)宇航事業(yè)合作，28名不同國(guó)家的宇航員也曾到“和平”號(hào)工作。它在廢棄

后于2001年失控，墜入大氣層燒毀。

1998年11月，現(xiàn)行國(guó)際空間站的第一個(gè)部件“曙光” 號(hào)功能貨艙發(fā)射升空，隨后陸續(xù)發(fā)射模塊對(duì)其逐漸進(jìn)行擴(kuò)充。它由多個(gè)國(guó)家分工建造、聯(lián)合運(yùn)用，是目前人類(lèi)擁有過(guò)的規(guī)模最大的空間站。

由于率先建造空間站的緣故，蘇聯(lián)的科學(xué)家也成為空間植物科學(xué)的先驅(qū)。真正大規(guī)模進(jìn)行空間植物實(shí)驗(yàn)是在“和平”號(hào)空間站上，位于莫斯科的俄羅斯科學(xué)院生物醫(yī)學(xué)問(wèn)題研究所和俄羅斯科學(xué)院西伯利亞分院生物物理研究所是當(dāng)仁不讓的主力軍，他們?cè)O(shè)計(jì)建造了適宜失重條件的栽培裝置，在空間站進(jìn)行了諸如生菜、小麥等植物的栽培實(shí)驗(yàn)，得到了很多原創(chuàng)性的發(fā)現(xiàn)。20世紀(jì)90年代，他們?cè)诳臻g站進(jìn)行了157天小麥循環(huán)栽培實(shí)驗(yàn)，這些小麥株高只有13厘米，每株只有1個(gè)穗，不分蘗，但返回地面后，它們又重現(xiàn)了原始性狀。這些看似神奇的發(fā)現(xiàn)，立刻引發(fā)了各國(guó)植物學(xué)家、生態(tài)學(xué)家的興趣。美國(guó)政府隨后加大科研投入， 美國(guó)航空航天局會(huì)同美國(guó)幾十所著名高校掀起了空間植物科學(xué)的研究熱潮，肯尼迪航天中心和佛羅里達(dá)大學(xué)等科研院所的科學(xué)家對(duì)小麥、豌豆、生菜、擬南芥、洋蔥、玉米等植物進(jìn)行了多次飛行搭載實(shí)驗(yàn)，研究了諸如光強(qiáng)、光周期、失重、溫度、干旱、輻射等環(huán)境條件對(duì)植物從宏觀生態(tài)反應(yīng)到微觀基因、蛋白表達(dá)譜的影響的一系列研究，獲得了從硬件栽培設(shè)備到軟件栽培參數(shù)等諸多專(zhuān)利與成果。

“真酷！好吃！太新鮮了！” 2015年8月在空間站上品嘗生菜的美國(guó)宇航員斯科特·凱利和日本宇航員油井龜美在視頻中略帶夸張地感嘆道。

“這是個(gè)人的一小口，卻是人類(lèi)的一片大葉子。”當(dāng)時(shí)，美國(guó)航空航天局在官網(wǎng)上略帶調(diào)侃地評(píng)論說(shuō)，“這讓我們距離飛向火星又近了一步。”

2015年10月， 美國(guó)航空航天局宣布正式啟動(dòng)名為“Veggie”的在國(guó)際空間站種植花卉的計(jì)劃，此次篩選的植物是百日菊。2016年1月，這些百日菊在空間站順利綻放。

在太空種植作物，長(zhǎng)遠(yuǎn)考慮是使其成為未來(lái)載人深空探索任務(wù)中生命保障系統(tǒng)的一部分。久處太空的宇航員需要富有營(yíng)養(yǎng)的新鮮蔬菜，以補(bǔ)充維生素和其他微量元素。培育蔬菜的“太空溫室”除了保證宇航員能吃到新鮮蔬菜外，對(duì)改善空間站以及飛船內(nèi)的空氣及水交換也能起到重要作用。此外，空間站栽培植物還有標(biāo)記時(shí)間的作用，研究發(fā)現(xiàn)，在沒(méi)有日夜交替和季節(jié)變化的太空中生活，航天員容易失去生理節(jié)律， 睡眠受到影響?！疤諟厥摇笨梢詭椭詈絾T調(diào)節(jié)自身節(jié)律，讓宇航員在花開(kāi)花謝間看到時(shí)間的流逝。在太空中，植物是唯一隨時(shí)間變化而變化的存在，它的作用不單單是時(shí)鐘——看著植物的變化比看時(shí)鐘帶來(lái)的時(shí)間體驗(yàn)更強(qiáng)烈。

美國(guó)航空航天局稱(chēng)，放眼火星或小行星探測(cè)任務(wù)，太空農(nóng)業(yè)將變得更為重要。未來(lái)，太空農(nóng)業(yè)技術(shù)仍需取得重要突破，而且這類(lèi)創(chuàng)新技術(shù)將惠及地球農(nóng)業(yè)。研究植物在太空中的生長(zhǎng)情況，或許有一天能夠徹底解決地球上的糧食缺乏問(wèn)失重條件下，植株根系生長(zhǎng)受到干擾題。