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最早“上天”的植物是种子菌株 1946年美国火箭发射

  正在太空预定轨道中等待神舟十一号来对接的天宫二号中,将开展十余项空间科学实(试)验,其中重要的一项就是高等植物培养实验,这也是我国首次为期6个月的植物“从种子到种子”全生命周期培养。

  其实,从1946年开始,航天飞行不断携带植物或种子上天,后来在空间站培育植物生长、开花的实验也已开展过多次。在人类探索宇宙的征途中,不断上天的植物一直在宇宙荒漠中释放勃勃生机。

  小时候看科幻小说和影视,有时会想,宇宙飞船是不是可以带着植物,来实现氧气和水的循环呢?

  其实,也确实有一些小说和影视作品用到这种想法,比如电影《太阳浩劫》中,飞船内的植物园种植蔬菜水果为组员提供营养补给,同时也用于氧气检测和供给。

  不过,在真正的航天活动中,由于航天飞行的载重一分重量一分金,加之植物生长所必需的水也是紧俏资源。而飞行中化学燃料燃烧需要的氧是自带的燃料中的一部分,从这九牛中出一毛的氧气给航天员,可比带植物上天供氧更为经济划算并且便捷。

  对于航天器,我们把航天飞机、宇宙飞船和宇宙空间站分开来看:航天飞机执行任务的时间短,因此携带低温液氧来提供航天员呼吸需要的氧气和发电机的燃料(加上低温液氢);宇宙飞船和航天飞机相同,虽然也带有超过需要量很多的液氧储备,但也必须在储备用完之前返回地面;宇宙空间站由于停留时间较长,制氧方式有所不同,它可以用太阳能发电装置所发的电来电解储存的水,把多余氢气排放到太空中,并将所得的氧气供空间站中的航天员呼吸。

  尽管如此,宇宙空间站的储水也不是无限的,不仅需要循环使用(甚至过滤乘员的尿液),还需要由航天飞机或宇宙飞船定期补充。

  所以说,宇宙飞船和空间站确实携带甚至种植了一些植物,但基本不是为了改善空气。在太空中种植物,主要是从事科学研究,观察太空微重力、充满太阳射线和宇宙射线的宇宙环境对细胞和植物生长的影响,观察不同光周期植物的生长发育和代谢活动,认识重力和光周期在高等植物开花调控中的作用机制等等。

  另一方面,还有一些植物种子被带上天,是希望利用太空中复杂的环境,提高植物基因变异的可能性,随后再从中培育出新的植物品种。

  那么,人类什么时候开始把植物、或者还未长成植物的种子,作为宇宙飞行的同伴,带到广阔无垠的太空中的呢?

  1946年7月9日,美国发射的V-2火箭把“特别开发的种子菌株”带到了距地面134千米的高空(高度属于近地空间高层大气),这也是最早前往宇宙空间的生物,不过这些样本并没有回收。

  1946年7月30日,玉米种子也上了天,而且成功回收,接着是黑麦和棉花的种子。

  1957年,苏联的SPUTNIK系列卫星开始进行卫星上的生物实验,小球藻和各种种子开始搭乘卫星遨游太空。

  1961年发射的世界上第一艘载人飞船东方一号(VOSTOK)就带上了小球藻与伟大的航天员加加林作伴(后来我们的神舟二号也带了,而神舟一号则带的是生物活性菌株和一些种子)。

  1971年,阿波罗14号宇宙飞船(Apollo 14)甚至带着500粒树的种子,绕着月球飞了24圈,又把它们带回来种在了地球上,不过这些长大的树并没有发现有什么不同。

  除了简单“带上天”的植物及其种子,很快科学家开始尝试在宇宙中培育植物生长。

  1977年,前苏联发射的“礼炮6号”(Salyut 6)宇宙空间站上就已经搭载了植物栽培试验装置,建立小小的“太空温室”。宇航员们把郁金香球茎种植在一种能产生人造重力的小离心机里,报告说植物活了下来,并且生长情况良好。

  1980年,“联盟37号”飞船的宇航员来到该太空站工作时,还试着在“太空温室”里培植兰花。然而,从实验报告来看,尽管宇航员们带到“礼炮6号”的郁金香已经是含苞待放——他们确实希望这些花能开放在宇宙中——但这些花并没有绽开,仅仅是植株在生长。

  虽然那些已经是开放的兰花在太空中几乎立刻是“无可奈何花落去”,不过植物自己却长得健健康康,不仅长着叶子,还有气生根。这些在植物茎上发生的,生长在地面以上的、暴露在空气中的不定根,能起到吸收气体或支撑植物体向上生长的作用,还能保持水分。但是这些所谓的“兰花”在“礼炮6号”上生长了6个月,却始终没有开花。

  1982年,在“礼炮7号”上的“太空温室”中,兰花在人造土壤中长势良好,并最终开了花,实现了种子到种子的过程,实验员认为开花与否应该还是重力的问题。

  据说,在世界上第一位实现太空行走的前苏联女航天员萨维茨卡娅抵达“礼炮7号”宇宙空间站时,在站上工作的两位宇航员向她献上了拟南芥的花。

  除了以上说到的这些,历史上有许许多多植物在人类航天器中成长。是的,太空中确实存在人类以外的生命,而且随着我们人类航天活动的进行,会有更多更多的植物“上天”。

  在特殊的空间环境下,种子变异的几率较大,我们现在的航天飞行,常有种子被带上旅途,沐浴一下宇宙的失重、真空、磁场、各种射线等,希望实现植物的变异。

  回到地球后进行的地面培育、筛选和验证,至少要经过三至四代的筛选,然后到多个省份的试验点去试种;试种成功后,再拿到品种审定委员会去审定。

  这样筛选的品种,在某些方面比地面原先的品种更加出色,甚至能够结出前所未有的累累硕果,也被称为“太空种子”。

  我国西安航天基地航天育种科技产业示范园已有神舟七号、八号、九号、十号飞船搭载的小麦、荞麦、扁豆、辣椒、番茄等19类作物40多个品系进行选育,并进行推广种植。同时,示范园还引种了太空南瓜、太空五彩椒等80余种蔬菜、花卉的太空品种,进行繁育、推广种植。

  过去,宇航员们在宇宙中种各式各样的植物,大多是为了通过太空育种在地面收获更加优秀的植物品种。不过现在,在宇宙飞行中“种菜吃菜”也不是新鲜事儿了。

  2015年,国际空间站(ISS)的宇航员吃上了自己种的蔬菜,还发了一段小视频。宇航员用橄榄油和醋调制了自家种的生菜,并表示“味道好极啦”。这意味着以后长时间的宇宙飞行中,可以通过种植一些蔬菜补充新鲜食物。

  不止是空间站,还有对其他星球的探索中,如果有了足够的水,种植一下农作物也是蛮好的。如果能像NASA计划的那样在火星放上蔬菜箱,是不是有《火星救援》的感觉?

  建设太空农场对宇宙基地的计划影响深远,我国对其技术的发展当然也在紧锣密鼓地进行。

  2014年,试验舱“月宫一号”进行了了105天的月球基地生命保障系统的模拟,在地面上模拟了月球基地的运转。

  “月宫一号”由1个综合舱和两个植物舱组成,氧气和水都循环再生。实验员在里面种植了生菜、油麦菜、紫背天葵和苦菊4种蔬菜,所以他们在午餐时可以吃到自己种的新鲜蔬菜呢。

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