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神十四带回这个!真让大家想不到:三位航天员居然在太空种了季水稻

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实在是没想到,三位航天员在太空呆了120天干出了这样一件事,居然在太空种了一季水稻,这真是让种花家有些出乎意料,没想到在太空还玩了这么一出!听说美国人也在国际空间站上种了生菜,有朋友看着中国人和美国人种的东西,表示已经高下立见,并且看出中国人到底要干啥了!

图源:微博大佬AD-Astra

国际首次!太空种出水稻,收获种子!

12月4日8点10分,神舟十四号带着雷霆之势降落在了酒泉卫星发射中心旁的东风着陆场,除了带回来三名在太空工作了半年的航天员以外还有其他载人空间站的科学实验样品,其中有几样东西应该是最能让大家提起兴趣的:在太空培育的水稻种子和拟南芥种子。

120天培育:结出了种子,验证了一个理论

实验是从2022年7月29日开始的,从注入营养液启动实验到11月25日结束实验,本项目共在轨开展实验约4个月,完成了拟南芥和水稻种子萌发、幼苗生长、开花结籽全生命周期的培养实验,在此期间航天员在轨进行了三次样品采集:

  • 1、9月21日孕穗期水稻样品的采集;
  • 2、10月12日拟南芥开花期样品采集;
  • 3、11月25日水稻和拟南芥种子成熟期样品采集;

你会发现航天员特别对花期的植物做了样品采集,因为这次实验要验证一个理论,中国科学院分子植物科学卓越创新中心郑慧琼研究团队提出的“微重力条件下高等植物开花调控的分子机理”。

开花结果是地球上大部分开花植物繁衍所必须经历的过程,特别是人类的主粮与瓜果蔬菜类植物,几乎都会经历一个开花结果的过程,如果只开花不结果,那么农民朋友一定会骂种到了雄货,但要是连花都不开,估计连骂都骂不出来了,那一定是见鬼了!

但作物离开了地球的重力环境后到底还会不会开花,又是怎样的开花结果过程,对授粉到底有没有影响,在过去的几十年内,苏联和美国的空间站以及后来的国际空间站上都经历的大量的试验,终于搞清楚了萌发、生长、开花和产生种子的过程。

但范围主要是集中油菜、小麦和豌豆等仅有的少数几种作物在空间环境中完成了结实的试验,仍然需要更多实验来研究如何控制植物发育的关键环节开花的调控机理,以改进空间植物培养技术和探索更多的适应空间生命保障要求的粮食作物生产提供指导。

“微重力条件下高等植物开花调控的分子机理”就是为这个计划铺路的,7月24日,我国空间站问天实验舱成功发射并与天和核心舱交会对接,问天实验舱搭载了生命生态实验柜、生物技术实验柜等科学实验柜中就包含了这个试验所需的实验设备。

7月28日,载有实验样品拟南芥种子和水稻种子的实验单元,由航天员安装至问天实验舱的生命生态通用实验模块中,通过地面程序注入指令于7月29日启动了实验。第一财经就曾在8月29日报道,矮秆水稻和高杆水稻长势良好,分别已经长至5~6厘米和30厘米。

水稻在空间站的长势是最让人关注的,微重力对水稻影响很大,比如株高、分蘖数、生长速率、水分调控、对光反应、开花时间、种子发育过程以及结实率等,变化非常奇特,目前统计到如下特征:

  • 1、植株更为分散;
  • 2、矮秆水稻更矮;
  • 3、高杆水稻却不受影响;
  • 4、开花时间提早;
  • 5、灌浆时间延长十多天;
  • 6、颖壳不能关闭

其中开花和灌浆以及颖壳闭合过程受到基因表达调控,现在这个试验“开花结果”了,可以将种子带回研究!而且不仅采回了开花过程中的样品,还采集了实验完成后拟南芥种子保存在4摄氏度低温存储柜中,神舟十四号飞船返回时带到了地面,之后将被转运至上海实验室做进一步检测分析。

国际空间站种生菜:宇航员还吃了

论种植,其实国际空间站还是先行者,NASA官网上一篇发表于2015年8月8日的报道就记录了国际空间站上种植蔬菜的过程:

2014年5月,第一批“枕头”(一种预置好包裹了种子并已经高温去除微生物的营养土包)被远征39的飞行工程师史蒂夫-斯旺森激活、浇水并照料。经过33天的生长,这些植物在2014年10月被收割并返回地球。经过美国宇航局肯尼迪航天中心的分析,这些植物完全符合食用要求。

之后多个植物“枕头”被激活,国际空间站上也收获了多只蔬菜以及蔬菜的种子,并且还在空间站存放了15个月后再次进行发芽实验,均获得了成功,宇航员们还尝试使用各种灯光,测试哪种光合效率最高,最后选定了一种紫红色的灯光,对于人类眼睛来说,在这种灯光下看东西很不适应,但植物却恰恰喜欢这种波段的光线。

另外宇航员们还采用各种培育方式、“枕头”法、水培法、气培法等等,因为在太空中泥土是一种无法大量提供的资源,而水和空气则相对比较容易,因此水培和气培在太空可能更有前途。

到2017年为止,国际空间站上种植了生菜、萝卜、豌豆、百日草花和向日葵这五种植物,并且都获得了成功,宇航员们还亲口尝试了新鲜“出舱”的生菜,那个感觉,可比从地球带上去的蔬菜包新鲜多了。

天宫和国际空间站种植:代表了两个迥异的方向

天宫种水稻,国际空间站种生菜、萝卜、豌豆......,似乎都是植物,但了解农业的朋友一眼就看出来了,中国人想在太空培育主粮植物,而国际空间站则一个劲的在种蔬菜满足口腹之欲,虽然两个都是拿来吃的,但意义完全不一样。

主粮作物是农业的关键,周期长、产量高、种植难度很大,而蔬菜则周期短、产量高、种植相对容易,但主粮可以提供大量的碳水化合物,而蔬菜则只能提供维生素、矿物质、膳食纤维以及少量的蛋白质、脂肪和淀粉,让各位吃三天白米饭应该没啥大问题,只是难以下咽,但要是连续吃三天蔬菜,估计各位脸都能绿了!

长期的深空旅行,只依靠从地球上带去的食物显然是不够的,最好就是能建立一座全自动生产粮食蔬菜的温室,只要输入光、水、大气和营养物质就能源源不断的供应粮食,在宇宙飞船中的水和植物所需的二氧化碳以及营养物质等都可以循环利用,而且人和植物还可以构成“共生”关系,互相为对方提供所需的气体,形成良性循环。

这就是为未来的深空旅行准备的,比如载人登陆火星,甚至载人木星与土星计划等,如果有这样的温室,那么补给的携带量可以降至最低!而在更远的星际移民时代,这样的设备也是不可或缺的,所以大家就反应过来了,这中国人真是计划“星辰大海”啊,而且还真有条不紊的展开,刚建成天宫就开始种水稻了。

延伸阅读:如何制造人工重力?

天宫和国际空间站都是在微重力下培育植物,这和地球上一个重力环境下差别确实挺大的,假如给植物制造一个重力环境,难度到底有多大呢?

人工重力是造不出来的,只能模拟

真正的重力只有在大质量天体的作用下才能产生,目前只能以“离心力”来模拟重力环境,如果能满足几个要求,人体是无法感知到底是重力还是离心力给予“脚踏实地”感觉的,人的感觉其实很好欺骗,但要以离心力模拟出重力却不是那么简单,大致有如下几个要求:

  • 1、要用环形而不能用球形模拟;
  • 2、转速不能太高,比如不能超过1.4~2圈/分;
  • 3、不一定要100%重力,50%或者20%舒适度会更好;

球形物体旋转时除了“赤道以及附近的低纬度区域”内壁的“重力”是垂直或者大致垂直以外,其他都是倾斜的,不仅人会眩晕,重物掉落也会以超出你想象的曲线坠落。

而环形重力模拟的结构,上世纪七八十年代的太空城市科幻配图中非常流行,好莱坞近些年拍摄的《太空旅客》和《极乐空间》中都有类似的案例,有兴趣的朋友可以去再去刷一遍。

那么要实现0.5G的重力加速度,速度控制在2转/分,这个模拟重力的结构需要多大呢?套用如下公式即可:

0.5G的环境即为:4.9M/S^2,w要求为2转/分,换算成弧度约0.2094395弧度/秒,那么可以得出所需要的半径为R=111.7M,请注意是半径,也就是说这个结构的直径大约在220米左右,以目前而言,就算是国际空间站也达不到这个要求。

说这种巨型结构还得到未来的空天飞机时代去制造,对现在的火箭而言,如果不是生死存亡的时候,估计没有一个国家想要用一次次火箭运送结构去太空搭建一个如此庞大的结构。

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