圖:2023年12月,神舟十七號乘組對「太空菜園」種植出的新鮮蔬菜進行採摘,並品嘗了新鮮美味的「太空蔬菜」,同時也為新一批蔬菜培養做準備。
據央視新聞報道:今年初,神舟十七號航天員乘組採摘了「太空菜園」種植出的新鮮蔬菜。「太空蔬菜」現摘現吃、新鮮又美味。
5月26日,神十八乘組迎來在軌滿月,三人組充當天宮「園丁」,細心照料問天實驗室的綠色植物,預計於本月底征空的神十九乘組,接力運營「綠色天宮」。今天我們通過八組問答為讀者揭開天宮菜園的神秘面紗。
問題1
未來農業試點
為什麼要在太空種植蔬菜等植物?
首先是利用空間實驗室平台,可以研究太空微重力等特殊環境對植物生長發育、生理生化等方面的影響。
二是種植的植物,可以為航天員提供食物、氧氣和水。植物可通過光合作用吸收航天員產生的二氧化碳,生產氧氣,可一定程度上淨化密閉艙室環境,獲得清新的空氣;生產食物,為航天員提供新鮮蔬菜水果,補充維生素和膳食纖維,豐富航天員食譜;此外,通過植物的蒸騰作用,還可實現密閉系統內水淨化,為航天員補充純淨的水。
三是植物可為航天員提供綠色鮮活的環境,通過照料植物可以緩解航天員壓力,正向調節航天員心理情緒。
問題2
水分養分循環
太空「種菜」有何難點?
植物正常生長必須具備適宜的光照、水分、養分等。航天員表示,太空「種菜」主要有兩大難點:
一是失重環境下,水不容易深入根系裏面。太空微重力環境會造成在植物根系周圍形成一個邊界層,水、氣無法自動分離,植物必須依賴外力才能與周圍環境進行正常物質交換。因此,水分養分供給技術是太空植物栽培的關鍵。
二是艙內沒有太陽光線照射,喜歡光照的植物不易生長。不過實驗櫃裏有人工光源,可以為植物提供充足的光照。
問題3
人工栽培基質
如何為太空種菜找到「土壤」?
一般概念裏,要種菜必須有「土壤」,不過,在太空裏,利用人工栽培基質進行培養,是植物培養的主要方式,它就相當於土壤的替代品,那麼要如何為植物找到可以生長的「栽培基質」呢?
科研人員對栽培基質的選擇,從早期的離子交換樹脂、固態化瓊脂,到後來的岩棉、蛭石、蒙脫石、P土、人工燒結的陶粒等,研究人員圍繞這些基質材料,研發了多種太空植物培養水分養分供應系統。
中國航天員科研訓練中心研發的空間植物培養裝置,於2016年在天宮二號成功進行了生菜在軌培養試驗。這次也是我國首次在太空人工栽培蔬菜,當時並沒有讓航天員在軌食用,而是將植物採樣帶回進行生物安全性檢測。此後,科研人員還設計了一種可生物降解、能重複利用的植物栽培基質,這種基質以塊狀結構形式存在,不會脫落碎屑,而且具備良好的通氣、保肥和導水性能。
隨着科研人員不斷對栽培基質和裝置升級,神舟十四號航天員乘組在軌期間,利用植物栽培裝置成功栽培了生菜、小麥和矮稈番茄等植物,神舟十四號航天員乘組還首次實現了在軌食用種植的生菜。
問題4
天生向水而生
失重條件下植物的根如何扎到「土壤」裏?
太空裏感受不到重力,在這種失重環境下,為什麼植物的根能夠往下扎到培養基質裏呢?空間站雖然沒有重力的引導,但是植物的根仍然會向土壤中生長,這是因為植物不僅有向重性,還有向水性。培養基質裏含有充足的水分,所以類似此前種植的擬南芥和水稻種子,在萌發時就會向含有水的土壤盒裏生長。同時,失去了重力帶來的空間感,植物的根和莖不能整齊地向着一個方向生長,而會呈現出比較凌亂的狀態。
問題5
邁步自給自足
新升級的「太空菜園」有什麼優點?
目前,航天員在太空種植蔬果所使用的「太空菜園」裝置,是由中國航天員科研訓練中心新設計的第二代空間植物栽培裝置,新升級的「太空菜園」有什麼優點?
植物生長所需要的光照、水分和營養在這裏面可以得到科學自動化配置。跟上一代的太空栽培裝置相比較,它最大的特點是實現了輪番、多批次種植,為未來大規模的太空種植奠定了基礎。
照明組件通過設計的合適比例的紅藍白三色光,把它的頻率和光照度調整到最佳的植物的光照條件,這個栽培杯組件是為植物的生長提供一個合適的根系空間,類似土壤的這個部分,叫做基質,它上行的初始狀態是一個乾癟的狀態,通過航天員在軌補加的水,變成現在適合植物生長的一個狀態。
基質可以循環使用。植物生長後不可食的部分可以通過粉碎和壓縮,重新生成一個基質塊,這些基質塊通過航天員的注水,重新為植物提供合適的生長空間。同時它中間還有一些緩釋肥,這些緩釋肥也會提供養料,供水組件供給和航天員飲用一樣的純淨水。目前也在進行新一代的這個植物栽培技術的研究,將植物所需要到的水分和養料直接供給到植物的根的附近,同時通過一些循環再生的裝置,把這些多餘的水分和養料回收回來,盡最大的可能減少不可用部分的一些浪費,增加可循環比例。
問題6
微重力太神奇
植物在太空中的生長周期與地球上相同嗎?
很多人可能還有一個疑問,那就是植物在太空中的生長周期與地球上相同嗎?太空微重力環境對植物生長發育的很多方面都會有影響。科學家通過前期的多項空間實驗發現,太空微重力環境可能會引起很多植物在太空中的生長周期發生變化。比如,航天員在天宮二號工作和生活期間,種植的生菜和地面的生長周期都差不太多,而同樣在天宮二號裏搭載的擬南芥,生長得就比地面緩慢,但存活的時間更長。
問題7
斑馬魚成大熱
還會有哪些動植物要住進「天宮」裏?
除了此前已經在太空開展種植的生菜、小番茄、擬南芥和水稻,還會有哪些動植物可以住進「天宮」裏呢?科學家表示,除了植物以外,空間站裏還可以養殖斑馬魚、線蟲等生物。在這裏,科學家可以根據不同生物適宜的生長環境,對光照、溫度等條件進行控制,同時,自動觀察裝置還可以定期給它們拍照、錄視頻,記錄它們在太空的生活狀態,讓地面的科學家知道它們發育得好不好,觀察它們在太空是否住得習慣。
問題8
海南開枝散葉
太空「瓜果蔬菜」回到地球長得怎麼樣?
在植物種植方面,太空育種早已不是什麼新鮮事,此前經過太空育種的瓜果蔬菜,回到地球長得怎麼樣呢?在海南航天育種中心,育苗溫室裏繁育的「太空蝴蝶蘭」正在盛放。種植基地裏還有一大批經歷過「太空旅行」的太空種子繁育出來的蔬菜,如太空番茄、太空黃瓜等。
太空育種也叫空間誘變育種,是我國主要的航天任務之一。它是將農作物種子或試管種苗通過航天器送到太空,利用太空特殊的、地面無法模擬的高真空、宇宙高能離子輻射、宇宙磁場、高潔淨的環境誘變作用,使種子產生變異,返回地面後再經過至少4代選育,篩選出攜帶新性狀的新種子、新材料,培育新品種。
2013年以來,海南航天育種中心從航天引種實驗中,篩選出適合海南氣候、土壤的航天瓜果蔬菜和花卉品種,培育種植,並在海南部分市縣及島外多個省市進行了推廣種植。