空间站栽培的发展历史

作者:董琛(博士研究生)

国际空间站（英语：InternationalSpace Station，缩写为ISS；俄语Междунаро́днаякосми́ческая ста́нция，缩写为МКС）是一个在近地轨道上运行的科研设施，是人类历史上第9个载人的空间站。空间站的主要功能是作为在微重力环境下的研究实验室，研究领域包括生物学、物理学、天文学、地理学、气象学等。

国际空间站，其实就是一个建设在空间环境中的科学实验平台，这个平台的研究并不仅限于天文、物理等专业，也包括医学、生物学等领域。那么对于在 ISS种植植物而言，最主要的意义还是满足科研需求，包括特殊空间环境（如失重、大气组成、射线等）对于植物生长的影响等，这些地球上很难模拟的环境有可能让科学家们观察到在传统环境下错过的一些特性，也许会给人类生命起源、物种进化带来更多的启示。另外一个比较为人熟知的例子便是太空育种，这个相关的介绍已经很多。同时，宇航员种植蔬菜等作物可帮助他们舒缓压力、放松心情。很多从太空归来的宇航员们都回忆说，在漫长紧张的太空考察中，他们会一连花几个小时来观赏这些赏心悦目的绿植以放松心情。

说起空间站植物栽培的历史，必须首先介绍一下空间站的历史。空间站建设的鼻祖是我们的近邻俄罗斯（前苏联），礼炮系列空间站由前苏联建造，其中礼炮1号是人类的第一个空间站，这个系列的空间站在1971年到1985年间服役，期间一共发射了1至7号。“和平号”是前苏联设计建造的第8个空间站，它于1986年发射升空，并在接下来的十年间陆续追加了众多功能模块，一直被运用到2000年。前苏联与美国在这里进行过宇航事业合作，28名不同国家的宇航员也曾到访“和平号”进行工作，它被废弃后于2001年受控再入大气层烧毁。

1998年11月，现行国际空间站的第一个部件“曙光号”功能货舱发射升空，随后陆续发射的模块对其逐渐进行扩充，它由多个国家分工建造、联合运用，是目前人类拥有过的规模最大的空间站。

由于率先建造空间站的缘故，空间植物科学的先驱首推俄罗斯（前苏联）的科学家们。但真正大规模进行空间植物实验是在“和平号”空间站上，位于莫斯科的俄罗斯科学院生物医学问题研究所（IBMP）和俄罗斯科学院西伯利亚分院生物物理研究所是当仁不让的主力军，他们设计建造了适宜失重条件的栽培装置，在空间站进行了诸如生菜、小麦等植物栽培试验，得到了很多原创性的发现。如90年代，他们在空间站进行了157天小麦循环栽培试验，小麦株高只有13cm，每株只有1个穗，不分孽，但返回地面后又重现了原始性状。这些看似神奇的发现，立刻引发了各国植物学、生态学家们的兴趣，美国政府随后加大科研投入，美国航空航天局（NASA）也会同美国几十所著名高校掀起了空间植物科学研究热潮，肯尼迪宇航中心和佛罗里达大学等科研院所的科学家们对小麦、豌豆、生菜、拟南芥、洋葱、玉米等植物进行了多次飞行搭载试验，研究了从诸如光强、光周期、失重、温度、干旱、辐射等环境条件对植物从宏观生态反应到微观基因、蛋白表达谱的一系列研究，形成了从硬件栽培设备到软件栽培参数等诸多专利与成果。

空间站的生命

失重条件下，水珠飘了起来

失重条件下，植株根系生长受到干扰

“真酷！好吃！太新鲜了”，今年8月在空间站上品尝生菜的美国宇航员斯科特·凯利和日本宇航员油井龟美在视频中略带夸张地感叹道。

这是个人的一小口，却是人类的一片大叶子”，当时美国国家航空航天局(NASA)在官网上略带调侃地评论说，“这让我们距离飞向火星又近了一步”。

近日，美国国家航空航天局(NASA)宣布正式启动名为“Veggie”的在国际空间站种植花卉计划，此次筛选的植物是百日菊（Zinnia elegans Jacq.），如果顺利的话，明年1月份空间站上就会绽放。百日菊如果种植成功，下一步宇航员还将于2017年尝试在空间站上种植能结果实的植物，比如西红柿。

在太空种植作物，其长远考虑是未来人类在执行载人深空探索任务时，航天器内的植物将成为生命保障系统的一部分。久处太空的宇航员需要富有营养的新鲜蔬菜，以补充维生素和其他微量元素。培育蔬菜的“太空温室”除了保证宇航员能吃到新鲜蔬菜，对改善空间站以及飞船内的空气及水交换也能起到重要作用。此外，空间站栽培植物还有标记时间的作用，研究发现在没有日夜交替和季节变化的太空中生活，航天员容易失去生理节律，睡眠受到影响。太空温室可以帮助宇航员调节自身节律，花开花谢间宇航员看到了时间的流逝。“在太空中，植物是唯一随时间变化而变化的存在。”植物的作用不单单是时钟——看着植物的变化比看时钟带来的时间体验更强烈。

美、俄等航天大国已拥有成熟的空间栽培装置

宇航员Valery G. Korzun展示NASA空间站中培育出来的莴苣叶

空间站小麦栽培试验

NASA称，放眼火星或小行星探测任务，太空农业将变得更为重要。未来，太空农业技术仍需取得重要突破，而且这类创新技术将惠及地球农业，研究植物在太空中的生长情况，或许有一天能够彻底解决地球上的粮食缺乏问题。

主编：“月宫一号”总设计师，刘红教授；

副主编：李乐园，博士研究生；

责任编辑：李博伟，硕士研究生

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