国际空间站上的种子

    2001年，当亚特兰蒂斯号航天飞机返回地球的时候，带回来一些不同寻常的客人——太空中培育的扁豆种子。它们是国际空间站上“太空农场”的产品。为完成这项实验，科学家们在国际空间站上专门设计了一种完全密闭的植物生长舱，舱内的温度、湿度、光照、大气和营养成分都可以根据需要进行控制。航天员们在国际空间站上培育了一批生长迅速的Arabidopsis 植物，由图1可见，它们的株体是很小的，这是由于空间站的空间有限，株体太大，占的空间也大，故科学家们选择了这种株小的植物进行试验。将这种植物的种子种到空间站的植物舱内，经过8周的发芽、生长，就能结出果实——扁豆。 

　　进行这项研究的目的是了解在无重力状态下植物是否能够完成从种子到种子的整个过程。试验录像显示扁豆种子是太空植物的果实。但是当时科学家们还不能确定在扁豆中发生了什么变化。科学家们期望着赶快得到这些宝贵的种子，到实验室中分析里面的成分，希望它还保留种子的特性。


　　负责这次实验的是威斯康星太空自动控制和机器人技术中心（WCSAR）的实验小组。美国宇航局商业太空中心在那里建立一个种植试验室。美国宇航局的很多研究小组和受美国宇航局资助的大学也在进行太空飞行植物种植实验的研究，但是实验小组是那时候唯一真正从事太空“种子到种子”种植研究的小组。

　　如果带回来的扁豆种子是正常、健康的种子，那么对未来的长期飞行任务将是一个好消息。在太空中可以进行若干代的植物培养，太空植物将为长期生活在太空的人们提供新鲜的食物和氧气，甚至为长期在太空生活的航天员，或者到月球和火星上生活的探险家提供洁净的水源。这对人类探索太空起着至关重要的作用。现在这些植物已经回到地球，科学家们可以通过对它们的分析，了解失重环境对它们是否有不良的影响。

　　科学家们将Arabidopsis植物的种子分成两组，一组带到国际空间站，由航天员照料，让它们在太空环境下发芽、生长、结果。另一组在地面，放到与国际空间站上一样的植物生长实验设备里，除了微重力条件外，太空和地面两组植物生长的条件完全相同。比较这两组种子的差别，就可以了解微重力对植物的影响。

　　当太空种子送回地球后，实验小组做的第一件事就是比较两组种子种出植物的产量，然后对扁豆进行化学分析，比较太空与地面扁豆化学结构的异同，如果两者之间有差别，可以认为是微重力环境造成的。

　　之后，将进行一项类似的实验，将地面和太空中结的扁豆都送到空间站，在那里培育、生长、结果。比较这两组植物结出扁豆的差别，就可以了解太空环境对第二代太空蚕豆的影响。

　　这项实验是国际空间站三项生物学研究计划中的第一项，即太空植物栽培实验。通过植物在国际空间站上一代又一代的长期栽培，研究植物在微重力环境下完整的生活史，以解决以下一些问题：植物在微重力环境下是否能生长和发育？微重力对植物有何影响？在太空中结出的种子与地面上结出的种子有何不同？第二项是小麦生长实验。由于高等植物在太空的光合作用的效率是设计未来生物再生式生命支持系统的关键问题，小麦不仅可以吸收二氧化碳和放出氧气，而且又是未来太空农场的主要粮食作物，因此将小麦定为生物再生式生命支持系统的首选植物。这项实验实际上就是对未来生物再生式生命支持系统的一次可行性检验。第三项是小松树种植实验。这项实验以前在航天飞机上也曾经进行过，但由于在太空停留的时间比较短，没有发现跟在地面的生长有何不同。后来在国际空间站的植物生长舱内，发现这种小松树生长非常缓慢。因此科学家想要弄清这种小松树在太空不能茁壮生长的原因。


　　进行这些实验的意义是深远的。它是实现人类长期太空生活计划的一个重要组成部分。在国际空间站上研究这些问题，不仅是为了了解在未来太空城中建立生物再生式生命支持系统的可行性，而且也是为了将来人类在月球和火星上定居时，解决人的吃饭问题。同时，在太空中种植植物对航天员的心理也是一个很好的调整。在寂寞的太空中，有这些绿色的植物为伴，不仅可以减轻航天员的“思乡之苦”，当航天员吃到亲手种植的新鲜蔬菜和水果时，也是一种享受。

　　目前美国宇航局约翰逊太空中心和肯尼迪太空中心正在研制第二代的“生物再生式”生命保障系统。图3是这个系统的示意图：植物和藻类产生的有用物质食物、水、和氧气供给人，一些不可食用的物质和部分氧运送到微生物反应器供微生物反应用；人的尿和粪便经过微生物反应器成为植物的营养物和二氧化碳供给植物生长，人呼出的二氧化碳可以供给植物，人使用的废水也可以直接供应植物生长和送到微生物反应器中。这种生物再生式生命支持系统实际上就是一个小型的生物圈，这个生物圈是以太空居民为中心，将人体所排除的废水、废物、废气和生活垃圾回收和再生，然后变成人体所需的生活必需品。这是一个复杂的巨型系统，由很多系统和子系统组成，其中最主要的系统是太空农场、太空牧场和太空食品加工等，“人以食为天”，没有食物，人就不能在太空生活，其他一切也就无从谈起。（国家航天局网/沈羡云 唐承革编译）