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太空種菜難題:如何種出“地球味”?

◎ 科技日報記者 張景陽 張蘊

近幾年來,繼航天育種之後,太空蔬菜種植逐漸成為空間科技發展和航天技術研究的一項重要內容。近日,《植物科學前沿》雜誌發布了一項研究,稱某些太空蔬菜(經歷在太空環境中從萌芽到成熟全過程的蔬菜)的成分與地面種植的同類蔬菜成分相似,甚至可能富含鉀、鈉、磷、硫和鋅等元素和較高水準的酚類物質。

雖然這項成果一下子拉近了太空蔬菜和地球蔬菜的距離,但是在太空種菜可不像地球上這麽簡單,全世界的科學家花費了好幾年的時間才讓“太空菜園”有希望照進現實。

人類開始在太空種菜

自2014年起,科學家就開始在國際空間站著手打造一個與地球表面相同溫度、濕度和二氧化碳濃度的“類地表環境”,在這樣的環境下利用水培和噴霧栽培種植生菜。美國國家航空航天局(NASA)的太空種菜計劃負責人喬亞·瑪薩表示,之所以啟動太空種菜的項目,是由於如果食物儲存太久,口感和營養價值都會下降,維生素也會減少,如果太空種菜成功,就能夠確保宇航員在漫長旅程中有足夠的營養,便於未來更加遙遠的深空探索。

2016年,我國航天員首次“觸電”太空種菜,在天宮二號實驗室內種下了9棵生菜。被“翻牌”的不只是葉類蔬菜。2019年,我國科研人員再次在天宮二號啟動了擬南芥和水稻種植,以檢測空間微重力對生命活動的影響。此前,俄羅斯宇航員還曾嘗試在和平號空間站種植小麥。

口感營養不輸地球蔬菜

太空種植的作物與地球上的作物有什麽區別?這個問題引發了諸多航天愛好者的關注。2015年,NASA電視台對首批兩名宇航員試吃太空生菜的情況進行了轉播。這些拌上橄欖油和料汁的太空生菜被做成一道沙拉,兩名宇航員吃後直呼感覺“不一般”,除了一致讚揚其口感爽脆外,其中一名宇航員還表示“味道有點像芝麻菜”。

除了口感以外,太空蔬菜的營養價值究竟如何呢?近日,《植物科學前沿》雜誌上的一項研究顯示,NASA全面檢測了此前3年間在國際空間站上種植的生菜,指出太空生菜含有的營養價值與地球生菜基本一致。科學家稱,太空生菜中還包括鉀、鈉、磷、硫、鋅等元素,除此之外,還有較高水準的酚類物質,而酚類物質此前已被證實具有抗病毒、抗癌、抗炎的特性。此外,國際空間站種植的生菜還不含任何有害細菌,如大腸杆菌、沙門氏菌等,真菌和黴菌孢子數量也處於正常範圍,適合人類食用。

太空農民要解決一系列技術難題

然而想要建立一個太空農場卻並不是件容易事。在植物生長中,光照、溫度、濕度、空氣、土壤,5個要素缺一不可。空間站內的空氣、溫度可供宇航員正常生活,滿足植物生存自然不成問題,但其他幾個條件也讓科學家們費了一番功夫。

光合作用是植物生存的根本,如何在太空艙裡模擬植物所需的光照?中國科學院包頭稀土研發中心主任池建義說:“如果你想做一個太空農民,首先必須掌握過硬的技術,傳統手段需要使用600—1000瓦的燈泡才能在封閉環境中模擬陽光並刺激植物生長,但這樣的耗能和設備在太空艙裡顯然是不可能的。”

大量研究證實,植物的光合作用並不是要吸收陽光中所有的光,例如生菜更青睞紅色與藍色的光。因此,低能耗、可調節光譜的LED燈就成了為太空蔬菜提供光照的不二選擇。我國航天員首次在太空種植生菜時,採用了紅、綠、藍3種顏色的組合光,其中綠色光是為了讓視覺效果比較好,利於觀察。而NASA的空間站用的是藍紫光為蔬菜提供光照,因為他們所種植的是紅葉生菜,藍紫光更利於紅葉生菜著色。

有了光還不行,要種菜還得有土。從以往資料中可以得知,我國在製作太空蔬菜生長的土壤時選擇了蛭石作為基礎原料,這是一種極為常見的人造植物生長原料,被廣泛應用在植物組培和育苗中。航天員中心環控生保研究室副研究員王隆基說,蛭石有著非常好的吸水性,水分在蛭石中的傳導受重力影響很小,可以順暢地向上吸附,並且蛭石的密度小、質量輕,不會給飛行器增加很大負擔。和平號空間站還曾以斜發沸石為基質栽培了蘿卜和白菜,這種沸石含有作物生長所需的鉀、磷、鋅、鐵等多種元素,同時還具有很強的吸附性,可以有效防止水分流失。

濕度是最容易調節的部分。空間站裡的水全部來自地球補給,水回收系統還可以將廢水收集起來,通過過濾裝置循環利用。植物的土壤裡安裝有含水率監測裝置,航天員可根據監測數據採用注射器給植物及時補水。

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