“太空菜園”迎豐收，“天宮”種菜如何實現(xiàn)？

近日，神舟十七號航天員乘組采摘了“太空菜園”種植出的新鮮蔬菜，“太空蔬菜”現(xiàn)摘現(xiàn)吃、新鮮又美味，航天員同時也為新一批蔬菜培養(yǎng)做好了準(zhǔn)備。那么，我們?yōu)槭裁匆谔焐戏N菜？太空種菜最大的難點是什么？植物在太空中的生長周期與地球上相同嗎？還有哪些動植物可以住進(jìn)“天宮”里？今天我們就來看看“天宮”種菜是如何實現(xiàn)的？我們先去看看神舟十七號航天員乘組這次采了些什么蔬菜。

為什么要在太空種植蔬菜等植物？

航天員種植出來的太空蔬菜，看起來新鮮又美味。那么，您是不是也有疑問，我們?yōu)槭裁匆谔辗N植蔬菜等植物呢？總結(jié)起來，主要有三個原因：

首先是利用空間實驗室平臺，可以研究太空微重力等特殊環(huán)境對植物生長發(fā)育、生理生化等方面的影響。

第二個原因很實際，那就是種植的植物，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(chǎn)生的二氧化碳，生產(chǎn)氧氣，可一定程度上凈化密閉艙室環(huán)境，獲得清新的空氣；生產(chǎn)食物，為航天員提供新鮮蔬菜水果，補(bǔ)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(xiàn)密閉系統(tǒng)內(nèi)水凈化，為航天員補(bǔ)充純凈的水。

第三個原因就是植物可為航天員提供綠色鮮活的環(huán)境，通過照料植物可以緩解航天員壓力，正向調(diào)節(jié)航天員心理情緒。

太空“種菜”有何難點？

太空環(huán)境與地球有很大區(qū)別，在“天宮”里面種菜，有何難點呢？

我們知道，植物正常生長必須具備適宜的光照、水分、養(yǎng)分等。航天員表示，太空“種菜”主要有兩大難點：一是失重環(huán)境下，水不容易深入根系里面。太空微重力環(huán)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(huán)境進(jìn)行正常物質(zhì)交換。因此，水分養(yǎng)分供給技術(shù)是太空植物栽培的關(guān)鍵。

而第二個難點是艙內(nèi)沒有太陽光線照射，喜歡光照的植物不易生長。不過實驗柜里有人工光源，可以為植物提供充足的光照。

如何為太空種菜找到“土壤”？

一般概念里，要種菜必須有“土壤”，不過，在太空里，利用人工栽培基質(zhì)進(jìn)行培養(yǎng)，是植物培養(yǎng)的主要方式，它就相當(dāng)于土壤的替代品，那么要如何為植物找到可以生長的“栽培基質(zhì)”呢？

科研人員對栽培基質(zhì)的選擇，從早期的離子交換樹脂、固態(tài)化瓊脂，到后來的巖棉、蛭石、蒙脫石、P土、人工燒結(jié)的陶粒等，研究人員圍繞這些基質(zhì)材料，研發(fā)了多種太空植物培養(yǎng)水分養(yǎng)分供應(yīng)系統(tǒng)。

中國航天員科研訓(xùn)練中心研發(fā)的空間植物培養(yǎng)裝置，于2016年在“天宮二號”成功進(jìn)行了生菜在軌培養(yǎng)試驗。這次也是我國首次在太空人工栽培蔬菜，當(dāng)時并沒有讓航天員在軌食用，而是將植物采樣帶回進(jìn)行生物安全性檢測。此后，科研人員還設(shè)計了一種可生物降解、能重復(fù)利用的植物栽培基質(zhì)，這種基質(zhì)以塊狀結(jié)構(gòu)形式存在，不會脫落碎屑，而且具備良好的通氣、保肥和導(dǎo)水性能。

隨著科研人員不斷對栽培基質(zhì)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(xiàn)了在軌食用種植的生菜。

失重條件下植物的根如何扎到“土壤”里？

太空里感受不到重力，在這種失重環(huán)境下，為什么植物的根能夠往下扎到培養(yǎng)基質(zhì)里呢？

航天員解釋，空間站雖然沒有重力的引導(dǎo)，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(yǎng)基質(zhì)里含有充足的水分，所以類似此前種植的擬南芥和水稻種子，在萌發(fā)時就會向含有水的土壤盒里生長。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著一個方向生長，而會呈現(xiàn)出比較凌亂的狀態(tài)。

新升級的“太空菜園”有什么優(yōu)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(xùn)練中心新設(shè)計的第二代空間植物栽培裝置，新升級的“太空菜園”有什么優(yōu)點？一起去看看。

記者：這里是空間植物培養(yǎng)技術(shù)實驗室，在我身邊的這一套裝置就是被稱為“太空菜園”的太空栽培裝置，跟正在空間站里運(yùn)行的栽培裝置是一模一樣的，起到天地同步對照實驗的作用，植物生長所需要的光照、水分和營養(yǎng)在這里面可以得到科學(xué)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(xiàn)了輪番、多批次種植，為未來大規(guī)模的太空種植奠定了基礎(chǔ)。

中國航天員科研訓(xùn)練中心 楊潤澤：照明組件通過我們設(shè)計的合適比例的紅藍(lán)白三色光，把它的頻率和光照度調(diào)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，我們叫做基質(zhì)，它上行的初始狀態(tài)是一個干癟的狀態(tài)，通過航天員的在軌的補(bǔ)加的水，變成現(xiàn)在適合植物生長的一個狀態(tài)。

記者：那么這個基質(zhì)它是可以循環(huán)使用的嗎？

中國航天員科研訓(xùn)練中心 楊潤澤：是的。然后植物的這個生長后，不可食的部分可以通過粉碎和壓縮，重新生成一個基質(zhì)塊，這些基質(zhì)塊通過航天員的注水，重新為它（植物）提供合適的生長空間。同時它中間還有一些緩釋肥，這些緩釋肥也會為這個植物提供一些養(yǎng)料，然后這邊它的供水組件，供給和航天員飲用的一樣的純凈水。我們目前也在進(jìn)行新一代的這個植物栽培技術(shù)的研究，將植物所需要到的水分和養(yǎng)料直接供給到植物的根的附近，同時通過一些循環(huán)再生的裝置，把這些多余的水分和養(yǎng)料回收回來，盡最大的可能減少不可用部分的一些浪費(fèi)，增加它可以循環(huán)的比例。

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(huán)境對植物生長發(fā)育的很多方面都會有影響?？茖W(xué)家通過前期的多項空間實驗發(fā)現(xiàn)，太空微重力環(huán)境可能會引起很多植物在太空中的生長周期發(fā)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，而同樣在天宮二號里搭載的擬南芥，生長得就比地面緩慢，但存活的時間更長。

還會有哪些動植物要住進(jìn)“天宮”里？

除了此前已經(jīng)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(jìn)“天宮”里呢？ 科學(xué)家表示，除了植物以外，空間站里還可以養(yǎng)殖斑馬魚、線蟲等生物。在這里，科學(xué)家可以根據(jù)不同生物適宜的生長環(huán)境，對光照、溫度等條件進(jìn)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(tài)，讓地面的科學(xué)家知道它們發(fā)育得好不好，觀察它們在太空是否住得習(xí)慣。

太空“瓜果蔬菜”回到地球長得怎么樣？

在植物種植方面，太空育種早已不是什么新鮮事，此前經(jīng)過太空育種的瓜果蔬菜，回到地球長得怎么樣呢？我們再到海南航天育種中心去看看。

在海南航天育種中心，育苗溫室里繁育的“太空蝴蝶蘭”正在盛放。種植基地里還有一大批經(jīng)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(wù)之一。它是將農(nóng)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、高潔凈的環(huán)境誘變作用，使種子產(chǎn)生變異，返回地面后再經(jīng)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，并在海南部分市縣及島外多個省市進(jìn)行了推廣種植。