太空中的植物!

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今天是国际植物日,所以我想分享一些我最近很着迷的植物科学。我最近有点着迷于在太空中种植植物的研究,植物如何对微重力做出反应,以及太空农业的潜力。太空中的植物研究侧重于为长期太空飞行种植植物,这些植物不仅可以为宇航员提供食物,还可以清除空气中的二氧化碳,产生氧气并回收水。植物和宇航员之间的营养和废物交换可以形成轨道空间站甚至未来太空殖民地的生物再生生命维持系统(BLSS)的基石。

自最早的轨道任务以来,植物就已进入太空,关于种子如何在太空中发芽和生长的实验已被用来研究植物如何响应、水和氧气,而无需考虑植物如何响应重力的混杂变量。虽然植物可以在太空中专门设计的生长室内从种子中生长出来,并且在轨道上飞行的种子可以在带回地球后生长(例如在阿波罗14号任务期间绕月球运行的月球树),但经过近 40 年的研究,太空种植的植物才能形成可育的种子并繁殖,从而创造出自给自足的农业。

微重力以多种方式影响植物,改变水如何通过土壤扩散到根部并向上移动到茎,更重要的是,改变空气如何在植物周围移动以及氧气和二氧化碳等气体如何交换。为了允许在船上繁殖,必须非常精确地控制航天器上的舱室空气成分以及植物周围的通风,以促进空气交换。即使在条件优化并且植物可以产生可育的种子之后,微重力的特殊性也会影响植物的新陈代谢,通常会限制植物的健壮性和营养特性。


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气流的改变以及太空中植物新陈代谢的变化也会对植物的其他特征产生影响,包括它们的气味。“隔夜香”是一种微型玫瑰品种,于1998 年搭乘STS-95发现号航天飞机进入轨道,以识别太空中花朵的气味。约翰·格伦,第一位绕地球飞行的美国人,也在这次任务中成为太空中飞行年龄最大的人,他在这次任务中进行了顶空分析,以捕捉太空玫瑰的气味。与在地球上生长的玫瑰的气味相比,整体香气令人愉悦,但减弱了很多。对玫瑰挥发性成分的分析表明,虽然气味总体上有所减少,但玫瑰的主要气味成分苯乙醇、香茅醇、香叶醇和香叶酸甲酯的产生实际上在太空中有所增加。这种超级玫瑰味的太空玫瑰气味是根据顶空痕迹重新合成的,并且是资生堂香水禅[PDF]中的主要香味。

太空中的植物可以告诉我们轨道上生命的潜力以及在最终边界上的家园,还可以告诉我们植物令人惊叹的生物学和化学,正是这些使得地球上的生命成为可能。我着迷于月球树和太空玫瑰,以及不受重力控制的生长植物根的运动。植物在地球和太空中都令人着迷

Christina Agapakis is a biologist, designer, and writer with an ecological and evolutionary approach to synthetic biology and biological engineering. Her PhD thesis projects at the Harvard Medical School include design of metabolic pathways in bacteria for hydrogen fuel production, personalized genetic engineering of plants, engineered photosynthetic endosymbiosis, and cheese smell-omics. With Oscillator and Icosahedron Labs she works towards envisioning the future of biological technologies and synthetic biology design.

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