分析空間植物科學(xué)與技術(shù)

曾浪　張言鼎　伍嘉輝

摘 要：空間植物科學(xué)技術(shù)，是我國當(dāng)前科研工作中的一項(xiàng)重要內(nèi)容。早在1980年代，我國就已經(jīng)開始了對(duì)空間植物科學(xué)與技術(shù)的研究，主要包括植物科學(xué)問題及植物生物技術(shù)，休眠狀態(tài)植物種子或生命活躍植物細(xì)胞組織和苗，高等或低等植物等，研究方式包括地面模擬研究，以及空間搭載實(shí)驗(yàn)研究等。經(jīng)過多年的研究發(fā)現(xiàn)，在空間中植物會(huì)明顯發(fā)生遺傳變異，在代謝、生理、形態(tài)等方面都會(huì)有所改變。積極開展空間植物科學(xué)與技術(shù)的分析，對(duì)于推動(dòng)生命科學(xué)研究發(fā)展，有著重要的意義。

關(guān)鍵詞：空間；植物；科學(xué)；技術(shù)

1 空間植物科學(xué)與技術(shù)的研究方向

在空間生命科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中，生物學(xué)研究是非常重要的，通過對(duì)微重力條件的運(yùn)用，對(duì)相關(guān)科學(xué)技術(shù)問題加以解決。先進(jìn)生命支持系統(tǒng)，重力生態(tài)學(xué)當(dāng)中，對(duì)于空間飛行環(huán)境下，生態(tài)系統(tǒng)功能、結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定、進(jìn)化等收到的影響，與星球居住、航天飛機(jī)等關(guān)系密切。比較生物學(xué)，對(duì)于植物及動(dòng)物長(zhǎng)期處于變重力或其它相關(guān)空間狀態(tài)下，在生活、代謝、生理方面，都將發(fā)生變化，同時(shí)比較不同生物體。細(xì)胞分子生物學(xué)，注重的是在變重力和其它空間先關(guān)作用因子下，對(duì)于細(xì)胞特性、基礎(chǔ)功能等產(chǎn)生的直接或間接影響。發(fā)育生物學(xué)，對(duì)于重力在正常發(fā)育功能中產(chǎn)生的影響加以研究，分析生物體在重力和其它空間環(huán)境下，繁殖方面受到何種影響，以及影響后代的機(jī)制等。生物技術(shù)方面，在要業(yè)界、商業(yè)空間中心之間，建立持續(xù)合作關(guān)系。

2 空間受控生態(tài)生命支持系統(tǒng)中的植物

雖然目前已經(jīng)建立了空間站，但也不是說人們?cè)诳臻g擁有自主能力，其中最為關(guān)鍵的問題，就是生保系統(tǒng)的自給自足。在這一系統(tǒng)中，植物的地位是非常關(guān)鍵的，不過，不一定是植物和動(dòng)物單物種，或單一群體能夠完成的。1960年代曾經(jīng)提出了發(fā)揮植物管合作用，在閉合生保系統(tǒng)中，提供碳和更新空氣。1980年代，通過地面模擬試驗(yàn)，認(rèn)清了高等植物在生保系統(tǒng)中的重要性。目前，對(duì)于受控生態(tài)生命支持系統(tǒng)的建立，最大的問題來自于生物學(xué)方面，而不是工程學(xué)方面。物種配置同樣也是這一系統(tǒng)中的重要部分，促使物質(zhì)轉(zhuǎn)化率的提升，保證系統(tǒng)能夠持續(xù)運(yùn)行[1]。因此不但需要植物，對(duì)于微生物、動(dòng)物等也有一定的需求，通過合理的搭配，為各自提供適宜的生存條件，在空間當(dāng)中，人工的生態(tài)平衡系統(tǒng)，對(duì)于長(zhǎng)期的生命支持非常重要，還需要做好很多基礎(chǔ)保障，從單個(gè)物種、單個(gè)生物體開始。

3 空間環(huán)境與植物生命現(xiàn)象分析

自由空間微重力，是空間環(huán)境最主要的特點(diǎn)，包括太陽系行星中不同的重力。對(duì)生命現(xiàn)象的研究當(dāng)中，對(duì)于地面研究來說，最難以達(dá)到的資源條件，就是空間微重力環(huán)境。在地球上，所有生物的生存、生長(zhǎng)、進(jìn)化，都是以1g的重力為環(huán)境。因此，通過對(duì)中立生物學(xué)的研究，了解生物進(jìn)化中，地球重力產(chǎn)生額影響，同時(shí)了解地面研究難以達(dá)到的生命現(xiàn)象研究結(jié)果，使人類能夠更好的認(rèn)識(shí)和了解大自然。同時(shí)，也能夠摸索出地球中的各種生物，對(duì)于地球重力環(huán)境不相同的環(huán)境，如何長(zhǎng)期適應(yīng)[2]。空間環(huán)境提供的條件，是一種理想的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，難以在地面完全達(dá)到。經(jīng)過一些研究表明，在地球之物生長(zhǎng)中，重力對(duì)其生長(zhǎng)方向性有決定性作用，但是通過空間試驗(yàn)也得出結(jié)論，在一些植物體生長(zhǎng)中，重力并不是必須條件，即使在微重力環(huán)境中，一些植物也能夠完成整個(gè)生長(zhǎng)發(fā)育的過程。

4 空間植物商業(yè)性研究

空間植物科學(xué)技術(shù)，在研究和發(fā)展中，有著較好的應(yīng)用領(lǐng)域，并且也具有較為明顯的目標(biāo)，包括空間直接作用，和對(duì)地面應(yīng)用的促進(jìn)帶動(dòng)。例如空間植物商業(yè)性研究中，涉及到農(nóng)業(yè)商業(yè)、生物技術(shù)等方面。其中，農(nóng)業(yè)商業(yè)并不是局限于傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)活動(dòng)或單一栽培性，含義更為廣泛，包括經(jīng)營性、現(xiàn)代商業(yè)等，在產(chǎn)品宣傳中，除了傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)食物產(chǎn)品，也有其它的產(chǎn)品類型[3]。研究空間生物技術(shù)，涉及到了從植物中提取的藥物成分，對(duì)抗體生產(chǎn)率的提升，對(duì)蛋白質(zhì)晶體生長(zhǎng)的促進(jìn)，以及藥物微膠囊、生物材料等方面。新型復(fù)方膠囊釋放系統(tǒng)，就是一種多層微膠囊，是一個(gè)通過空間研究的商業(yè)化項(xiàng)目應(yīng)用。建立微重力膠囊加工系統(tǒng)，生產(chǎn)此類產(chǎn)品，由液體混合器、材料分散器等。研究表明，微膠囊在地面生產(chǎn)，直徑通常都在20um以下，而在空間生產(chǎn)，能夠達(dá)到20-300um的直徑。微重力條件下與地面相比，微膠囊生產(chǎn)能夠達(dá)到4-10倍大小，可增加20%-400%的裝藥量。

5 空間植物科學(xué)與技術(shù)的硬件支持

在空間植物科學(xué)技術(shù)的研究和發(fā)展中，需要對(duì)空間特殊技術(shù)要求加以滿足，進(jìn)而需要相應(yīng)的硬件提供支持。空間站或空間實(shí)驗(yàn)室中，采用通用式框架結(jié)構(gòu)，模塊化儀器設(shè)備，接口標(biāo)準(zhǔn)化、統(tǒng)一化，這種設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，能夠?yàn)榭臻g操作提供很大的便利，保證工作快速順利的開展。當(dāng)前已有的很多研究裝置，包括生物量生產(chǎn)系統(tǒng)、植物研究單元、細(xì)胞培養(yǎng)單元等。使用空間培養(yǎng)手套箱，能夠在空間中對(duì)植物生物技術(shù)研究手工操作，可應(yīng)用于微重力下植物細(xì)胞轉(zhuǎn)化率受到的影響的研究。空間培養(yǎng)植物生長(zhǎng)室，能夠在微重力環(huán)境中，滿足植物研究30天的需求，提供相應(yīng)的氣體、光照、溫度、濕度等條件。

6 結(jié)論

空間植物科學(xué)技術(shù)是當(dāng)前一項(xiàng)比較先進(jìn)的技術(shù)領(lǐng)域，同時(shí)也是國家比較重視的研究方向。利用該技術(shù)能夠在很多方面加以應(yīng)用，明確空間重力等不同條件對(duì)植物生長(zhǎng)的影響，進(jìn)而為宇宙和太空相關(guān)研究提供支持。

參考文獻(xiàn)

[1]杜忠毓，陳培茹.植物科學(xué)與技術(shù)信息檢索與利用的現(xiàn)狀分析和思考[J].輕工科技，2017（9）：147-149.

[2]吳偉剛，沈鳳英，劉巖.植物科學(xué)與技術(shù)專業(yè)觀賞水草栽培學(xué)課程建設(shè)探索與實(shí)踐[J].農(nóng)業(yè)與技術(shù)，2016，36（15）：162-164.

[3]楊玉榮，李倩茹，劉艷萌.植物科學(xué)與技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)與特色分析[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014（18）：6083-6084.

作者簡(jiǎn)介：

1.曾浪，男，漢，湖北咸寧人，1997.1-，荊楚理工學(xué)院生物工程學(xué)院植物科學(xué)與技術(shù)一班本科生。

2.張言鼎，男，漢，甘肅慶陽人，1997.2-，荊楚理工學(xué)院生物工程學(xué)院植物科學(xué)與技術(shù)一班本科生。

3.伍嘉暉，男，漢，湖北黃石人，1997.5-，荊楚理工學(xué)院生物工程學(xué)院植物科學(xué)與技術(shù)一班本科生。