太空科學(xué)課（二十）
——太空植物會“吐水”？

文/太空熊貓君

我國建造空間站的主要目的，是開展大規(guī)模的空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)和技術(shù)驗(yàn)證，所以航天員們在空間站內(nèi)除了給我們上課，主要工作還是做科研。今天，我們就來看看航天員們都做了哪些植物生長方面的科學(xué)研究吧！

其實(shí)，早在2016 年，我國航天員就已經(jīng)開始在太空里種植植物了。當(dāng)時(shí)，執(zhí)行神舟十一號載人航天任務(wù)的景海鵬和陳冬就在“天宮二號”空間實(shí)驗(yàn)室里進(jìn)行了蔬菜培養(yǎng)試驗(yàn)。為什么要在太空里種蔬菜呢？首先，從科學(xué)研究的角度來看，在太空里種菜，可以研究太空特殊環(huán)境對植物生長發(fā)育的影響。植物還可以通過光合作用吸收空間站內(nèi)的二氧化碳，如果種的是蔬菜水果，自然還可以成為航天員的新鮮食材?？臻g站內(nèi)多一些鮮活的綠色，航天員的心情也會更加愉悅。

可是，在太空中種菜并沒有那么簡單。我們知道，植物的生長需要適宜的溫度、充足的光照，還需要水分、土壤和空氣。在這些生長條件中，最難操控的就是水分。我們在地面種植植物，只需要定期向土壤中澆水就可以了，植物的根系會從土壤中吸取水分。可太空是微重力環(huán)境，水分并不會像地面上那樣滲入土中，反而會聚在一起。這就會導(dǎo)致植物要么因根部水分過多缺氧而死，要么很難吸收到水分，最終枯萎。

要如何解決這個(gè)問題呢？科學(xué)家進(jìn)行了大量的科學(xué)研究，最終采用了利用人工基質(zhì)的方法，也就是嘗試在巖棉、蛭（zhì）石、蒙脫石、Profile 顆粒土、人工燒結(jié)的陶粒等材料中種植植物，并研發(fā)對應(yīng)的水分養(yǎng)分供應(yīng)系統(tǒng)，來保障植物的生長需求。

在“天宮二號”中，航天員成功地開展了生菜培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，這也是我國首次在太空人工栽培蔬菜。你是不是很想知道，太空里種的生菜好吃嗎？第一次種的太空生菜，航天員并沒有直接食用，而是采樣帶回了地面，讓專業(yè)的生物學(xué)家進(jìn)行了生物安全性檢測。不過，這個(gè)沒吃上自己栽培的太空蔬菜的小小遺憾很快就被彌補(bǔ)。6年之后，陳冬再次執(zhí)行神舟十四號飛行任務(wù)，在中國空間站里吃到了太空生菜！至于味道嘛，之后有機(jī)會你可以去采訪航天員喲。

◎空間站里的生菜與小麥

除了生菜，神舟十四號航天員還種植了小麥、水稻、擬南芥、番茄等20 多種植物，用以驗(yàn)證新型栽培基質(zhì)的空間植物培養(yǎng)技術(shù)。為了更好地讓地面上的同學(xué)了解植物生長的特性，神舟十四號航天員與地面學(xué)生一起播種了擬南芥。2022 年9 月9 日，來自北京、湖北、云南等全國13 個(gè)省市30 余所學(xué)校的學(xué)生參與到擬南芥“從種子到種子”的全生命周期實(shí)驗(yàn)中，對擬南芥的生長進(jìn)行了觀測記錄，并與航天員的記錄進(jìn)行對比。到了10 月12 日天宮課堂上課這一天，同學(xué)們都把自己種植的擬南芥帶到了地面課堂。云南省大理州的同學(xué)作為學(xué)生代表，向航天員匯報(bào)了對照組野生型和實(shí)驗(yàn)組早開花型兩類擬南芥種子的生長情況。

太空中的擬南芥長得如何呢？接下來，陳冬就為我們展示了空間站里的科學(xué)實(shí)驗(yàn)操作——采集擬南芥樣本。只見陳冬戴上一個(gè)混合現(xiàn)實(shí)眼鏡（MR 眼鏡），通過它，不僅航天員可以更輕松、更高效地開展科研工作，我們也可以看到和航天員眼中一樣的畫面。通過混合現(xiàn)實(shí)眼鏡傳來的畫面，我們看到了陳冬提前轉(zhuǎn)移到科學(xué)手套箱里的擬南芥。而航天員利用語音口令，可以讓混合現(xiàn)實(shí)眼鏡拍攝實(shí)時(shí)畫面并且發(fā)送給地面的科學(xué)家，果真是十分方便呢！隨后陳冬使用小剪刀剪下擬南芥樣本，并把它放入凍存管中。這些凍存管后續(xù)會放到科學(xué)手套箱下方的零下八十?dāng)z氏度的存儲區(qū)，等到返回地面之后再交給科學(xué)家來進(jìn)行研究。

◎陳冬戴上MR眼鏡到科學(xué)手套箱里采集擬南芥樣本

在空間站的生命生態(tài)實(shí)驗(yàn)柜里，除了擬南芥，還種植著水稻。劉洋為我們展示了太空水稻培育成果：在一個(gè)透明的生長盒里，高稈和矮稈兩種水稻長勢良好。

為什么航天員會選擇種植擬南芥和水稻呢？這是因?yàn)檫@兩種植物非常具有代表性。擬南芥代表雙子葉、長日、十字花科植物，很多蔬菜比如青菜、油菜等都屬于十字花科。而水稻代表單子葉、短日、禾本科植物，很多糧食類作物比如小麥、玉米等都屬于禾本科。了解擬南芥和水稻的特性，我們就可以大致了解十字花科植物和禾本科植物在太空中的生長特點(diǎn)了。

航天員為我們展示了水稻的“吐水”現(xiàn)象。“在剛剛萌發(fā)的水稻葉尖上，出現(xiàn)了一個(gè)晶瑩的小水滴，并且小水滴會越變越大，直到貼到生長盒的壁上?！眲⒀笙蛭覀兘榻B道。水稻為什么會“吐水”呢？原來，當(dāng)沒有受傷的植物處在水分充足、空氣潮濕的環(huán)境中，葉片尖端或邊緣就會出現(xiàn)液體外泌的現(xiàn)象。這是因?yàn)橹参镌谕砩蠒P(guān)閉葉片上的氣孔，進(jìn)而減少水分的蒸發(fā)，但是如果水分充足，根系依然會猛烈地吸水，這導(dǎo)致植物體內(nèi)吸入的水分比蒸發(fā)消耗的還要多，多余的水分就會從葉尖或者葉子邊緣的氣孔排出，形成“吐水”現(xiàn)象。這個(gè)現(xiàn)象在地面上也可以觀察到。

這時(shí)，劉洋給同學(xué)們出了一道思考題：是空間站上的水稻“吐”出的水珠大，還是地面上的水稻“吐”出的水珠大？為什么？

關(guān)于這個(gè)問題，你知道答案嗎？

空間站中非常重要的環(huán)境特點(diǎn)就是微重力，即便我們在地面上為水稻提供和空間站生命生態(tài)實(shí)驗(yàn)柜一模一樣的設(shè)備，由于重力的存在，水稻內(nèi)的水分仍很難被毛細(xì)作用“拉”到葉片的邊緣，而且一旦水稻“吐”出來的水聚成水滴，就會掉落下來，所以地面上是很難形成比空間站上更大的水滴的。

接下來“天宮課堂”進(jìn)入互動提問時(shí)間，這一次同學(xué)們又提出了哪些有趣的問題呢？太空熊貓君下期講給你聽。

◎劉洋展示太空中的水稻