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培育太空蔬菜的原理
培育太空蔬菜的原理主要包括以下几个方面：
1. 空气环境：太空舱内的空气环境需要与地球上的相似，包括适宜的氧气、二氧化碳和湿度水平。
在太空舱内设置通风系统，可以实现空气循环和调节。
2. 光照条件：太空舱内需要提供适宜的光照条件，以供植物光合作用进行养分合成。
通常使用LED灯作为光源，能够提供特定波长和强度的光照。
3. 液体供应系统：太空舱内设置水循环系统，通过给植物提供适量的水分，以满足其生长的需求。
水分除了用于植物的水分摄取外，还可以作为培养基用于植物的根部培养。
4. 养分供应：在太空舱内利用土壤或水培等方式为植物提供合适的养分。
土壤中的养分可以通过添加相应的肥料，水培中的养分可以通过水溶液中添加相应的营养液来提供。
5. 微重力适应：在太空舱内，植物在微重力环境中生长。
为了保持植物正常生长，需要研究和设计相应的支撑结构，以提供适当的力学支撑。
6. CO2处理：在太空舱内需要维持适宜的二氧化碳浓度，可以通过控制空气中的二氧化碳含量，使其在合适的范围内循环。
综上所述，培育太空蔬菜的原理主要是通过模拟和控制太空舱内的环境条件，为植物提供适宜的空气、光照、水分和营养，以在微重力环境中进行正常的生长和发育。
中国航天育种中心研学心得
中国航天育种中心是一个专门从事航天育种研究的机构，其主要目标是通过利用航天技术和独特的微重力环境，提高农作物的品质和产量，以应对全球人口增长和食品安全的挑战。
以下是我对中国航天育种中心研学的一些心得体会：
1. 探索微重力环境的影响：中国航天育种中心利用航天器在太空中的微重力环境，开展农作物的种子发芽、植物生长等实验研究。
通过比较地球上和太空中的种子和植物的差异，可以更好地了解微重力环境对植物生长和发育的影响，为进一步优化农作物品质提供参考。
2. 利用空间科技推动农业创新：中国航天育种中心依托航天技术和空间科学，探索新的农业种植方式和育种方法。
例如，利用航天器上设备提供的精确环境控制和监测，可以对农作物的生长过程进行精细调控和数据采集，以提高作物的产量和抗病能力。
3. 加强国际合作与交流：中国航天育种中心与国际上的航天育种机构和科研机构积极开展合作与交流，分享科研成果和经验。
通过国际合作，中国航天育种中心可以借鉴其他国家在航天育种领域的先进经验，促进农业科技的进步。
4. 推动农业可持续发展：中国航天育种中心致力于利用航天技术和空间科学为农业的可持续发展做出贡献。
通过提高作物的产量和品质，可以减少土地、水资源的利用，同时降低农药和化肥的使用量，促进农业生产的生态友好性和资源节约型。
总体来说，中国航天育种中心的研究工作在推动农业科技创新、优化农作物品质和增加农产品产量等方面具有重要意义。
它将航天技术与农业相结合，为解决全球粮食安全问题和推动农业可持续发展作出了积极的贡献。
如何利用太空资源开发新型生态系统在人类不断探索宇宙的进程中，太空资源的开发利用逐渐成为了一个备受关注的领域。
而如何利用这些太空资源来开发新型生态系统，不仅是对科学技术的巨大挑战，也为人类未来的生存和发展提供了新的可能性。
首先，我们需要明确太空资源的种类和特点。
太空中存在着丰富的资源，包括但不限于太阳能、真空环境、微重力环境、各类矿物质以及广阔的空间等。
太阳能在太空中几乎是无限且持续供应的，相比地球表面，其接收的强度和稳定性更高。
真空环境虽然对生命存在不利，但对于某些特定的工业生产，如真空镀膜、材料合成等，却能提供独特的条件。
微重力环境则为新材料研发、药物制造等领域带来了全新的机遇。
在利用太空资源开发新型生态系统时，能源的获取和利用是关键的一环。
太阳能的高效利用是首要考虑的。
我们可以通过在太空中大规模部署太阳能电池板，将收集到的太阳能转化为电能，并通过无线能量传输技术将其送回地球，或者直接用于太空设施和生态系统的运行。
此外，开发高效的能量存储技术也是必不可少的，以应对太阳能供应的间歇性和不稳定性。
水资源在生态系统中至关重要。
虽然在太空中直接获取大量液态水具有很大的难度，但我们可以从一些含冰的小行星或行星的极地区域获取水资源。
通过先进的开采和处理技术，将这些冰转化为可用的水。
同时，还可以研究和应用高效的水回收和循环利用系统，最大程度地减少水资源的浪费。
太空的微重力和真空环境为农业生产带来了特殊的挑战和机遇。
在地球上，植物的生长受到重力的影响，根系的生长方向和水分、养分的运输方式都有特定的规律。
而在微重力环境下，植物的生长方式会发生改变。
我们可以通过基因编辑和选育等技术，培育出适应太空环境的植物品种。
例如，开发根系不依赖重力方向生长、水分和养分吸收效率更高的植物。
利用太空的真空环境，可以进行无菌的食品加工和储存，延长食品的保质期。
太空资源的开发还离不开先进的材料科学。
为了在太空建立长期稳定的生态系统，需要研发高强度、轻质、耐高温、耐辐射的新型材料。
2022太空授课题目及答案朋友们！2022年的太空授课那可是一场超级精彩的科学盛宴，让咱们地球上的小伙伴们对神秘的太空又多了好多好奇和认识。
现在啊，我就来给大家整理整理那次太空授课里的一些有趣题目和答案，一起再来回味回味这场奇妙之旅吧！题目一：太空里怎么“走路”呀？答案：在太空里“走路”可不像咱们在地球上这么简单哦。
在地球上，咱们有重力，双脚稳稳地踩在地上就能行走。
可到了太空，几乎没有重力，那就是另外一番景象啦。
宇航员们要在太空里“走路”，得靠一种特殊的装备——喷气背包。
这个背包就像是他们的“小火箭”，通过喷出气体来产生反作用力，推动宇航员向想去的方向移动。
还有啊，在太空站内，宇航员们会抓住一些扶手或者固定的东西，用脚蹬啊、手推啊来改变自己的位置，就跟咱们在游乐场玩那种悬浮的游乐设施有点像，得小心翼翼地控制好自己的动作，不然一不小心就可能飘得老远啦！题目二：太空里的水会像地球上一样流下来吗？答案：哈哈，在太空里水可不会像在地球上那样乖乖地往下流哦。
在地球上，由于重力的作用，水总是往低处流。
但在太空的微重力环境下，水会变成一个个圆圆的水珠，它们不会有明显的上下流动的方向，而是会漂浮在那里。
而且啊，这些水珠还特别调皮，它们会聚集在一起，形成各种奇怪的形状。
如果宇航员想要喝水，也不能像咱们在地球上一样端起杯子直接喝，而是要用一种特殊的饮水袋，通过挤压把水送进嘴里。
想象一下，喝水都变得这么有趣又特别，是不是感觉太空生活充满了新奇呢？题目三：在太空里种植物能长得好吗？答案：在太空里种植物可是个挺有挑战性但又非常有意义的事儿呢。
植物在地球上生长，有重力帮忙让它们的根往下扎，茎往上长。
但在太空微重力环境下，植物的生长方向就有点“迷茫”啦，它们可能会到处乱长。
科学家们可没被这点困难吓倒哦。
在太空授课中我们就看到啦，通过一些特殊的装置和技术，给植物创造合适的生长条件，比如提供光照、水分和营养等，植物还是能够生长的。
微重力环境下植物培养箱设计
徐增闯;张涛;郑伟波;许大钊;郭奕松;袁永春
【期刊名称】《空间科学学报》
【年(卷),期】2016(036)004
【摘要】基于空间微重力下植物的生物学效应及其微重力信号转导研究需要,在微重力条件下培养拟南芥,获得经微重力条件生长的拟南芥样品.在空间实验过程中实时采集、存储和传输植物样品的数字图像,并根据生物样品的生长周期对生物样品进行低温固定和储存,再由返回式卫星带回地面,开展微重力植物生物学效应研究.【总页数】5页(P566-570)
【作者】徐增闯;张涛;郑伟波;许大钊;郭奕松;袁永春
【作者单位】中国科学院上海技术物理研究所上海200083;中国科学院上海技术物理研究所上海200083;中国科学院上海技术物理研究所上海200083;中国科学院上海技术物理研究所上海200083;中国科学院上海技术物理研究所上海200083;中国科学院上海技术物理研究所上海200083
【正文语种】中文
【中图分类】V524
【相关文献】
1.微重力环境影响植物生长发育的研究进展 [J], 许冬倩;郭双生
2.空间高等植物培养箱控制系统的设计与实现 [J], 刘方武;张涛;郑伟波;鞠洪伟;蔡萍
3.微重力环境下的植物生长 [J], 郑慧琼
4.植物光自养培养箱CO2自动调控系统的设计与试验 [J], 管道平;刘文科;杨其长;巫国栋;魏强
5.空间环境与模拟微重力环境对高等植物试管苗的影响 [J], 潘毅;薛淮;鹿金颖;张纯花;刘敏
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劳动教育案例太空种子种植太空种子种植是一项涉及劳动教育的案例，它可以帮助学生了解种子的生长过程、培养劳动意识和团队合作精神。
下面列举了10个太空种子种植的案例，以满足要求。
1. 实验目的及背景太空种子种植是为了研究在微重力环境下种子的生长和发育状况，以及对植物生长的影响。
通过这个实验，学生可以了解太空环境对种子发芽和生长的影响，并培养他们的科学探究精神。
2. 实验步骤学生需要准备种子和培养基，并将它们装入特制的容器中。
然后，将容器送入太空舱并在太空中进行培养。
最后，将种子带回地球并观察其生长状况。
3. 实验结果通过观察种子在太空中的生长情况，学生可以比较它们与地球上种植的种子的差异。
他们可以观察到种子的发芽率、生长速度和植物结构等方面的变化。
4. 实验分析学生可以分析太空环境对种子生长的影响，比如微重力、辐射等因素对种子的生长和发育的影响。
他们还可以探讨如何优化太空种植条件，以提高种子的发芽率和生长速度。
5. 劳动教育意义太空种子种植需要学生团队合作，分工合作，共同完成实验。
通过参与劳动，学生可以培养他们的劳动意识和团队合作精神，学会分工合作和解决问题。
6. 感悟与启示通过太空种子种植实验，学生可以深入了解植物生长的原理和条件，培养他们的科学素养和探索精神。
同时，他们还可以从中获得耐心、细心和观察力等方面的启示。
7. 科学应用前景太空种子种植不仅可以帮助学生了解种子的生长过程，还可以为未来的太空农业提供重要的科学依据和技术支持。
这对于解决未来长时间太空任务中的食物供应问题具有重要意义。
8. 社会意义太空种子种植实验可以引起公众对太空探索和科学研究的关注，激发年轻人对科学的兴趣，促进科学教育的普及和发展。
9. 学习经验与启示通过参与太空种子种植实验，学生可以学到很多科学知识和实验技巧，提高他们的观察力、分析能力和创新思维能力。
这对他们今后的学习和职业发展都具有重要的意义。
10. 实践意义太空种子种植实验可以帮助学生将理论知识应用于实践，了解科学研究的过程和方法，培养他们的实践能力和创新精神。
重力如何影响地球上不同地区的自然环境重力是我们生活中无处不在却又常常被忽视的一种力量。
它不仅影响着我们的日常生活，还对地球上不同地区的自然环境产生着深远的影响。
首先，重力对地球的大气层分布有着重要作用。
由于重力的存在，大气分子被吸引在地球表面附近，形成了大气层。
在不同的地区，重力的大小会有所差异，这就导致了大气层的厚度和密度分布不均。
例如，在赤道地区，由于地球自转产生的离心力相对较大，重力相对较小，使得大气层相对较厚，大气密度也相对较高。
而在两极地区，重力较大，大气层相对较薄，大气密度相对较低。
这种大气层的分布差异进而影响了气候和天气模式。
较厚的大气层能够更好地保持热量，使得赤道地区通常较为温暖，而两极地区则相对寒冷。
其次，重力在塑造地球的地形方面也发挥着关键作用。
在板块运动中，重力是一个重要的驱动力。
当板块相互碰撞时，较重的板块会在重力的作用下向下俯冲，形成海沟和火山活动。
例如，在太平洋的边缘，一些海洋板块在重力的作用下俯冲到大陆板块之下，形成了著名的环太平洋火山地震带。
此外，重力还导致了物质的沉积和侵蚀。
河流中的泥沙和石块在重力的作用下向下游移动，逐渐沉积形成平原和三角洲。
而在山区，重力则促使岩石和土壤的滑落，形成山体滑坡等地质现象。
重力对水的流动和分布也有着显著的影响。
水总是从高处向低处流动，这就是重力的作用。
在高山地区，积雪和冰川在重力的作用下融化形成溪流和河流，这些河流汇聚成大江大河，最终注入海洋。
不同地区的地形和重力差异导致了水流速度和流量的不同。
在地势陡峭的地区，水流速度快，侵蚀作用强；而在地势平缓的地区，水流速度慢，沉积作用更为明显。
这种水流的差异塑造了地球上多样的地貌，如峡谷、瀑布、冲积平原等。
重力还影响着海洋的环流模式。
由于地球自转和重力的共同作用，形成了大规模的海洋环流系统，如赤道暖流、西风漂流等。
这些环流将热量、营养物质和盐分在全球范围内输送，对海洋生态系统和气候产生重要影响。
太空中的植物在太空中种植食物的挑战和机遇太空中的植物：在太空中种植食物的挑战和机遇太空探索一直是人类的梦想。
随着科技的进步，人类已经成功地将人类送上了太空，但在太空中生存依然面临许多挑战。
其中之一便是如何在太空中种植食物，为宇航员提供所需的营养。
太空中的植物种植不仅是一项技术难题，更是一次对人类适应力和探索力的挑战。
然而，太空中种植食物也带来了诸多机遇，为人类未来的深空探索提供了可能性。
1. 太空中种植食物的挑战太空环境与地球的环境迥然不同，宇航员需要面对以下挑战才能在太空中种植食物。
1.1 重力和空间限制地球上的植物生长是在受到地心引力的作用下进行的，而在太空中，没有重力或者重力微弱。
缺乏重力会影响植物根系的发展，如何使植物能够在微重力环境下正常生长是一个关键的挑战。
此外，太空舱内的空间也是一个限制因素，如何在有限的空间内种植足够的食物成为了困扰研究者的难题。
1.2 空气和水的供应在太空中，稳定的空气和水供应也是种植食物的挑战之一。
一方面，宇航员需要在有限的航天器空间内提供空气和水，同时，这些资源也需要用于植物种植。
如何在空间有限的情况下平衡宇航员和植物的需求，是一项具有挑战性的任务。
1.3 外部辐射和温度变化太空中存在辐射和温度变化的问题，这对植物的生长和发育都会产生不利影响。
辐射对植物的基因和细胞产生破坏，导致植物发育异常甚至死亡。
而温度变化也会对植物的生理性状产生不利影响，如何保证太空中植物的正常生长是一个重要的挑战。
2. 太空中植物种植的机遇尽管太空中种植食物面临许多挑战，但这项技术在未来的深空探索中也带来了诸多机遇。
2.1 提供宇航员所需的营养太空食物的供应一直是航天任务中的一个重要问题。
携带足够的食物前往太空是成本高昂的，而种植食物可以为宇航员提供新鲜的水果和蔬菜，为他们提供所需的营养。
同时，种植食物还可以提供心理上的慰藉，让宇航员在艰难的太空生活中感受到地球的温暖。
2.2 维持太空舱内的氧气和湿度植物通过光合作用产生氧气，可以帮助维持太空舱内的氧气含量。
【直击热点】2023年高考地理时事热点深入解读01 种子的太空培育与增产【热点背景解读】水稻的种子，到了太空能萌发、生长、开花，进而产生种子吗？我国的空间科学实验给出了答案。
12月4日，神舟十四号载人飞船返回舱在东风着陆场成功着陆。
当天，随舱返回的水稻和拟南芥种子，连同其他空间科学实验样品交付空间应用系统。
该技术可以大大增加单位体积的水稻产量，也是国际上首次在空间尝试的再生稻技术。
航天员在轨进行三次样品采集种子既是人类的粮食，也是繁殖下一代植物的载体，人类要在空间长期生存，就必须要保证植物能够在空间完成世代交替，成功繁殖种子。
然而，之前国际上只在空间完成了拟南芥、油菜、豌豆和小麦从种子到种子的培养，而主要粮食作物水稻并没有在空间完成全生命周期的培养。
“我们在国际上首次完成了水稻从种子到种子全生命周期培养实验。
同时，开花是结种子的前提，我们还利用模式植物拟南芥，系统地研究了空间微重力对植物开花的影响。
”中国科学院分子植物科学卓越创新中心研究员郑慧琼告诉记者。
在我国空间站生命科学项目中，郑慧琼带领的研究团队承担了“微重力条件下高等植物开花调控的分子机理”项目。
郑慧琼介绍，从2022年7月29日注入营养液启动实验，至11月25日结束实验，“微重力条件下高等植物开花调控的分子机理”项目共开展在轨实验120天，完成了拟南芥和水稻种子萌发、幼苗生长、开花结籽全生命周期的培养实验。
水稻在问天舱生命生态实验柜通用生物培养模块中完成从种子到种子全生命周期不同发育阶段代表性图片。
图像上的数字表示注入营养液启动实验后的天数。
期间，航天员在轨进行了三次样品采集，包括9月21日孕穗期水稻样品采集，10月12日拟南芥开花期样品采集和11月25日水稻和拟南芥种子成熟期样品采集。
采集后，开花或孕穗期样品保存于80℃低温存储柜中，种子成熟期样品保存于4℃低温存储柜。
12月4日，这些样品随神舟十四号返回地面。
按计划，样品在北京交接后，将被转运至上海实验室做进一步检测分析。
1. 随着太空探索的不断推进，人类对于微重力环境下科学研究的需求也日益增加。
在地球上，由于重力的存在，一些物理和生物过程无法得到准确的研究结果。
而微重力实验室正是为了解决这个问题而应运而生的创新科研平台。
2. 微重力实验室，顾名思义，就是一个以微重力环境为基础的实验室。
在地球上，我们所处的重力环境会对实验的结果产生干扰，尤其是那些与液体、气体和生物体相关的研究。
然而，在太空中，由于缺乏重力的影响，这些实验可以更加准确地进行。
3. 微重力实验室的建立可以追溯到20世纪70年代，当时美国和苏联分别发射了他们的首个空间实验室。
随后，其他国家也纷纷加入到太空实验室的建设中来。
至今为止，国际空间站（ISS）已成为最大规模的微重力实验室，为科学家们提供了一个开展各种实验和研究的绝佳平台。
4. 首先，微重力环境可以帮助科学家们更好地理解液体的行为。
在地球上，液体受到重力的作用而形成表面张力和热对流。
而在太空中，没有重力的干扰，液体的行为变得更加复杂，科学家们可以观察和研究更多的现象，从而深入探索液体在微重力环境下的特性和变化规律。
5. 其次，微重力环境对于研究气体的行为也具有重要意义。
在地球上，气体受到重力的约束，容易形成浓度梯度和对流现象。
然而，在太空中，由于缺乏重力，气体的行为将完全不同。
科学家们可以通过微重力实验室，研究气体的扩散、混合和燃烧等过程，进一步拓展我们对气体物理学的认识。
6. 此外，微重力实验室还为生物科学领域的研究提供了独特的机会。
在地球上，生物体的发育和行为往往受到重力的影响，难以准确研究。
然而，在太空中，生物体可以在微重力环境下自由生长和运动。
科学家们可以利用微重力实验室，研究细胞分裂、植物生长、动物行为等生命现象，以及相关的医学和生物技术研究。
7. 此外，微重力实验室也为材料科学和工程领域的研究提供了独特的机会。
在地球上，由于重力的影响，许多材料的成分和结构无法得到准确控制。
而在太空中，由于缺乏重力的约束，科学家们可以研究和制备更加纯净、均匀的材料，从而提高材料的性能和应用范围。
删前沿 ． 微重７】环境下的 植物生长
。 郑慧琼 人类探索太空必须建立以植物为基础的生物再生生命生态支持系统．研究微重力 环境下植物的栽培．评估作物在空间产生种子的生长条件，筛选适合空间种植的植物品 种是生命支持系统中植物培养的关键环节
进＂长期的 问探索必须要有生物阿 ｑｌ式空间生命支持系统做 证，其『ｆ】高等 机物住空ＩｈＪ生命支持系统－｛ 起着关键性 作ｊ｝ｊ：吸收ＣＯ！，释放氧气，循环利用宇航 产生的ｌ州体 ｆ¨｝ｆ芷体废弃物．提供新鲜食物，典至可以缓解宁航员的心 状况 研发 间牛命芰持系统新技术必须了 空问耶 境对植物生长发育的作用和影响。
空间微重力与空间生命支持系统 地球上的 物鄙址 甄力环境卜进化的，其彤态纳 和生命活动部与重力环境卡｝ｊ迂腐 地球最力Ｉ大Ｉ地球引 产＝生．仃何物体在地球引力作用卜，鄙会以９．８米／秒 的蕾力加速度【ｇ）从空 卜落 地面，所以将产 ９．８水／秒 ＪＪｌ１速度的， ｌ力汁为１ ｇ重力 按照这个重力际注度
，太阳系中的仃星或Ｊ 他天体上， 重力常数与地球ｆ 的ｆ１月 不Ｈ：火 重力足０．３８ ｇ，称为“低 力”：而水 电 Ｊ是２．６５ ｇ，称为“超重 Ｊ”一 存行 轨道 行时 弧力变褂ｆ‘分微小．称“微币力”，比如我 的神舟号 昭受到的平均做重 是ｌ０‘ ｇ～１０ ｇ 已有很多。 问实验分别从分子十物学、，七物化学、 理和形态解测学等方面研究空问环境刈‘似物的影响， 结果表明 问环境囚素对植物的损伤／ｆ 是微重力的由 接作用，而怂ＩＩＩｌ‘ｊ其相关的『Ｈ】接Ｉ 素造成…。存微酉 Ｊ 环境中，流体和小颗粒的动力 性质发，１－了改变，影响列 很多与生物学过程相关的 体与液体的扩散．比如空气 埘流。微重力条件下，夺气对流减少导致肘郎乙烯浓度
邵慧琼：研究 ，ｒ｛，围科学院 诲生命利 学研究院植物 ，ｆ 态 斜究所，上海２０００３２ ｈｑｚｈｅｎｇ（ａ）ｓｉｂｓ．ａｃ ｃｎ
Ｚｈｅｎｇ ＨＩ．１ｉｑｉｏｎｇ：Ｐｒｏｆｅｓｓｏｒ，１ ｎ ｓｔｉｔｕｔｃ ｏｆ Ｐｌａｎｔ Ｐｈｙｓｉｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｅｃｏｌｏｇｙ．Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅｓ ｒ Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ．ＣＡＳ．Ｓｈａｎｇｈａｉ
１０００３２
豳２０１７年５月ｆ ６９卷３期：－．
过粕，影响植物生长发育，甚至 致 生长的火ｒ股虽 然，通过模拟地球上的培养条件，植物 叮以存 『ＨＪ牛ｋ． 但对于建 空ＩｈＪ生命支持系统来说．这还远远小够
．． 植物生长 元 氧气 ，一一——■ ～—～～ ——— ～
——————————————————、
不可食用的植物产物—、 废物处理器 废水 ：＿…Ｉ－ｑ体废物
生物再生式生命支持系统的基本组成及其功能 包括 植物生长单元和废弃物再生处理嚣，其中高密度的植物培 养是建立高效的生物再生式生命支持系统的关键
壤 、蛋白质、小ＲＮＡ丧ｉ 时重力信号的响应
微重力对植物的影响表现在分子、细胞、个体各层面 以及亲子代之间 为空间资源有限，且在空间模拟地球重力环境十分困 难，建立可持续的生命支持系统，迫切需要研究最大化利 用空间资源的技术和途径，其中绿色植物最大化的生长 发育是关键中的关键。 植物是～个高度复杂的多细胞有机体，要在空间微 重力条件下正常生长发育，获得最大化的产量，必须了解 微重力在植物生长发育各阶段所起的作用。至今已从分 子水平、细胞水平、组织器官水平和植株整体水平等各层 次，全面研究空间微重力对植物生长发育的影响［２，３１。从 本质上说，植物的生长发育足基因表达的结果，但很多研 究表明微重力条件下植物基凶表达会发生明显的改变。 空间微重力下高等植物的生活史 地球上高等植物的生活史是一个从种子萌发到种 子成熟的循环过程，涉及种子萌发、幼苗生长、花芽分 化、生殖器官形成、授粉受精、果实和种子发育等多个连 续的阶段，每一阶段对于成功获得种子都很关键 ］。那 么，在空间微重力环境下，高等植物的生活史会受到什么 样的影响呢？ 拟南芥（长日植物） 水稻（短日植物） ， 种子＼ ＼ 拟南芥和水稻的生活史 开花、结籽 种子萌发 在环境适合的条件下，种子内的胚胎开始恢复生长 并形成幼苗，即种子萌发。种子萌发分三个阶段：第一 阶段是吸胀，干种子必须吸收足够的水分才能恢复细胞 的代谢功能；第二阶段是代谢活化阶段；第三阶段是胚 胎细胞开始恢复分裂和生长。由于种子萌发需要的时间 短，对微重力环境十分敏感，所以是研究植物向重力性、 向光性和向水性非常好的系统，也是空间植物学研究普 遍采用的实验系统。 在地球重力条件下，种子萌发时胚根突破种皮后沿 着重力方向生长，而在微重力条件下，胚根生长方向只与 胚胎的位置有关，如果茎尖方向朝向培养基，结果很可能 幼苗就生长人培养基内，最终导致萌发失败。因此，微重 力条件下，根尖伸长生长常呈现不规则的扭曲。以小扁豆 为例，萌发２５小时后的幼苗根出现弯曲，根尖与子叶呈 相反方向。萌发２５～２９小时间，根的弯曲度表明根的生 长方向在不断发生变化，且每小时根发生的弯曲度平均 值相同。另一实验是生长在含琼脂培养基上的水苋菜， 其幼苗根尖生长方向与其刚萌发时的初始方向一致，表 明它们之间的夹角变化的平均值为零，但其方差却随着 时间的增加而成比例增加，这说明根在空间生长方向上 具随机性。 幼苗生长 人们通常认为重力对初生根的作用是不变的，但空 间微重力实验结果表明，重力对根的作用与其发育阶段 有关。萌发１～２天的幼苗的根的生长速率在空间微重 力和地面条件下的生长情况相同，萌发３～５天的幼苗 根，在微重力条件下明显长于人造地球重力环境的１ｇ 离心条件下的空间对照，然而在较长时间微重力下，其 根的生长速率又小于１ｇ离心条件下的空问对照。其有 丝分裂活性和染色体结构的观察表明，植物激素在植物 根系发育中起着重要作用，包括根尖分生组织细胞、伸 长区和侧根形成的调控。生长素和脱落酸通常被认为 与植物的向重力性有关。空间实验表明：生长于微重 力条件下的玉米幼苗的生长素和脱落酸含量有明显的 变化。 生长于微重力条件下的燕麦、向日葵和菜豆根，细胞 分裂速度明显下降，燕麦和向日葵还出现异常的染色体 数目、染色体断裂、染色体桥形成等，但菜豆中没发现染 色体损伤现象。推测植物在空间生长受到各种环境因素 的胁迫而导致染色体发生畸变。 由于空问植物的培养条件受各种因素限制，如舱内 气体的成分（乙烯等）可能影响植物生长。通过利用空 间ｌｇ离心机来做对照，可以区别是微重力还是空间其他 因素（如宇宙射线、舱内气体等）影响细胞的分裂。在 大部分被研究的空间植物中，细胞有丝分裂指数（指在 某一分裂组织或细胞群中，处于有丝分裂Ｍ期的细胞数 占其总细胞数的比例）都会下降。但必须强调的是，有 丝分裂指数并不是研究细胞周期的好指标，它受到很多 因素的影响。所以通常选择同源组织（如根的皮层组织） 来研究细胞周期及其不同时期。在美国航天飞机的国际 微重力实验室１号（ＩＭＬ一１）（１９９２年）和２号（ＩＭＬ一２） （１９９４年）中，生长２８～２９小时，小扁豆根的皮层细胞大 多仅完成一个细胞周期，处于第二细胞周期刚刚开始阶 段，而１譬空间离心条件和地面对照的细胞已进入第二细 胞周期的Ｓ期，这表明在１ 空间对照和地面环境中，细 胞生长速度比微重力下的快。 植物根在地面垂直纵向轴方向的生长情况与在微 重力下的随机生长不同。微重力下主根对侧根的顶端优
ＷＷＷ．ｋｅｘｕｅｍａｇ．Ｃｒｌ圜 ＿ 势减弱，侧根生长较快，侧根的分生组织更接近根尖。又 因为没有向重力性指引，空间生长的植物根一般只分布 于培养基表面，不向培养基深处生长。 微重力条件下茎的生长速率较地面的快，而在飞船 发射和返回地面的过程中，茎的生长速度减慢。对在“礼 炮一７”空间站上生长的生菜研究表明：空间微重力下生 长的生菜茎的长度比空间１ｇ对照的增长８％～１６％。最 近的实验表明，在空间植物生长发育过程中乙烯起了抑 制作用。空间飞行的拟南芥幼苗，空间１ｇ离心对照和微 重力条件下的幼苗，其各自根和茎的总长度比地面对照 减少６０％。 此外，在空间生长的幼苗还有两点特征与地面对照 不同：根毛密度增加，上胚轴呈钩状弯曲，这表明舱内 环境中的乙烯对植物生长发育有明显的抑制作用。用 １０×１０ 的乙烯处理地面对照幼苗，也可导致同样的形态 特征。比较拟南芥幼苗的根和茎在空间与地面两种环境 下的生长情况，在实验开始１～７天内，地面对照样品与空 间微重力下样品的根和茎的生长速率是相同的，但大约 ７天后，微重力下的根和茎比地面对照的长得快，更长时 间后，根的生长速度开始减慢，且失去顶端优势。所以， 微重力只在植物发育早期才能增加植物的生物量。 花发育 空间飞行实验结果表明：失重环境对植物生长的 影响不仅表现在营养方式上，同时也改变了植物的发育 过程，尤其对授粉受精过程的影响，直接关系到物种的 延续，以及植物的产量和质量。最初的空间植物生理实 验是在苏联生物卫星ＩＩ号和“东方号”飞行器上进行 的。结果发现，紫露草小孢子出现不规则的有丝分裂率 达３０％，一个细胞出现３～４个纺锤体，染色体分离出现 异常导致花粉不育。随后用风信子、洋葱、兰花等进行了 多次长达数月的空间植物开花实验，在空间这些植物均 能生长到开花，但没能结出种子。１９８１年苏联科学家在 宇宙一１１２９生物卫星上培养了一株开花的拟南芥，空间飞 行１８天后首次结出６个果荚，形成种子。但可育的种子 数仅为地面对照的５５％，而不育种子和胚死亡种子分别 为对照的１０倍和６．５倍。 苏联“礼炮一７”的科学研究中，空间实验的植物培 养箱中增加了气流系统，种子在其中发芽、生长、开花、结 荚。６９天后返回地球，培养箱中长出７株已结实的植株， 其中５株形成２２个有种子的果荚，２株形成１ １个没种 子的窄果荚。而地面对照容器中８株植物结３４个成熟 果荚。空间形成的种子有一半以上不能萌发，其后代在 地面种植，形态与地面对照没有明显差异。随后，又进行 过数次拟南芥从种子到种子的生长繁殖实验，进一步证 明在空间模拟地球上的培养环境中，植物能够生长发育 并结出种子，完成其发育全过程。 圃２０１７年５月Ｉ ６９卷３期：－． １９９６年，俄罗斯和美国科学家在“和平号”窄问站 上用超矮化小麦进行生长实验。在９００厘米 面积上生 长９７天，获得１５０个麦穗，但穗中没有成熟种子。“和平 号”空间站上生长的自菜，通过人丁授粉成功生长了两 代，但是第二代种子的发芽率和植株生长情况都不如第 一代 。２００６年９月，在我国“实践八号”卫星留轨舱巾， 对种植２１天的青菜的抽薹、开花和授粉情况进行了实时 观察和图像记录，结果表明空间微重力条件下青菜开花 过程明显长于地面对照【６】。【口Ｊ转器模拟微重力实验结果 表明，改变重力会影响花瓣的伸展和发育，以及花粉的广： 量，回转条件下花粉细胞中的微管排列明显不同于静止 对照。细胞骨架受到干扰可能是改变重力条件下花粉产： 量降低的原因之一。 种子发育 空间微重力对于植物完成从种子到种子的发育循 环是很大的挑战。尽管目前已有实验均表明重力不是植 物从种子到种子发育过程的必需因素，但是也表明微重 力环境对植物生殖、生长发育产生了明显作用，包括胚胎 发育延迟、种子贮藏蛋白质含量下降、结实率极低等。这 都影响到最大化地有效利用空间资源进行植物生产，使 得以植物为基础的空间生命支持系统的可持续自我更新 存在风险，甚至失败［７１。
