分析空間植物科學與技術

曾浪　張言鼎　伍嘉輝

摘 要：空間植物科學技術，是我國當前科研工作中的一項重要內容。早在1980年代，我國就已經開始了對空間植物科學與技術的研究，主要包括植物科學問題及植物生物技術，休眠狀態植物種子或生命活躍植物細胞組織和苗，高等或低等植物等，研究方式包括地面模擬研究，以及空間搭載實驗研究等。經過多年的研究發現，在空間中植物會明顯發生遺傳變異，在代謝、生理、形態等方面都會有所改變。積極開展空間植物科學與技術的分析，對于推動生命科學研究發展，有著重要的意義。

關鍵詞：空間；植物；科學；技術

1 空間植物科學與技術的研究方向

在空間生命科學技術領域中，生物學研究是非常重要的，通過對微重力條件的運用，對相關科學技術問題加以解決。先進生命支持系統，重力生態學當中，對于空間飛行環境下，生態系統功能、結構、穩定、進化等收到的影響，與星球居住、航天飛機等關系密切。比較生物學，對于植物及動物長期處于變重力或其它相關空間狀態下，在生活、代謝、生理方面，都將發生變化，同時比較不同生物體。細胞分子生物學，注重的是在變重力和其它空間先關作用因子下，對于細胞特性、基礎功能等產生的直接或間接影響。發育生物學，對于重力在正常發育功能中產生的影響加以研究，分析生物體在重力和其它空間環境下，繁殖方面受到何種影響，以及影響后代的機制等。生物技術方面，在要業界、商業空間中心之間，建立持續合作關系。

2 空間受控生態生命支持系統中的植物

雖然目前已經建立了空間站，但也不是說人們在空間擁有自主能力，其中最為關鍵的問題，就是生保系統的自給自足。在這一系統中，植物的地位是非常關鍵的，不過，不一定是植物和動物單物種，或單一群體能夠完成的。1960年代曾經提出了發揮植物管合作用，在閉合生保系統中，提供碳和更新空氣。1980年代，通過地面模擬試驗，認清了高等植物在生保系統中的重要性。目前，對于受控生態生命支持系統的建立，最大的問題來自于生物學方面，而不是工程學方面。物種配置同樣也是這一系統中的重要部分，促使物質轉化率的提升，保證系統能夠持續運行[1]。因此不但需要植物，對于微生物、動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，在空間當中，人工的生態平衡系統，對于長期的生命支持非常重要，還需要做好很多基礎保障，從單個物種、單個生物體開始。

3 空間環境與植物生命現象分析

自由空間微重力，是空間環境最主要的特點，包括太陽系行星中不同的重力。對生命現象的研究當中，對于地面研究來說，最難以達到的資源條件，就是空間微重力環境。在地球上，所有生物的生存、生長、進化，都是以1g的重力為環境。因此，通過對中立生物學的研究，了解生物進化中，地球重力產生額影響，同時了解地面研究難以達到的生命現象研究結果，使人類能夠更好的認識和了解大自然。同時，也能夠摸索出地球中的各種生物，對于地球重力環境不相同的環境，如何長期適應[2]。空間環境提供的條件，是一種理想的實驗環境，難以在地面完全達到。經過一些研究表明，在地球之物生長中，重力對其生長方向性有決定性作用，但是通過空間試驗也得出結論，在一些植物體生長中，重力并不是必須條件，即使在微重力環境中，一些植物也能夠完成整個生長發育的過程。

4 空間植物商業性研究

空間植物科學技術，在研究和發展中，有著較好的應用領域，并且也具有較為明顯的目標，包括空間直接作用，和對地面應用的促進帶動。例如空間植物商業性研究中，涉及到農業商業、生物技術等方面。其中，農業商業并不是局限于傳統農業活動或單一栽培性，含義更為廣泛，包括經營性、現代商業等，在產品宣傳中，除了傳統農業食物產品，也有其它的產品類型[3]。研究空間生物技術，涉及到了從植物中提取的藥物成分，對抗體生產率的提升，對蛋白質晶體生長的促進，以及藥物微膠囊、生物材料等方面。新型復方膠囊釋放系統，就是一種多層微膠囊，是一個通過空間研究的商業化項目應用。建立微重力膠囊加工系統，生產此類產品，由液體混合器、材料分散器等。研究表明，微膠囊在地面生產，直徑通常都在20um以下，而在空間生產，能夠達到20-300um的直徑。微重力條件下與地面相比，微膠囊生產能夠達到4-10倍大小，可增加20%-400%的裝藥量。

5 空間植物科學與技術的硬件支持

在空間植物科學技術的研究和發展中，需要對空間特殊技術要求加以滿足，進而需要相應的硬件提供支持。空間站或空間實驗室中，采用通用式框架結構，模塊化儀器設備，接口標準化、統一化，這種設計結構，能夠為空間操作提供很大的便利，保證工作快速順利的開展。當前已有的很多研究裝置，包括生物量生產系統、植物研究單元、細胞培養單元等。使用空間培養手套箱，能夠在空間中對植物生物技術研究手工操作，可應用于微重力下植物細胞轉化率受到的影響的研究。空間培養植物生長室，能夠在微重力環境中，滿足植物研究30天的需求，提供相應的氣體、光照、溫度、濕度等條件。

6 結論

空間植物科學技術是當前一項比較先進的技術領域，同時也是國家比較重視的研究方向。利用該技術能夠在很多方面加以應用，明確空間重力等不同條件對植物生長的影響，進而為宇宙和太空相關研究提供支持。

參考文獻

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

[2]吳偉剛，沈鳳英，劉巖.植物科學與技術專業觀賞水草栽培學課程建設探索與實踐[J].農業與技術，2016，36（15）：162-164.

[3]楊玉榮，李倩茹，劉艷萌.植物科學與技術實驗教學中心建設與特色分析[J].安徽農業科學，2014（18）：6083-6084.

作者簡介：

1.曾浪，男，漢，湖北咸寧人，1997.1-，荊楚理工學院生物工程學院植物科學與技術一班本科生。

2.張言鼎，男，漢，甘肅慶陽人，1997.2-，荊楚理工學院生物工程學院植物科學與技術一班本科生。

3.伍嘉暉，男，漢，湖北黃石人，1997.5-，荊楚理工學院生物工程學院植物科學與技術一班本科生。