太空中的植物是怎样生长的?
2016-10-21 20:37:32
在地球上,植物的根原本都是向下生长的,但在太空中,它们掉了一百八十度的头,向各个方向伸展,可谓茁壮成长。太空飞船上,向日葵转脑袋的速度变得相当快,因为太空飞船每一个半小时就能绕太阳一圈,一天有十六次日出。太空植物们的叶子也变得更厚、更短,颜色更绿,因为这样的光合作用效果更好,植物的生长周期也相应加快。小麦从播种到成熟只要三个月,比在地球上缩短了一个月。人参上天后,十天的生长量相当于在地球上一个月。
植物的“力气”用的地方也变了。在地球上,它们百分之八十的能量被用于茎的生长,但在太空中,这些植物都把长茎这件事省了,省下的能量被转移到长叶子和长果子上。
太空中的植物大多枝繁叶茂、果实丰硕。比如,太空中小麦的产量大增,只有大半个巴掌大的“麦田”里,居然收获了一百五十多穗。
很多种子在太空“修炼”过后,经过太空辐射,也出现了脱胎换骨的效果。比如,最后挑选培育出的太空辣椒比一般辣椒能大上一倍,甚至能长到半公斤重;太空苹果的重量也比一般苹果重百分之十五,而且维生素C含量更高、糖分更多更好吃;太空西红柿产量则比地球上高出百分之二十,而患病率降低了百分之四十。太空育种甚至能延长农学家的学术生命。在地球上,要巩固稳定植物的某种变异后的特性,比如让变大后的辣椒不再变小,至少得经过六代,大概要十年的时间。一个学者的黄金学术生命能有几个十年?但在太空中,一般到了第三代或者第四代,用上无年时间,植物变异后的某种特性就稳定下来了。
太空植物并不是在太空生长的植物,而是把植物的种子带到太空,在太空高能粒子辐射、微重力、高真空等特殊环境条件下,使种子获得地球上罕见的遗传变异,再通过地面进行几代的优选和筛选,获得更优良的品种。
自1987年以来,我国利用返回式卫星和神舟飞船,先后进行了10多次搭载,有1000多个品种的种子和生物材料上天。
由于植物种子体积小,携带方便,在选育新品种方面具有较大的选择空间。已进行搭载的有粮食作物类:小麦、水稻、大豆、玉米、绿豆、豌豆、高粱等;蔬菜类:西红柿、辣椒、黄瓜、甜菜、茄子、萝卜等;经济作物有棉花、烟草等;花卉有万寿菊、鸡冠花、三色槿、龙葵、荷花、百合等;中草药材有黄芪、甘草;树木种子有油松、白皮松及石刁柏,还有草坪种子。
通过太空育种,培育出了一批新的突变类型和具有优良性状的新品种。例如水稻种子经卫星搭载,获得了植株高、分孽力强、穗型大籽粒饱满和生育期短的性状变异。增产20%,单季亩产400--600千克,最高达750千克。蛋白质含量增加8%--20%,氨基酸总含量提高53%。 太空小麦培育出矮杆、早熟、抗倒伏、抗病害、蛋白质含量高的丰产类型。
太空青椒枝叶粗壮,果大肉厚,免疫力强。单果重350--600克,单季亩产3500--4000千克,最高可达5000千克,比普通青椒增产20%--30%,经中科院遗传研究所检测分析,太空青椒所含维生素C提高20%,可溶性固形物提高25%,病情指数减轻55%。
太空黄瓜,藤壮瓜多,瓜体奇大,单果重850-1100克,抗病力强。特别是雌花开得多,是地面瓜秧的1.5倍。虽然它的皮厚了点,但瓜肉非常清凉爽口、汁多肉嫩。
太空番茄长势尤为喜人,株高茎粗,果穗增多,比常规番茄增产15%以上,最高可增产23.3%。黑龙江农科院园艺所选育的“宇番一号”,在全国推广种植面积已超过100万亩。
“太空樱桃番茄”,含糖量高达13%,与柑桔含糖量相当,口感鲜甜,可当水果食用。
太空西瓜的显著特点是含糖量达13%以上,可溶性固形物增多,纤维少,个头大,吃起来沙甜可口。
太空玉米能结出6-7个“棒子”,可长出5种颜色,而且味道也比普通玉米好。
太空搭载的鸡冠花、麦秆菊、蜀葵、矮牵牛等,都表现出开花多、花色变异、花期长等特点。尤其是粉色的矮牵牛,花朵中出现了红白相间的条纹。更令人惊奇的是万寿菊的花期竟延长到6个月以上。
游过太空的大蒜能长到近半斤重,太空萝卜的幼苗让害虫敬而远之,本来无法杂交的籼稻和粳稻自从周游过太空后也能杂交了。
太空育种始于1984年,美国航空航天局教育处、太阳辐射研究中心和Park种子公司三方合作,将大量蕃茄种子运入太空长期飞行器中,1990年由“哥伦比亚号”航天飞机取回。结果表明,这些种子发芽快、幼苗生长正常、后期发育良好、果实丰硕。据悉中国科学院上海植物生理研究所,1995年收割的第4代“太空小麦”和其他良种一样,金黄色的麦穗上结满了饱满的籽粒。与第3代“太空小麦”相比,它的长势更旺,麦穗更长,结穗更多,麦粒硕大壮实,并有较强的抗赤霉病能力。经测算,亩产可达352千克,比未经太空飞行的多28千克,蛋白质含量高出9%。浙江农科院的专家,历时3年,选育成的“航育1号”水稻新品系,单株理论产量从22.4克增加到32.8克,亩产由原来的400千克上升到600千克左右,增产幅度为40%以上,而且抗倒伏,早熟高产,穗大粒多,精米率高,适口性好。新品种生长期缩短约15天,株高降低约14厘米,并有抗稻瘟病和白叶枯病等优越性。
利用太空所特有的条件,改良植物品种前景广阔,并为加快培育优质高产农作物品种开辟了崭新的途径,也为科学家深入研究提出了新课题。
国内外的太空试验证明,对太空农业来说,与地球上的无土栽培大不一样,植物不能以水滴的形式吸收水分或养分。在失重或仅有一点离心模拟重力的情况下,为防止液体流失,水分必须具备水膜的形态才能被植物吸收。
在《西游记》中,天宫被描绘成极乐胜境,那儿有延年益寿的蟠桃和各种各样的奇花异草。但这一切仅仅是人类的美好愿望,今天的科学已经证实,月亮和地球周围的星球上实际是一片荒凉,看不到任何生命的踪迹。
植物能不能在太空生长呢?太空具备地球无法实现的优越条件,那就是一天24小时都有充沛的阳光照射,从理论上说,太空可以长出产量、质量远胜于地球的超级植物。为了实现这个激动人心的目标,科学家着手的第一步,就是利用宇宙飞船把地球植物送入太空,观察植物的生长情况。
1975年,前苏联“礼炮—4”宇宙飞船上的宇航员在飞船内播下小麦种子。一开始情况良好,小麦的出芽和生长速度比在地球上快得多,但后来不仅没有抽穗结实,反而毫无方向地散乱生长,最后枯萎死亡。同样,豆角、黄瓜等植物的栽培实验也失败了。
科学家经过反复研究,发现是失重的结果。我们知道,任何物体进入太空都会产生失重,植物在宇宙飞船失重的情况下,往往只能存活几个星期。为哪种植物对重力那么“依恋”?原来,长期生活在地球上的植物因为有重力作用,形成了一种独特的生理功能,植物体内的生长激素总是汇集在茎的弯曲部位,有效地控制植物向空间的生长方向。可是当植物处于失重环境中,生长素不能汇集到茎的弯曲部位,结果使茎找不到正确生长方向,只好杂乱无章地伸展,这样植物便自行死亡。
为了克服失重问题,科学家采用电刺激方法,结果获得成功。进入20世纪80年代后,许多种蔬菜和粮食作物,已能在宇宙飞船内开花结果,这给生活在完全密闭系统中的宇航员带来了福音。不论在空间站还是在宇宙飞船中,栽培了绿色植物,宇航员就能吃到新鲜的蔬菜瓜果,而且由于植物的光合作用,在飞船小环境中还会有取之不尽的新鲜氧气。更重要的是,太空培育植物的成功,使长距离的星际载人飞行有了可能。
今天,在宇航员的餐桌上已摆上了自己栽培的新鲜葱头。但科学家并没有满足,他们准备栽种更多的蔬菜,为宇航员向月球和更遥远的其他星球飞行创造条件。
随着我国返回式科学试验卫星成功发射,一批水稻和青椒等农作物种子被送向太空。当时搭载作物种子并不是想育种,只是想看看空间环境对植物遗传性是否有影响。但科学家在实验中无意发现,上过天的种子中发生了一些意外的遗传变异,因此开始考虑利用这种方式进行农作物航天育种。我国航天育种关键技术研究取得了显著进展,在水稻、小麦、棉花、番茄、青椒和芝麻等作物上诱变培育出一系列高产、优质、多抗的农作物新品种。
但是还没有进行太空种植植物的实验。我们知道,植物的生长需要阳光、水和空气,太空中除了有阳光外,空气和水是没有的。建立太空实验室人为的提供这些条件是有可能的。
太空中的植物可能向什么方向生长?根据植物在地球的习惯,万物生长向太阳,为了获得阳光植物的茎叶一定向着太阳的方向生长,而植物的根一定向着水源的方向长。当然这只是推断。
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