火星农业最新研究进展论文

未来，人类将重返月球，甚至 探索 火星等更远的天体。长期载人 探索 任务面临诸多挑战，其中就包括解决宇航员的吃饭问题。具备在太空或者外星球种庄稼的能力对未来的 探索 任务至关重要。新研究发现与人类一样，生活在微重力环境下的植物在基因表达方面与地球上不同。 具备太空种庄稼的能力对未来的 探索 任务至关重要 太空植物 未来的宇航员能够吃上自己在太空中栽种的新鲜蔬菜吗？随着科学家不断推进太空中栽种植物的相关研究，在将来的某一天，人类有望在太空或者火星表面种庄稼，自己动手解决吃饭问题。佛罗里达大学太空植物实验室的科学家正在进行一项新研究，对从国际空间站所栽植物提取的组织进行分析。研究表明植物能够在太空环境下生存，但它们要面临一系列独特挑战。现在，科学家刚刚开始了解这些挑战。 革新性水培植物种植舱——月球温室原型，在设计上旨在让月球或火星上的宇航员获得稳定的蔬菜供应 通过观察转录组（RNA序列或者遗传信使），科学家对太空植物在任何给定时间的基因表达进行分析，同时与地球上的样本进行比较。论文作者和首席研究员安娜-丽萨·保罗表示，基因表达提供了一个引人注目的读数，揭示植物如何对所处环境做出响应。“从某种程度上说，你可以将其理解为植物使用的一系列‘工具’，用于对抗太空飞行环境。”研究论文刊登在《植物学应用》杂志上。 学名“Arabidopsis thaliana”的拟南芥。科学家在空间站上栽种的拟南芥进行了研究 研究植物“大脑” 研究过程中，科学家对拟南芥样本进行了分析，尤其是根尖。这是一种小型开花植物，学名“Arabidopsis thaliana”，与卷心菜和芥菜存在血缘关系。保罗表示：“根尖的作用有点像大脑，帮助植物感知环境变化，而后将信号分子输送到相关部位并触发一系列变化，帮助根部生长回到正常轨道。如果没有引力帮助完成信号传导，会发生什么？根尖仍充当根部的中央处理单元。通过观察根尖的转录组，我们能够洞察植物如何在无重力环境下生长。” 月球温室原型，座落于亚利桑那州大学的可控环境农业中心 对于植物如何在微重力环境下生长，科学家仍有太多东西需要了解。这项研究帮助科学家确定太空和地球环境下植物生长的差异。保罗指出：“我们发现太空飞行中的很多基因表达差异与细胞壁重塑和细胞扩增之间存在联系。如果因为特定压力的存在面临生存挑战，植物会相应地做出反应。即使在太空飞行环境下，植物的生长也给人一种无压力的感觉。通过这项研究，我们意识到植物能够感知到自己处在一个奇异环境。虽然能够继续生存，但它们需要付出很大努力。” 2016年12月2日，国际空间站，第50远征队指挥官谢恩·金布罗正在采摘生菜 火星农业生产 研究太空环境下植物如何生长对未来的空间站、月球和火星载人 探索 任务至关重要。保罗说：“我们需要首先了解植物如何应对零重力环境或者任何发生改变的重力环境，而后才能确信它们能否在火星上茁壮成长。” 这项研究分析了空间站的微重力环境如何影响植物生长，揭示植物如何应对重力改变的环境。保罗指出了解植物如何在受控和资源受限的空间站上生长，能够为未来的相关研究提供参考，进一步了解植物如何应对外星球的受控环境。 在空间站上栽种的京水菜 现在的宇航员无法在太空享受到新鲜食物。他们在空间站的逗留时间相对较短，同时还能定期获取补给。此外，航天机构还在不断努力，为他们提供可口的饭菜。在空间站上，宇航员拥有充足的食物，不会出现饿肚子的情况。 未来，宇航员要执行探月任务，甚至还要登上火星，吃饭问题将成为一个重大挑战。如果想让宇航员执行长期火星 探索 任务，必须具备在火星上种庄稼的能力。只有让火星农业生产成为可能，才能让宇航员获得 健康 的食物，确保载人 探索 任务的可持续性。

据外媒报道，火星之所以成为无生命的荒原，原因不止一个。不仅温度和缺水让生命难以应对，磁场的缺乏也意味着辐射不断地冲击地表。如果人类计划在这颗红色星球上度过更长的时间，他们将需要支持一种额外的生命类型--作物。 然而，据瓦格宁根大学和代尔夫特理工大学的研究人员发表的一篇新论文显示，即使是火星表面的温室也不足以保护植物免受火星表面致命辐射的伤害。 理想情况下，火星表面的农业应该由温室圆顶组成，让照射地球的有限阳光直接照射到作物上。然而目前的温室玻璃技术无法阻挡持续照射火星的致命伽马射线。火星上的伽马辐射水平约是地球上的17倍，足以显著影响生长在温室表面的作物。 研究人员进行了一项实验，他们种植了菜园里的西洋菜和黑麦并测量了在火星辐射水平下和在“正常”环境中只有地球辐射水平下种植的作物的产量。辐照组的作物最终变成矮生，叶子呈褐色，在生长28天后收成显著减少。 为了模拟伽马辐射环境，该项目的大部分工作都是由本科生Nyncke Tack完成，他使用了5个单独的钴60放射源。它们被均匀地分散在测试作物的头顶上以创建一个“辐射面”，类似于火星上一直存在的辐射场。 尽管固体更容易阻止这些类型的辐射，但其他混杂的因素--包括增加β和α辐射--也可能导致作物腐烂。研究小组对他们的发现并不感到惊讶，他们建议在地球风化层阻挡大部分辐射的地方以建造地下农场。这样做有一个明显的缺点，就是会失去阳光，并且有一个额外的好处，那就是成为一个更可控的环境，LED和温度控制则能填补表面的环境条件。 为了证明研究人员的理论，他们接下来将征用荷兰的一个冷战时期的地堡，看看如果辐射来自外部，同样的辐射实验是否会影响种植在内部的作物。虽然不能直接模拟火星风化层，但这是一种理解人类最终如何在天空中耕种的新方法。

第一批登陆火星的人类殖民者将不得不放弃地球上的许多物质享受，比如享受臭氧层，或者选择放弃养育火星上的基因工程婴儿。幸运的是，这些穷困潦倒的殖民者可能不会放弃一个基本的人间便利就是酒。格鲁吉亚是一个有着8000年葡萄种植传统的国家，它正在把自己的顶级空间和葡萄酒科学家投入到研究如何在火星上种植葡萄的工作中。这个名为IX Millennium项目表面上是对格鲁吉亚第九个千年酿酒计划的肯定，它将涉及火星农业基础设施建设的几个阶段的研究。关键的一步是确定地球上最适合抵御这颗红色星球的强烈辐射、可怕的沙尘暴和剧烈温度波动的葡萄品种。这项研究将有助于在2024年之前为火星上的永久定居点提供水源。这一年，SpaceX公司的创始人埃隆·马斯克(Elon Musk)计划在火星上进行首次载人飞行(NASA希望在本世纪30年代也能这样做）。格鲁吉亚太空研究机构(Space Research Agency)创始人、葡萄酒项目顾问尼科洛兹·多博吉尼泽(Nikoloz Doborjginidze)说：如果有一天我们要在火星上生活，格鲁吉亚需要做出贡献，我们的祖先把葡萄酒带到了地球，所以我们可以对火星做同样的事情。 据格鲁吉亚新闻机构报道，新太空葡萄酒项目将于今年晚些时候启动，在首都第比利斯的一家酒店内安装“垂直温室”。在那里，地面到天花板的土壤和种子荚(包括葡萄、草莓和芝麻菜)将在水培灯下生长，人类的干扰最小，模拟火星上受控农业荚的可能条件。与此同时，格鲁吉亚葡萄酒专家正在努力研究哪种葡萄品种最适合在火星恶劣的环境中生存。据《华盛顿邮报》报道，未来几年，第比利斯商业技术大学(Business Technology University)的研究人员计划在实验室中模拟火星环境，将土壤样本暴露在零下环境、高浓度的一氧化碳和稀薄的空气中，以模拟“地球上20000英尺(6000米)高的大气压力”。这些实验可能至少要到2022年才会有结果，但科学家们已经预感到，白葡萄酒在这个红色星球上最受欢迎。乔治亚葡萄园实验室主任Levan Ujmajuridze说：白人往往对病毒更有抵抗力。所以，我想它们也能很好地抵抗辐射，他们的皮肤可以反映出来。这些实验可以很好地为未来的火星人提供葡萄藤——但实际的发酵、装瓶和陈酿将取决于他们。目前还没有人确切知道在微重力条件下如何发酵葡萄，但美国宇航局科学家认为这是可能的。乔治亚州研究小组的酗酒实验并不是第一次尝试太空农业。国际空间站(ISS)上的宇航员已经开始在微重力条件下种植沙拉作物，而中国最近部署的嫦娥四号着陆器将尝试在月球上种植土豆和芥蓝(一种类似卷心菜和芥菜的开花植物)。与此同时，百威啤酒(Budweiser)制造商已三次将大麦种子送入太空，希望成为“火星上的第一款啤酒”，而从2011年到2014年，一批阿德莫尔(Ardmore)苏格兰威士忌在国际空间站上度过了三年时间。该项目向地球人表明，即使是一滴古老的纯净水，显然也无法免受微重力的破坏；据报道，这款苏格兰威士忌回家后尝了一口“消毒含片”和“橡胶烟”。