第7课
太空中植物是怎么生长的?
人类一直有探索太空的梦想,除了自身进入宇宙环境,也尝试往太空引入不同的物种。其中,植物就是重要的成员。从20世纪70年代开始,人类就做好了在太空栽种植物的准备。目前进行的太空植物栽培活动,主要在近地轨道展开。那么,适应了地球生态系统的植株,在微重力的太空环境中,会有怎样不同的生命过程呢?
科学家发现了一系列奇妙的现象。
首先,地球上的生物都受地球引力的影响。对于植物而言,植物垂直于地面生长,茎段向上,根段向下。哪怕将植物横向放置,也会出现茎向上弯曲、根向下弯曲的生长现象,这种现象叫作植物的向重力性,也叫向地性。
不过,对于在宇宙飞行器上的植物,它们接受的重力环境不到地面的万分之一。微重力对于植物的生长就没有方向性的指引,一旦植物感受不到光照等外界环境的影响,那么它的生长就会出现一种不定向生长特点。为了让植物可以辨识方向,科学家采用独特的实验装置:植物被固定栽种在琼脂这样的基质中,从而保证植物可以按序生长。
重力的作用不仅体现在生长方向上,还体现在非常重要的繁衍过程中。在地球上,重力可以轻而易举地让花粉扩散在雌蕊柱头上,从而开启授粉和受精事件。不过,在微重力和失重情形下,扩散的花粉大多会飘浮在空中,很难留在柱头上。即便有花粉在柱头散落,也会因为花粉粒数量稀少而导致花粉萌发率降低,拖慢了花粉管的伸长,从而影响植物培养下一代。要想解决这一问题,研究者可以在植物培养箱中添加气流系统。通过上述装置,种子就可以完成正常的发芽、生长和开花等过程。
总体而言,水分传导和气体交换等特性在空间微重力下与地面有诸多差异,因此,在太空植物栽培过程中,曾出现根系过涝和缺氧现象。那么,在太空微重力的环境下,植物能否完成相应的发育过程呢?到目前为止,科学家采用拟南芥(一种生物学中的经典模式植物),在空间站完成了多次种子生长、繁殖、发育实验。由此可知,如果培育条件适当,那么植物就可以正常地完成发育的全过程。除了模式植物拟南芥,目前已经有四十多种植物进入太空,包括洋葱、生菜等食用级植物和兰花、玫瑰等观赏级植物,它们在各种太空植物栽培设施中,陪伴人类走出地球。不过,这并不是终点。在未来,科学家将继续突破,期待为宇航员建立一个“太空农场”,从而实现自给自足的食物来源。毕竟,未来人类探索星际活动会朝距离更远、时间更长的方向前进,对于物质和能源的需求不能只依赖地球供给,因此,植物在未来物质循环系统中会成为重要的一环,科学家也会朝这个方向迈出更坚实的一步。