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今天是國際植物日,所以我想分享一些我最近很著迷的植物科學。我最近有點著迷於在太空中種植植物的研究,植物如何對微重力做出反應,以及太空農業的潛力。太空中的植物研究側重於為長期太空飛行種植植物,這些植物不僅可以為宇航員提供食物,還可以清除空氣中的二氧化碳,產生氧氣並回收水。植物和宇航員之間的營養和廢物交換可以形成軌道空間站甚至未來太空殖民地的生物再生生命維持系統(BLSS)的基石。
自最早的軌道任務以來,植物就已進入太空,關於種子如何在太空中發芽和生長的實驗已被用來研究植物如何響應光、水和氧氣,而無需考慮植物如何響應重力的混雜變數。雖然植物可以在太空中專門設計的生長室內從種子中生長出來,並且在軌道上飛行的種子可以在帶回地球后生長(例如在阿波羅14號任務期間繞月球執行的月球樹),但經過近 40 年的研究,太空種植的植物才能形成可育的種子並繁殖,從而創造出自給自足的農業。
微重力以多種方式影響植物,改變水如何透過土壤擴散到根部並向上移動到莖,更重要的是,改變空氣如何在植物周圍移動以及氧氣和二氧化碳等氣體如何交換。為了允許在船上繁殖,必須非常精確地控制航天器上的艙室空氣成分以及植物周圍的通風,以促進空氣交換。即使在條件最佳化並且植物可以產生可育的種子之後,微重力的特殊性也會影響植物的新陳代謝,通常會限制植物的健壯性和營養特性。
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氣流的改變以及太空中植物新陳代謝的變化也會對植物的其他特徵產生影響,包括它們的氣味。“隔夜香”是一種微型玫瑰品種,於1998 年搭乘STS-95發現號太空梭進入軌道,以識別太空中花朵的氣味。約翰·格倫,第一位繞地球飛行的美國人,也在這次任務中成為太空中飛行年齡最大的人,他在這次任務中進行了頂空分析,以捕捉太空玫瑰的氣味。與在地球上生長的玫瑰的氣味相比,整體香氣令人愉悅,但減弱了很多。對玫瑰揮發性成分的分析表明,雖然氣味總體上有所減少,但玫瑰的主要氣味成分苯乙醇、香茅醇、香葉醇和香葉酸甲酯的產生實際上在太空中有所增加。這種超級玫瑰味的太空玫瑰氣味是根據頂空痕跡重新合成的,並且是資生堂香水禪[PDF]中的主要香味。
太空中的植物可以告訴我們軌道上生命的潛力以及在最終邊界上的家園,還可以告訴我們植物令人驚歎的生物學和化學,正是這些使得地球上的生命成為可能。我著迷於月球樹和太空玫瑰,以及不受重力控制的生長植物根的運動。植物在地球和太空中都令人著迷。