Выращивание растений в космосе в рамках исследований НАСА позволило изучить, как невесомость влияет на развитие, начиная со структуры листа и заканчивая его клеточной анатомией, которая управляет фотосинтезом. По данным НАСА Station Science 101, исследователи исследовали различные культуры и системы выращивания, чтобы определить, как растения реагируют на условия на борту орбитальной лаборатории. Одно из таких исследований на борту Международной космической станции (МКС), известной как ПЕСТО, показало, что растения пшеницы, выращенные в космосе, оказались на 10% выше, чем на Земле. Полученные результаты являются частью более широкой инициативы НАСА, направленной на понимание того, можно ли выращивать сельскохозяйственные культуры во время длительных космических миссий. Экипажи могут отправиться на Луну или Марс, и это требует самостоятельного производства продуктов питания, чтобы они могли поддерживать себя во время пребывания вдали от Земли, которое может длиться неделями, месяцами или годами.Рост пшеницы выявил изменения, выходящие за рамки высоты растенияPESTO, сокращение от «Испытание и эксплуатация экспериментальных систем фотосинтеза», проводилось во время 4-й экспедиции на борту МКС в период с 2001 по 2002 год. Пшеница, идентифицированная как сорт Triticum aestivum USU Apogee, выращивалась в камерах для выращивания растений Системы производства биомассы (BPS) станции.Исследователи рассматривали гравитацию как один из факторов роста пшеницы. На Земле гравитация давала растениям естественные сигналы направления роста, но в случае невесомости в космосе эта привязка направления была потеряна. Это дало исследователям возможность изучить, как структуры растений реагируют и развиваются в условиях микрогравитации.Микрогравитация изменила развитие листьев и клеточный состав растения, но растение в целом осталось невредимым. Кроме того, в невесомости менялись и хлоропласты растения; это клеточные структуры, в которых происходит фотосинтез и которые позволяют растениям преобразовывать световую энергию в химическую энергию.Одного сравнения высот было недостаточно для определения урожайности, и оно требовало тщательной интерпретации. Хотя пшеница, выращенная в космосе, была на 10% выше, чем земные растения, использованные для сравнения, этого было недостаточно, чтобы проверить, имеет ли эта культура большую пищевую ценность или дает ли она больше продуктов питания. Другое исследование на борту корабля, получившее название «Расследование роста саженцев», показало, что саженцы смогли адаптироваться к космическим условиям, изменив экспрессию определенных генов, связанных со стрессом. Отдельное исследование Plant Gravity Sensing изучало изменения уровня кальция в растительных клетках, которые помогают растениям обнаруживать гравитацию.
Изображение растений, растущих на предприятии Veggie. (Изображение предоставлено: Wikimedia Commons)
Системы выращивания растений решили практические проблемы космических полетовНАСА использует специальные объекты на борту МКС, чтобы найти решения о том, как выращивать растения в условиях, в которых необходимы время экипажа, водоснабжение и оборудование. Система производства овощей, известная как Veggie, представляет собой маломощную камеру для выращивания, вмещающую шесть растений и включающую регулируемое освещение и систему подачи питательных веществ для экспериментов с сельскохозяйственными культурами.Пассивная орбитальная система доставки питательных веществ, или Veggie PONDS, предлагает другую схему использования держателей с небольшими резервуарами для воды. Эти системы позволяют исследователям тестировать методы доставки влаги к корням в среде, где обычный полив ведет себя иначе, чем полив на Земле. По пути была выявлена еще одна проблема: растениям требуется не только вода, но и воздух вокруг их корней, а управление водными ресурсами по-прежнему остается технической проблемой. В ходе исследования НАСА по управлению водными ресурсами растений был протестирован гидропонный метод, который может обеспечить и то, и другое, в то время как исследование XROOTS изучало гидропонные и аэропонные подходы к выращиванию растений без наземной почвы, как это делают и другие предприятия.Advanced Plant Habitat предоставил отдельный объект для контролируемых исследований растений. В закрытой камере выращивания использовалось светодиодное освещение красного, синего, зеленого и белого цветов широкого спектра. С помощью более чем 180 датчиков, имплантированных в систему, исследователи отслеживали условия, включая температуру, содержание кислорода и влажность вокруг растений. Более того, система могла бы передавать информацию исследователям в Космическом центре Кеннеди НАСА, где контролируется ее работа, уменьшая рутинное внимание, за которое отвечали астронавты.Однако эксперименты НАСА на растениях на этом не заканчиваются; они также расширили свои исследования за пределы пшеницы. В исследованиях Veg-04A и Veg-04B выращивалась горчица Мизуна, а в Veg-05 исследовались помидоры при различных условиях освещения. Исследователи сравнили урожайность сельскохозяйственных культур, питательный состав и уровень микробов с растениями, выращенными на Земле. Plant Habitat-04 исследовал взаимодействие растений и микробов и оценил вкус и текстуру перца чили, выращенного в космосе.
