浮萍是一種難以置信的抗輻射宇航員食品——通過改變它的生長方式，我們讓它變得更好

簡介：

為了適應(yīng)長期太空任務(wù)，研究發(fā)現(xiàn)浮萍這種水生植物具有生長速度快、抗輻射、消炎抗氧化、營養(yǎng)價(jià)值高的特點(diǎn)，可以作為一種優(yōu)質(zhì)食物來源在宇宙飛船中種植。

這種微小的漂浮浮萍非常適合滿足宇航員的營養(yǎng)需求。

(Image: ? Dr. Jared J. Stewart, CC BY-ND)

圖片來源：Jared J. Stewart博士， CC BY-ND

芭芭拉·戴米格-亞當(dāng)斯（Barbara Demmig-Adams），科羅拉多大學(xué)博爾德分校植物生態(tài)學(xué)和分子生物學(xué)教授。

研究概要是對這項(xiàng)有趣的學(xué)術(shù)工作的簡要介紹。

有了什么妙策？

目前的工業(yè)化的糧食系統(tǒng)都是為了一個(gè)目標(biāo)而優(yōu)化的——用最少的錢種出最多的糧食。但是當(dāng)空間和供給有限的時(shí)候，比如在太空旅行中，就需要不斷優(yōu)化不同的目標(biāo)來滿足人生存的需求。

NASA和太空健康轉(zhuǎn)化研究所要求我的實(shí)驗(yàn)室研究出如何種植一種可食用植物，以滿足長期太空任務(wù)的需要。在太空中，新鮮、有營養(yǎng)的食物只能在狹小的空間和有限的資源下生產(chǎn)。為此，我們寄希望于一種叫做浮萍的植物。

浮萍是一種生長在池塘表面的小型漂浮植物。浮萍在亞洲通常會(huì)被吃掉，但在美國主要被認(rèn)為是有害植物，因?yàn)樗梢匝杆僬碱I(lǐng)池塘。但浮萍很特別。它是地球上生長最快的植物，也是蛋白質(zhì)密度最高的植物之一，還能產(chǎn)生豐富的重要微量營養(yǎng)素。其中兩種微量營養(yǎng)素是可以抗炎癥的抗氧化劑玉米黃質(zhì)和葉黃素。其中玉米黃質(zhì)更為有效，但從大多數(shù)綠葉蔬菜中很難獲取，因?yàn)橹挥性跇O亮的燈光下快速生長的植物才會(huì)積累玉米黃質(zhì)。

我向空間健康轉(zhuǎn)化研究所建議，除了最大限度地提高營養(yǎng)、空間和資源的利用率，也要試著優(yōu)化這些抗氧化劑的生產(chǎn)。

只實(shí)驗(yàn)了幾次，我們的團(tuán)隊(duì)就發(fā)現(xiàn)，在較弱的燈光——即不到晴朗夏日正午陽光一半的光照強(qiáng)度下，浮萍積累的玉米黃質(zhì)比其他快速生長的綠植在全日照下還要多，同時(shí)還保持著和原來一樣不可思議的生長速率和其他營養(yǎng)成分，這使它成為了最適合太空農(nóng)場的植物。

我們也在測試另一種方法，在更低強(qiáng)度的光照下種植浮萍，但是會(huì)用一些高強(qiáng)度的光脈沖來補(bǔ)充光照度。我的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)這也可以讓其它植物快速生長并積累大量玉米黃質(zhì)，同時(shí)消耗更少的飛船能量。

通過這些實(shí)驗(yàn)，我們設(shè)置了一些特定的生長條件以優(yōu)化玉米黃質(zhì)的生產(chǎn)，使其適應(yīng)各種不同的應(yīng)用環(huán)境——不管在飛船里、溫室里還是戶外。

浮萍在高能效低強(qiáng)度光下（左上）和在強(qiáng)光下（右下）生長得一樣快。(圖片來源:Jared J. Stewart博士，CC BY-ND)

為什么這很重要？

由于太空中的電離輻射，宇航員很容易患上由細(xì)胞氧化導(dǎo)致的慢性炎癥和疾病。玉米黃質(zhì)和葉黃素已被證實(shí)可以對抗輻射損傷和眼疾，眼疾是另一種宇航員常有的健康問題。

很多必需的微量營養(yǎng)元素通常只有幾個(gè)月的有限保質(zhì)期。當(dāng)宇航員開始執(zhí)行更長時(shí)間的任務(wù)時(shí)，他們獲取這些抗氧化劑唯一辦法是將植物種在飛船上。

什么是仍然未知的？

我們知道強(qiáng)光讓浮萍和其他植物產(chǎn)生玉米黃質(zhì)，當(dāng)光照度下降時(shí)，植物的葉片會(huì)迅速失去玉米黃質(zhì)。為了應(yīng)對生產(chǎn)的大量玉米黃質(zhì)的特殊挑戰(zhàn)，需要做更多的工作來誘使綠葉蔬菜在收獲后保留玉米黃質(zhì)。

下一步該做什么

浮萍本身就是一種高效的營養(yǎng)素生產(chǎn)者，但是任何植物都可以被研究和優(yōu)化，使其消耗更少的資源但更有營養(yǎng)。(圖片來源:Marina博士López-Pozo, CC BY-ND)

我們的項(xiàng)目使用了在無菌環(huán)境中生長的浮萍——我們使用的植物去除了浮萍所漂浮的水中通常存在的微生物。由于研究人員知道優(yōu)化土壤微生物可以提高植物生產(chǎn)率，我們的下一個(gè)目標(biāo)將會(huì)是通過有益微生物群落以探索進(jìn)一步提高浮萍生產(chǎn)力的機(jī)會(huì)。

浮萍在地球上已經(jīng)有了多種用途，而浮萍沙拉可能會(huì)成為未來許多太空探險(xiǎn)者飲食中的高蛋白主食。這項(xiàng)工程也證明了糧食生產(chǎn)的雙贏方案是可能出現(xiàn)的。

有了正確的技術(shù)，就有可能對植物生長的幾個(gè)變量進(jìn)行微小的改變，并讓它們產(chǎn)生更多的微量元素。類似的方法被用于其他的作物可以造福世界各地的人們，而不僅僅是宇航員。在地球上，在像我們這樣的科學(xué)研究的支持下，人們種植糧食的方式產(chǎn)生著微小的改變，極大地改善了糧食生產(chǎn)系統(tǒng)，使其消耗更少，產(chǎn)出更多，也更利于健康。

BY: Barbara Demmig-Adams

FY: 嗆嗆

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