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浮萍是一种难以置信的抗辐射宇航员食物——通过改变它的生长

当前工业化的食物系统被优化为一个单一的目标——用最少的钱生产最多的食物。但当空间和供给有限时——比如在太空旅行中——你需要优化不同的目标集,以满足你要喂养的人的需求。

美国国家航空航天局(NASA)和太空健康转化研究所(Translational Research Institute for Space Health)要求我的实验室研究如何种植一种可食用植物,用于长期的太空任务。在这种任务中,新鲜、有营养的食物必须在紧张的环境和有限的资源下生产。为了做到这一点,我们求助于一种叫做浮萍的植物。

浮萍是一种生长在池塘表面的小型漂浮植物。它在亚洲很常见,但在美国主要被认为是一种有害植物,因为它可以迅速占领池塘。但浮萍是一种了不起的植物。它是地球上生长最快的植物之一,是地球上蛋白质密度最高的植物,还能产生丰富的重要微量营养素。其中两种微量元素是抗炎症的抗氧化剂玉米黄质和叶黄素。玉米黄质是两种物质中最有效的一种,但是很难从大多数绿叶植物中获得,因为生长迅速的植物只有在极亮的灯光下才能积累玉米黄质。

我向空间健康转化研究所提议,除了最大限度地提高营养、空间和资源效率,我们还试图优化这些抗氧化剂的生产。

一点点的实验,我们的团队决定,在相对低强度light-less一半一样强烈的中午太阳在晴朗的夏天day-duckweed积累更多的玉米黄质比其他快速增长的植物在充足的阳光下,同时仍然保持相同的令人难以置信的增长速度和其他营养属性使它完美的植物空间农场。

我们还在测试另一种策略,即在更低强度的光线下生长浮萍,但会用一些高强度的脉冲光来补充这些光级。在其他的植物中,我的团队发现这可以引发大量的玉米黄质积累和快速生长,而且与宇宙飞船相关,能源消耗更少。

从这些实验中,我们计划了几个定制的生长条件来优化玉米黄质生产,以适应各种不同的应用——无论是宇宙飞船、温室还是户外。

由于太空中的电离辐射,宇航员容易受到细胞氧化引起的慢性炎症和疾病。玉米黄质和叶黄素已经被证明可以对抗辐射损伤和眼疾,眼疾是另一种宇航员会遇到的常见健康问题。

许多必需微量营养素的保质期是有限的,通常只有几个月。随着宇航员开始执行更长的任务,他们获得这些抗氧化剂的唯一途径就是在飞船上培育它们。

虽然我们知道强烈的光线会让浮萍和其他植物产生玉米黄质,但当光线下降时,植物会迅速将其从叶子上除去。为了满足生产大量玉米黄质这一特定挑战,还需要做更多的工作来研究如何诱导绿叶蔬菜在收获后保留玉米黄质。

我们的项目使用在无菌环境中生长的浮萍——我们使用去除浮萍漂浮的水中通常存在的微生物的植物。既然研究人员知道优化土壤微生物可以提高植物的生产力,我们的下一个目标就是通过试验有益的微生物群落来探索进一步提高浮萍生产力的机会。

在地球上,浮萍已经被广泛种植,浮萍沙拉可能会成为许多未来太空探险者的主食。但这项工作也证明了粮食生产的双赢解决方案是可能的。

有了正确的技术诀窍,就有可能对植物生长过程中的一些变量进行微小的改变,从而使它们产生更多的微量元素。对其他作物采取类似的方法可以造福世界各地的人们,而不仅仅是宇航员。在地球上,在像我们这样的科学研究的支持下,人们种植粮食的方式的微小变化,提供了极大地改善粮食生产系统的机会,从而使他们需要更少,生产更多,并使人们更健康。

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