NASA の研究では、宇宙での植物の成長により、無重力が葉の構造から光合成を促進する細胞の解剖学的構造に至る発達にどのような影響を与えるかを調査しました。 NASA のステーション サイエンス 101 によると、研究者らは軌道上の実験室の条件に植物がどのように反応するかを調べるために、さまざまな作物や栽培システムを調査しました。 PESTO として知られる国際宇宙ステーション (ISS) での調査の 1 つでは、宇宙で栽培された小麦の植物が地球上の植物より 10% 高いことが判明しました。この発見は、長期にわたる宇宙ミッション中に作物を栽培できるかどうかを理解するというNASAの広範な取り組みの一環である。 乗組員は月や火星に旅行することがありますが、そのためには地球から数週間、数か月、あるいは数年に及ぶ可能性のある滞在中に自給自足の食料を生産する必要があります。小麦の成長は草丈を超えた変化を明らかにしたPESTO (光合成実験システムのテストと運用) は、2001 年から 2002 年にかけて、ISS での第 4 長期滞在中に実施されました。Triticum aestivum 品種 USU Apogee と特定された小麦は、ステーションのバイオマス生産システム (BPS) 植物成長チャンバー内で栽培されました。研究者たちは、小麦の成長の要因の一つとして重力を調査しました。地球では、重力は植物が成長するための自然な方向の手がかりを提供していましたが、宇宙の無重力環境の場合、その方向の基準は失われます。これにより、研究者は微小重力下で植物の構造がどのように反応し、発達するかを調べる機会が得られました。微小重力は植物の葉の発達と細胞組成に変化をもたらしましたが、植物全体は無傷のままでした。 さらに、無重力環境では、植物の葉緑体も変化しました。これらは光合成が行われ、植物が光エネルギーを化学エネルギーに変換できるようにする細胞構造です。高さの比較だけでは作物の収量を決定するのに十分ではなく、慎重な解釈が必要でした。宇宙で栽培された小麦は、比較に使用された地球上の植物よりも10％背が高かったが、作物がより栄養価があり、より多くの食料を生産するかどうかを検証するには十分ではありませんでした。 実生成長調査と呼ばれる船上での別の調査では、ストレスに関連する特定の遺伝子の発現を変化させることで実生が宇宙条件に順応できることが判明した。 別の研究である植物の重力感知では、植物が重力を感知するのに役立つ植物細胞内のカルシウムレベルの変化を調べました。
ベジ施設で育つ植物のイメージ。 (画像クレジット: ウィキメディア・コモンズ)
植物成長システムは宇宙飛行の実際的な課題に対処しましたNASA は、ISS 内の専用施設を使用して、乗組員の時間、給水、設備によって支えられた環境で植物を栽培する方法に関するソリューションを考案しています。 Veggie として知られる野菜生産システムは、6 つの植物を収容できる低電力栽培室で、作物実験用に調整可能な照明と栄養素供給の仕組みが含まれています。受動軌道栄養送達システム (Veggie PONDS) は、小さな水タンクを備えたホルダーを使用することで、別のアレンジメントを提供します。これらのシステムを使用すると、研究者は、従来の散水が地球上の散水とは異なる動作をする環境で、根に水分を供給する方法をテストできます。 その過程で別の問題が判明しました。植物は水だけでなく根の周りの空気も必要とするため、水の管理が技術的な課題であり続けました。 NASA の植物水管理調査では、両方を供給できる水耕栽培法をテストしましたが、XROOTS 研究では、他の施設と同様に、陸地土壌を使用せずに植物を栽培するための水耕栽培と空中栽培のアプローチを調査しました。Advanced Plant Habitat は、管理された植物研究のための別の施設を提供しました。 密閉された栽培室内では、赤、青、緑、および広域スペクトルの白色 LED 照明が使用されました。そのシステムには 180 個以上のセンサーが埋め込まれており、研究者たちは植物の周囲の温度、酸素含有量、湿気などの状態を監視しました。さらに、このシステムは、運用が管理されている NASA のケネディ宇宙センターの研究者に情報を提供し、宇宙飛行士が担当していた日常的な注意を軽減することができます。しかし、NASA の植物実験はこれで終わりではありません。彼らは小麦以外にも研究を広げました。 Veg-04A と Veg-04B の調査ではミズナを栽培し、Veg-05 では異なる照明条件でトマトを調査しました。研究者らは、作物の収量、栄養成分、微生物レベルを地球上で栽培されている植物と比較しました。 Plant Habitat-04 では、植物と微生物の相互作用を調査し、宇宙で栽培された唐辛子の風味と食感を評価しました。
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