受控生态生保集成试验中植物部件设计与验证

目的设计并验证满足受控生态生保系统集成试验中大气、水以及食物循环需求的植物部件,探索多种高等植物高效生产模式,评估植物连续生产能力。方法以人的营养需求为基础,设计植物栽培面积及种类;通过2人30天CELSS试验平台筛选出适应密闭环境的植物种类,在"绿航星际"-4人180天CELSS集成试验中对植物的生长及生产能力进行验证。结果筛选出25种适应CELSS的植物并优化了栽培条件,评估和比较了不同类植物的生产能力及收获指数,部分粮食及油料作物产量未达预期。结论设计并验证了植物部件在CELSS中的长期运行能力,证明平衡阶段195.36m2可以满足该系统中乘员55%的食物需求,其中28.5m2的种植面积可以完全满足4人对新鲜蔬果的需求。     

密闭系统中四种共培养植物光合作用效率研究

目的 探讨大型密闭系统中几种共培养植物的光合效率等特性,为开展人与植物的物质交换实验提供基础数据.方法 利用受控生态生保系统集成实验平台植物舱开展常压下生菜等4种共培养色拉型蔬菜的光合效率研究.植物共培养面积为36.0 m2;采用Hoagland营养液培养;光源为90％红+10％蓝LED组合光源,光照强度为450μmol·m-2·s-1PPF,光照周期为24 h;根据植物不同生长阶段调节CO2浓度,控制范围为0.2％ ～0.8％.结果 系统运行平稳,环境参数控制状态良好,植物生长状态基本正常;共培养植物产O2量和CO2吸收量平均分别为0.915 kg·d-1和1.204 kg·d-1,植物平均每天能产生约1.1人呼吸所需的O2,同时吸收其排出的CO2.结论 通过该实验,基本掌握植物共培养技术及系统放O2和吸收CO2的能力,可为开展多人多天的受控生态生保系统集成试验研究提供技术支持.     

受控生态生保系统中叶用蔬菜植物品种的筛选

目的为受控生态生保系统筛选合适的叶用蔬菜植物种类及品种。方法在环境参数一致的条件下,对4种散叶生菜品种,1种油麦菜,2种菠菜品种,1种曲麻菜和1种油菜进行栽培,以可食生物产量、营养品质、光合效率和蒸腾效率4个生理特性作为评价指标,对候选植物品种进行筛选。同时在不同CO2浓度(500、1000、1500和2000μmol/mol)和光照强度条件[100、300、500和700μmol/(m2·s)]下对各品种的光合效率和蒸腾效率进行了测量。结果筛选出了“嫩绿奶油”生菜、“大速生”生菜、曲麻菜和四季油麦菜4个植物品种,以及与之相关的适宜CO2浓度为2000μmol/mol,光照强度为700μmol/(m2·s)。结论筛选出的4种植物品种在受控生态生保系统适宜条件下具有较高的可食生物产量、营养品质、光合效率和蒸腾效率等特性,可以作为受控生态生保系统中的生物部件。     

低压低氧条件下莴苣细胞超微结构及基因特性研究

目的 研究低大气压力下莴苣变种四季油麦菜植株在细胞、亚细胞和分子水平上的结构、组成和数量变化特性.方法 在4种不同总压(101,10,20和30 kPa)条件下培养油麦菜植株,生长40 d后进行根尖细胞骨架免疫荧光定位观察,叶片电镜切片超微结构观察和rbcL基因序列分析.结果 随着总压和氧分压降低,细胞数目减少、体积增...     

不同比例红蓝LED光照对油麦菜生长发育的影响

目的研究红蓝单色光对植物生长的影响,探索其作为植物生长光源的可行性。方法采用白、红和蓝发光二极管的光照条件培养油麦菜,分析和比较油麦菜植株在不同光质下的生长状态、生理特性和养分含量的差异。结果红光促进油麦菜茎叶径向生长,蓝光利于其茎叶横向生长和光合色素合成;油麦菜在全红光下不能正常生长,5%~20%蓝光比例能提高其光合和蒸腾速率、光合色素含量、生物量和大量元素含量,改善其荧光特性。25%~50%蓝光比例使光合色素含量进一步增加,但地上生物量明显下降,根冠比显著增加;红蓝单色光增加了单位面积或功率的生物产量。结论红蓝发光二极管可用于培养油麦菜,且蓝光比例为10%的光照条件最有利于油麦菜生长。     

空间蔬菜栽培装置中营养液输送系统的实验研究

目的 为未来的空间站研制一套在空间蔬菜栽培装置中应用的营养液输送系统,并通过地面实验初步证明其可行性。方法 参考国外资料并结合我国实际,进行空间蔬菜栽培装置样机中营养液输送系统的方案论证,方案设计,图纸设计和加工调试等,随后进行植物栽培地面验证试验。结果 营养液能够以毛细作用方式源源不断地输送到植物栽培基质,基质水分含量能够自动控制并按设定值保持恒定,所用生物材料生菜的生长形态和色泽基本正常。结论 初步证明空间蔬菜栽培装置样机中营养液输送系统基本满足空间微重力环境条件对植物营养液输送的要求。     

受控生态生保系统中C2H4去除装置的研制

目的 研制成C2H4去除装置,去除密闭环境植物生长过程中不断产生的微量C2H4气体,为受控生态生保系统大气控制提供有效的方法。方法 根据产品技术指标和性能要求,提出设计方案,并完成产品的加工、安装与调试,最后进行低浓度C2H4去除的验证试验。结果 该装置系统运行良好,其能耗、体积、降解C2H4能力等均满足设计要求。在气体流速为1．0～3．0L／min、相对湿度20％、灯源功率48W条件下,C2H4浓度从0．034mg／kg降至0．010mg／kg以下;从降解产物来看,除CO2和H2O外,基本上无其它有毒副产物产生。结论 该装置结构设计合理,C2H4去除效率高,可作为受控生态生保系统植物栽培体系中微量C2H4污染气体的去除装置。     

空间蔬菜栽培装置地面实验样机研制

目的研制成空间蔬菜栽培装置地面实验样机,以便解决空间环境条件下栽培蔬菜的若干关键技术,为下一步研制空间蔬菜栽培装置样机和上天产品,并最终为在我国空间站实现空间蔬菜生产的实验与应用奠定基础。方法在详细技术方案论证与设计的基础上,进行了部件图纸设计与投厂加工、整机设备安装、调试、试运行和验证实验等。结果该样机栽培室内的温度、相对湿度、风速、总压、O2分压、CO2分压和栽培基质水分含量均实行自动而有效的控制;光源为高效电子荧光灯;平均蔬菜生产量可以 达到60g鲜重·d-1。结论该样机运行平稳,实际性能基本达到了预定的技术指标,部分组件的工作原理能够适应空间微重力环境,从而为今后研制空间蔬菜栽培装置打下了良好基础。     

受控生态生保技术综合实验系统的研制

目的 建成受控生态生保技术综合实验系统，为下一步开展受控生态生保系统的整合实验和系统内物质闭合循环实验研究构建试验平台。方法 在大量方案调研、方案设计和图纸设计的基础之上，通过加工、安装和联合调试等技术手段来实现。结果 该系统容积约为40m^3，其舱内温度、相对湿度、氧浓度、二氧化碳浓度、总压、光照强度、光照周期、栽培基质水分含量和乙烯浓度等参数均得到有效控制，系统运行稳定；栽培系统包括左右两排，每排分为上下两层；栽培床总面积约为8．4m^3，其上下垂直距离电动可调；光源为红色和蓝色两种发光二极管的组合。结论 该试验平台的成功研制，为下一步开展大规模受控生态生保技术整合试验研究创造了必备条件。