微重力适配控释肥的开发及其在空间站植物栽培中的应用：提升CELSS食物再生能力的关键研究

本研究成功开发了一种适用于微重力环境的控释肥（CRF），并在天宫空间站进行了生菜栽培实验。该CRF通过匹配植物在微重力下的营养吸收曲线，显著提高了养分利用效率。实验表明，空间栽培的生菜长势良好、产量接近地面对照，且无营养缺乏或盐胁迫症状。该研究为长期深空任务中的受控生态生命支持系统（CELSS）提供了关键技术支撑，推动了空间科学、农业工程与植物生物学的跨学科融合。

　　

空间蔬菜培养系统（SVG）

空间蔬菜培养系统（SVG）是为天宫空间站植物实验开发的栽培系统，由四个相同的植物培养装置组成（太空中的SVG A和B，地面的C和D）。每个装置配备12个独立培养杯，提供0.12 m²的培养面积。杯内预置由处理过的植物秸秆制成的人工基质，并添加控释肥（CRF）颗粒。

微重力模拟下生菜的营养吸收曲线

通过定期采样和营养测试，明确了生菜（Lactuca sativa var. rosa）在90天内的营养吸收规律，并绘制了模拟微重力和正常重力下的营养吸收曲线（图3）。在模拟微重力条件下，生菜对三大营养元素的吸收速率和吸收量均显著低于正常重力。营养吸收减少可能由多种因素引起。

结论

本研究基于模拟微重力下植物的营养吸收特性，开发了专用于空间植物栽培的CRF。该CRF的营养释放曲线与植物营养吸收曲线相匹配。CRF的最佳施用剂量确定为3.5 g/L，以4:6的比例埋置于基质中下层时效果最佳。在天宫空间站的植物栽培实验中，基质的电导率始终保持在150–300 mS/m的最佳范围内。微重力导致基质中的养分分布呈现上富下贫的模式，与地面情况相反。空间生长的生菜发育良好，产量与地面对照相当，未观察到营养缺乏或盐胁迫症状。与营养缺乏（LsNLP、LsPHT1、LsWRKY）和耐盐性（LsSOS1）相关基因的表达水平与地面对照相当，表明营养供应充足。此外，微重力诱导生菜提前抽薹和开花。对返回样品的分析表明，激素分布发生改变，开花相关基因（LsFT、LsSOC1、LsLFY）表达上调。