生物再生生命保障系统内的植物相关微生物研究进展

生物再生生命保障系统(bioregenerative life support system,BLSS)是建立月球/火星基地等长期载人航天任务的关键技术之一。植物单元在这一系统中发挥着重要的功能。植物微生物对封闭环境下植物的生长发育以及整个BLSS的稳定运行都有着至关重要的作用。本文详细介绍了生物再生生命保障系统内的植物相关的微生物研究进展,对于我国开展生物再生生命保障系统的研究具有参考价值。

生物再生生命保障系统内候选动物蛋白—蚕的研究进展

为在未来进行长期远距离的深空探测,有必要在月球或火星基地建立为航天员提供基本生命保障和生活物资的生物再生式生命保障系统。系统内生产动物蛋白对航天员的食谱和提高系统的闭合性及稳定性都有重要意义。结合目前研究现状,详细介绍了生物再生式生命保障系统中候选动物蚕的情况,分析了当前研究存在的问题,并展望了今后的研究方向,为我国开展有关研究提供参考。

生物再生生命保障系统中小麦秸秆好氧生物处理及其微生物群落演替

为解决生物再生生命保障系统(BLSS)中植物不可食秸秆等固体废物处理问题,采用微生物发酵技术对小麦秸秆进行处理。通过正交实验对发酵温度、初始含水率及碳氮比3个因素进行优化,在最优条件下采用BLSS固废生物转化器进行验证,并分析固废生物转化器发酵过程中微生物数目及群落结构演变。实验结果表明:最优发酵条件为温度55℃、初始含水率60%、碳氮比30:1,该条件下摇瓶和固废生物转化器中降解效率分别为42.5%和56.3%。微生物总数达到3.27×10^7个/mL。基质中微生物多样性显著,群落结构发生明显变化,种属多样性有下降趋势,而与纤维素降解等功能相关的优势菌群Bacillus(芽胞杆菌属)、Thermolactis(热乳芽胞杆菌)、Scopulariopsis(帚霉属)及Aspergillus(曲霉属)等丰度明显上升。研究结果为BLSS中植物固废提供高效的生物处理方法,并为植物固废处理微生物菌剂制备提供参考。

密闭舱室内微生物污染问题及其防控体系

载人空间站、星球基地、星际飞船中温湿度等环境条件适宜,如不采取有效的监控措施,可能会出现微生物大量繁殖。在空间舱室环境中很多微生物活性更高,其对材料腐蚀性更强,且由于人类在空间舱室环境下免疫力降低,因此致病危险更大。为此概述了空间站发展到现在所面临的微生物污染问题,分析了空间微生物污染的三种主要来源包括人体内和体表、航天器系统生产过程、货运飞船,指出了空间站微生物污染对人类健康和对材料腐蚀两方面的危害,介绍了国际空间站的微生物安全保障措施,其中包括空间舱室微生物污染监测体系和飞行前后密闭舱室内微生物污染防控体系。在分析美俄实践经验的基础上,提出了我国空间站微生物污染防控体系方案设想,为解决我国密闭舱室微生物污染问题提供了参考。

空间舱室内易滋生微生物的部位特点和在轨防控措施

针对空间舱室微生物污染及微生物清除问题,指出空间舱室内空气流动性差、潮湿以及经常和人体皮肤发生接触的部位容易滋生微生物,阐述了目前使用的细菌过滤元件、便携式除菌装置、舱内抑菌材料、舱内检测及定期清洁等控制措施,并从空间站建设、运行期间微生物清洁控制方面提出在轨防控的建议,为我国空间站建设和运行管理提供参考。

影响植物栽培的空间飞行因素

植物栽培是空间站和空间生保系统的重要研究课题,因其不仅可以参与水气循环维持系统的稳定,而且可以为航天员提供新鲜蔬菜,供应多种维生素和微量元素,并有一定的抗辐射和抗氧化作用,对航天员的生理和心理健康都有积极意义。进行空间植物栽培必须要考虑到空间飞行因素对植物生长发育的影响。空间飞行因素主要可分为三类:外部因素(宇宙辐射、真空、温度),动态(微重力、加速度、振动、噪声)和飞船内部因素(密闭隔离,合成气环境、地磁场缺失、温度与气压波动等)。本文详细介绍了这些因素对植物的影响。