Эксперименты с высшими растениями на борту Российского сегмента МКС (1078511)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

Эксперименты с высшими растениями на бортуРоссийского сегментаМеждународной космической станцииВ.Н.Сычев*, М.А.Левинских*, И.Г.Подольский*, Г.Е.Бигхем**,М.Сугимото**** Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Государственныйнаучный центр Российской Федерации – Институт медико-биологических проблемРоссийской академии наук (Москва, Россия)** Университет штата Юта, Лаборатория космической динамики (Логан, Юта, США)*** Универститет Окаямы, Институт биоресурсов (Окаяма, Япония)Одной из важнейших задач космической биологии и медицины являетсярешениекомплексапроблем,связанныхсмедико-биологическимобеспечением жизнедеятельности человека в экстремальных условияхкосмического полета. В перечень этих проблем входятсозданиянадежныхиэффективновопросыработающихсистемжизнеобеспечения (СЖО).

Исследования в этом направлении являютсяне менее актуальными, чем создание соответствующих техническихсредств для освоения космического пространства.Для длительных межпланетных космических полетов и планетарных баз(поселений),когдасвязьсбиосферойЗемлибудетполностьюотсутствовать, СЖО человека должна строиться на основе регенерациисреды обитания из продуктов его жизнедеятельности за счет физикохимических и биологических процессов.

Человек является продуктомэволюции биосферы Земли, поэтому очевидно, что оптимальной средойдляегосуществованияявляетсясредаобитания,создаваемаяспомощью биосферных механизмов [1]. Исходя из этого, создание СЖОна основе биологического круговорота веществ - биологических системжизнеобеспечения (БСЖО) - является одним из важных направленийисследований в пилотируемой космонавтике.Сегодня существует понимание того, что включение биологическихпроцессов(пожизнеобеспечениякрайнейбудущихмере,оранжереи)межпланетныхвсоставэкспедицийсистемпозволитсформировать полноценную среду обитания в космическом корабле,адекватную долговременным биологическим потребностям человека, ибудет способствовать устранению некоторых возможных последствийдлительного пребывания человека в искусственной (абиогенной) средеобитания.По мнению многих специалистов [2-6], оранжерея в составе СЖОмежпланетных экспедиций, скорее всего, будет предназначена длявыращивания овощных культур, в основном салатных и пряно-вкусовых.Согласно диетологическим исследованиям, суточная норма потреблениясалатных культур для одного человека составляет в среднем около 100 гсырой биомассы [7].

Для обеспечения суточной нормы салатных культурврационепитанияэкипажамежпланетнойэкспедиции,которыйпредположительно будет состоять из 6 человек, необходимо выраститьдо 600 г сырой биомассы. Средняя продуктивность зеленных культур вназемных экспериментах по отработке культивирования в макетахкосмическихоранжерейныхустановокприсопоставимыхусловияхсоставляет в среднем около 100 г сырой биомассы/м 2 сутки. При этомследует учитывать, что продуктивность посева растений в оранжерее взначительнойстепенизависитотзатратэлектроэнергии,типаисточников освещения, конструкции блоков освещения и вегетационныхсосудов,количестваикачествакорнеобитаемойсреды,наличиямикропримесей в газовой фазе, от видовой и сортовой принадлежностивыращиваемых растений и пр.

Исходя из этого, предварительныерасчеты показывают, что для обеспечения необходимого производствасыройбиомассысалатныхкультурнабортумарсианскогоэкспедиционного корабля (МЭК) необходимо иметь около 10 м2 посевнойплощади.Однако для того, чтобы реализовались эти планы, необходимо понять,способны ли растения расти, развиваться и размножаться в условияхкосмического полета, способны ли они обеспечить ту же продуктивностьпосева, как и на Земле. С этой целью на борту Российского сегментаМеждународной станции в период с 2002 по 20101 год была проведенасерия из 16 экспериментов «Растения» с использованием космическойоранжереи «Лада» (Рис. 1).Рис.

1. Оранжерея «Лада» на борту служебного модуля РС МКСКосмическаяоранжерея«Лада»быласозданадляпроведенияэкспериментов с растениями на борту РС МКС [8-10]. В связи стребованиями по ограничению времени работы космонавтов, массыоборудованияи его энергопотребления оранжерея имеет небольшиеразмеры (еѐ посевная площадь составляет всего около 340 см 2, аэнергопотребление составляет около 60 Вт).С целью изучения генетических последствий при выращивании растенийв ряду поколений на борту Российского сегмента (РС) Международнойкосмической станции (МКС) в космической оранжерее «Лада» былопроведено5экспериментовпокультивированиюгенетическимаркированных растений карликового гороха.Объектами исследований являлись растения генетически маркированныхкарликовых линий гороха (Pisum sativum L,) из коллекции кафедрыгенетикииселекцииБиологическогофакультетаМГУим.М.В.Ломоносова.

Растения линии 102 имеют высоту стебля от 15 до 22см, форма листа – акациевидная, окраска лепестков – белая, окрасканезрелых бобов – желтая. Растения линии 131 имеют высоту стебля от25-30 см, их листовая пластинка трансформирована в разветвленныеусики, окраска лепестков – розово-лиловая, окраска незрелых бобов –зеленая (Рис. 2).Рис. 2. Растения гороха линий 102 (а) и 131(б) в оранжерее «Лада» на борту РС МКС вэксперименте в ходе 6-й основнойэкспедицииРис. 3. Борт-инженер МКС-6 Николай Бударин ведетэксперимент с первым поколением растений гороха.Эксперимент «Растения-2/Лада-2» (20 марта 2003)В первом эксперименте, во время полета МКС-6 из двух генетическихмаркированных линий гороха, для дальнейшихисследований былавыбрана линия 131. При проведении экспериментов на борту РС МКС вкорневой модуль оранжереи «Лада» высевали 8-10 семян гороха линии131, при этом в оранжерее из-за ее малых размеров к концу вегетацииполучали развитие обычно 6-7 растений (Рис.

3).После окончания каждого эксперимента, когда растения достигалистадии полного созревания, космонавты срезали бобы с семенами ипомещали в пластиковые пакеты с силикагелем. Семена из частисрезанных бобов впоследствии использовали на борту РС МКС дляпосева в космическую оранжерею «Лада» для выращивания растенийследующегопоколения.Сухиерастениясоставшимисябобамидоставляли на Землю для проведения дальнейшего анализа.На основании проведенных исследований можно сделать вывод о том,что впервые в мире в условиях космического полета на борту РС МКСполученочетырепоследовательныхпоколениясемянгенетическимаркированной линии гороха. Показано, что характеристики роста иразвития растений гороха различных линий при выращивании в течениеполногоциклаонтогенезасущественнымобразомнеконтрольнымвариантом.вкосмическойизменяютсяВпервыеповоранжереесравнениюмиресс«Лада»наземнымиспользованиеммолекулярного метода RAPD – праймеров (Random Amplified PolymorphicDNA) по 10 маркерам и анализа хромосомных аббераций показано, что урастений, прошедших четырекосмическогополета,неполных циклавыявленразвития в условияхгенетическийполиморфизм,чтопозволяет говорить об отсутствии влияния факторов космическогополета нагенетический«космическом»аппаратпоколениях.растенийАнализвпервомрезультатовпо-четвертомвыращиваниючетырех последовательных генераций гороха линии 131 позволяетговорить о том, что растения можно длительное время, сопоставимое сдлительностьюкосмическогомарсианскойполетабезэкспедиции,потеривыращиватьрепродуктивныхвусловияхфункцийиформировать при этом жизнеспособные семена [10-12].Было проведено сравнительное исследование кариотипов «космических»и «земных» образцов карликового гороха линии 131 с использованиемметодов С/DAPI-дифференциального окрашивания и флуоресцентнойгибридизации in situ (FISH) с пробами рибосомных генов.

Изучениерисунков С/DAPI-окраски и картина распределения сайтов гибридизациине выявила значимых различий между кариотипами всех изученных«космических»и«земных»образцовибылахарактернадлябольшинства сортов этого вида, выращиваемых в обычных условияхкультивирования.Проведенноеисследованиепоказаловысокуюстабильность кариотипов у растений гороха, выращиваемых в оранжерее«Лада» на борту РС МКСв течение нескольких поколений. Этоподтверждает вывод, сделанный выше, что факторы космическогополетанеоказываютсущественноговлияниянакариотипическиехарактеристики гороха, что может служить дополнительным аргументомв пользу возможности длительного культивирования растений в рядупоколений в составе фотоавтотрофного звена систем жизнеобеспечениямежпланетных экспедиций [13].Дляпроведениядетальныхгенетических,биохимическихимикробиологических исследований, в период с ноября 2008 года по март2010, совместно с американскими и японскими исследователями былаосуществлена серия экспериментов, в которых выращенная биомассарастений мизуны (Рис.

4), редиса (Рис. 5) и ячменя (Рис. 6) после срезкизамораживалась в холодильникеMELFI при -80С (Рис. 7) и взамороженном виде доставлялась на Землю на борту космическогокорабля “Спейс шаттл”.Рис. 4. Командир МКС-17 Сергей Волковснимает урожай мизуныРис. 5. Командир МКС-197 Геннадий Падалка уоранжереи «Лада» с растениями редисаОдним из важных результатов, полученных в этой серии экспериментов,является результат эксперимента «Растения-2/Лада-12» в экспедицииМКС-17, когда в оранжерее «ЛАДА» выращивали в течение 1 месяцаячмень сорта Akashinriki с последующей заморозкой биомассы притемпературе -80ºС в условиях космического полета и доставкой наЗемлю в замороженном виде на борту КК «Спейс Шаттл».Рис. 6. Космический турист Ануша Ансаридемонстрирует корневой модульоранжереи «Лада» с растениями ячменяРис.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов реферата