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  太空生物學（Astrobiology）顧名思義就是研究生物和外空間物體的相互作用的科學。其中一個重要課題就是地球上的生物能夠在太空與外星環(huán)境下生存，并進一步改造外星環(huán)境使之更適于地球生物。雖然現(xiàn)在我們已經(jīng)能夠在空間站上開展太空環(huán)境下的相關研究，但由于技術限制，我們還沒辦法在外星直接進行這樣的研究工作。

中國天宮空間站中的生菜與小麥培養(yǎng)實驗（轉自中國載人航天官網(wǎng)）

  但科學家們還是想盡辦法在地球上開展太空生物學研究。他們結合太空觀測數(shù)據(jù)，合理推測外星球的環(huán)境條件，通過控制光強、光譜、光周期、大氣組成、營養(yǎng)條件等來模擬外星的環(huán)境條件來培養(yǎng)地球上的藻類和植物，然后利用葉綠素熒光技術為代表的植物表型分析技術來評估其生長狀態(tài)，尤其是這些藻類和植物能否穩(wěn)定地進行光合作用。

葉綠素熒光成像技術廣泛應用于藻類、植物生長狀態(tài)與光合生理評估，左圖：基因編輯擬南芥抗病毒檢測；中圖：利用微藻進行高通量環(huán)境毒性生物標記檢測；右圖：國際空間站使用FluorPen葉綠素熒光儀進行植物生長狀態(tài)檢測

下面我們通過兩個微藻相關研究案例來說明相關的太空生物學技術方案：

案例一、藍藻利用火星風化層來支持火星殖民

  葡萄牙阿威羅大學的科學家研究了3種藍藻（柱孢魚腥藻Anabaena cylindrica、念珠藻Nostoc muscorum和鈍頂節(jié)旋藻Arthrospira platensis）和1種綠藻（小球藻Chlorella vulgaris）能否利用火星現(xiàn)有資源生活。他們利用美國月球和小行星表面科學中心提供的火星風化層模擬物（MGS-1）制作成水提物，之后將這幾種微藻分別培養(yǎng)在純水、火星風化層水提物和17%螺旋藻培養(yǎng)基中，定期測量其光密度OD440并使用FluorCam葉綠素熒光成像系統(tǒng)測量其最大光化學效率Fv/Fm。

  OD440動態(tài)曲線表明微藻生物量的生長變化，而Fv/Fm的高低則直接反映微藻光系統(tǒng)活性以及受損程度。這兩項數(shù)據(jù)結果表明，在火星的營養(yǎng)條件下，念珠藻的生長狀況是最好的，而鈍頂節(jié)旋藻和小球藻則幾乎無法生存。因此念珠藻應該成為未來研究的目標，不僅因為它們在氧氣生產(chǎn)中的作用，也因為它們可以被用作食物來源。

4種微藻在不同培養(yǎng)基中的OD440動態(tài)曲線和Fv/Fm動態(tài)曲線

案例二、實驗室模擬藍藻在M矮星的宜居性

  近十年的研究發(fā)現(xiàn)，40%的M矮星擁有“超級地球”（最小質量在1到30個地球質量之間，軌道周期短于50天，半徑介于地球和海王星之間）。但M矮星的光譜特性與太陽有很大的差別，其波長更長，在可見光范圍內(nèi)主要集中在遠紅光區(qū)（FR）。而藍藻由于可以合成葉綠素d和葉綠素f，因此可以使其光合利用波長延長至750nm。

左圖：M矮星示意圖；右圖：太陽G2與M矮星M7的光譜曲線

由此，意大利國家天文物理研究所、蘇黎世聯(lián)邦理工學院等合作，控制培養(yǎng)光譜、光強、大氣組分（CO₂濃度）、溫度等環(huán)境條件，檢測Chlorogloeopsis fritschii PCC 6912、Chroococcidiopsis thermalis PCC 7203、Synechococcus PCC 7335、Synechocystis sp. PCC 6803這4種藍藻在太陽光、M矮星M7光譜、遠紅光下的生長狀況，從而評估這些藻類在M矮星的宜居性。

微藻的生長和光合狀況主要使用FluorCam葉綠素熒光成像系統(tǒng)進行檢測。葉綠素最小熒光F₀（也稱原初熒光、本底熒光）在很大程度上與葉綠素濃度和微藻細胞數(shù)正相關，因此F₀增長率被用來衡量生長量的變化。最大光化學效率Fv/Fm則直接反映其光合效率。結果很令人驚訝，所有微藻在M7光譜條件下的生長狀況與在太陽光下類似，而且遠好于只在遠紅光下的生長狀況。M7這種奇異光譜的可見光與遠紅光比例可能是其中的關鍵因素。

4種藍藻在太陽光、M7光照、遠紅光下的Fv/Fm

4種藍藻在太陽光、M7光照、遠紅光下的照片和F0增長率

易科泰微藻太空生物學技術方案

1. 智能培養(yǎng)與在線監(jiān)測

• 全LED光源，培養(yǎng)光強最高達3000 μmol photons m^-2 s^-1，光譜組成可根據(jù)用戶需求定制
• 實時調控光強、光譜、光周期、溫度、氣體組分等，并可配備恒化（恒定pH）或恒濁（自動補充培養(yǎng)基并恒定OD）培養(yǎng)模塊，實現(xiàn)穩(wěn)定半連續(xù)培養(yǎng)
• 實時在線檢測葉綠素熒光、OD光密度、溫度、pH、溶解氧、溶解CO₂等
• 容積包括100ml、400ml、1000ml、3000ml、25L、100L等，可靈活定制

2. 藻類葉綠素熒光與表型成像技術

• 測量樣品包括大型藻、微藻（液體/固體培養(yǎng)基均可）?？裳芯课⒃迦后w，也可連接顯微鏡研究單個藻類細胞
• 可測量葉綠素熒光成像、高光譜成像、UV激發(fā)熒光成像等，無損檢測藻類生長狀況、光合生理、脅迫抗性、色素組成等
• 儀器型號和配置功能靈活多樣，可根據(jù)客戶實際需要靈活定制

參考文獻：

1. Macário I P E, Veloso T, Frankenbach S, et al. Cyanobacteria as candidates to support Mars colonization: growth and biofertilization potential using Mars regolith as a resource. Frontiers in Microbiology, 2022, 13.
2. Claudi R, et al. Super-Earths, M Dwarfs, and Photosynthetic Organisms: Habitability in the Lab. Life 11(1): 10

北京易科泰生態(tài)技術公司提供藻類培養(yǎng)與表型研究全面技術方案：

• AquaPen、FluorCam藻類葉綠素熒光/多光譜熒光技術
• SL3500、AlgaeTron/FytoScope智能LED光源與生長箱
• SpectraPen/PolyPen、Specim高光譜測量技術
• FKM多光譜熒光動態(tài)顯微成像系統(tǒng)
• FMT150藻類培養(yǎng)與在線監(jiān)測系統(tǒng)
• MC1000 8通道藻類培養(yǎng)系統(tǒng)
• ET-PSI多功能藻類培養(yǎng)與在線監(jiān)測系統(tǒng)
• AlgaTech?高通量藻類表型成像分析平臺