​Разработка системы жизнеобеспечения человека для длительных космических миссий – один из наиболее известных проектов красноярских ученых. Очередным этапом в создании технологии полного замыкания биологического цикла стала работа по оптимизации переработки растительных остатков. Ученые предложили использовать полностью окисленную солому пшеницы для восполнения минеральных элементов в почвоподобном субстрате. Показано, что такой подход обеспечивает растения необходимыми питательными веществами и повышает урожайность. Результаты исследования опубликованы в журнале Life Sciences in Space Research

Биолого-технические замкнутые системы жизнеобеспечения (СЖО) человека предназначены для создания и поддержания благоприятных условий для жизни на других планетах или в длительных космических полетах без зависимости от доставки грузов. Такие системы работают на принципах организации внутреннего круговорота с регенерацией кислорода, очисткой воды и производством пищи в результате биологических процессов. 

Одним из главных источников питания и углеводов в системах жизнеобеспечения человека может быть пшеница, однако довольно большая часть биомассы этого растения не потребляется человеком. В результате, в уже проведенных экспериментах с СЖО БИОС-3 в России и «Лунный дворец» в Китае солома пшеница стала одним из основных растительных отходов. Солому довольно сложно переработать из-за ее химического состава и высокого содержания лигнина – «одеревеневших» растительных клеток, что является серьезным препятствием для повторного использования содержащихся в ней минеральных элементов для питания растений. 

В замкнутых системах жизнеобеспечения растительные остатки можно использовать для создания почвоподобного субстрата. Предварительные эксперименты показали, что такой субстрат поддерживает жизнь растений, если сохраняется баланс между скоростями потребления минеральных элементов растениями из субстрата и их восстановления микроорганизмами из растительных остатков. Однако в условиях СЖО такой баланс трудно контролировать из-за биологических особенностей субстрата. 

Исследователи из Федерального исследовательского центра «Красноярский научный центр СО РАН» предложили использовать полностью окисленную до растворимых минеральных элементов солому пшеницы в качестве минеральной добавки к почвенному субстрату. Это позволило повысить продуктивность растений и стало основой для новой стратегии переработки растительных отходов в замкнутых системах жизнеобеспечения. 

Перед добавлением соломы в почвоподобный субстрат её окисляли до усваиваемых форм под действием электрического тока в водном растворе перекиси водорода. Исследователи проверили разные степени разложения соломы. Добавление недостаточно окисленной соломы привело к девятикратному снижению урожайности культивируемых растений. По мнению ученых, это произошло из-за образования недоокисленных продуктов реакции, имеющие ингибирующее, подавляющее, воздействие на растения. И чем больше была недоокислена солома, тем выше их концентрация таких веществ в продуктах окисления. Полностью окисленная солома увеличила урожайность в три раза. Это связано с повышением содержания доступного азота в субстрате, а также таких минеральных питательных веществ как калий, фосфор и сера. 

Такой подход при создании неограниченно долго работающей замкнутой системы порождает еще одну проблему. Для окисления большого количества соломы требуется много перекиси водорода, производство которой энергоемко. К тому же добавление полностью окисленной соломы может повредить основу почвоподобного субстрата, поскольку он состоит из смеси растительных отходов на различных стадиях своего разложения. 

«Мы думаем о том, чтобы разделить солому на две части: одну можно полностью минерализовать перекисью водорода, а другую добавлять в субстрат для сохранения его структуры. Реализация этой стратегии станет целью дальнейших исследований по улучшению корневого питания растений, культивируемых на многократно используемых субстратах в системах жизнеобеспечения», – поделился планами Владимир Величко, кандидат биологических наук, научный сотрудник Института биофизики Красноярского научного центра СО РАН. 

Справочная информация 

Научно-исследовательский комплекс «Замкнутые экосистемы - БИОС» создан в рамках реализации программы «Биологические системы» в Институте биофизики СО РАН. Установка не имеет аналогов, она получила признание всех ведущих космических агентств и впервые в мире позволила в автономном режиме обеспечить жизнь экипажа из 2-3 человек в системе жизнеобеспечения в течение 4-6 месяцев за счет замыкания цикла по воде и газу почти на 100% и пище более чем на 50%. 

Источники

Красноярские ученые пытаются получить безотходный урожай пшеницы в космосе
Сибирское агентство новостей (sibnovosti.ru), 27/07/2020
Красноярские ученые пытаются получить безотходный урожай пшеницы в космосе
Seldon.News (news.myseldon.com), 27/07/2020
Космонавты будут подкармливать пшеницу - пшеницей
Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук (ksc.krasn.ru), 27/07/2020
Во время длительных экспедиций космонавты будут подкармливать пшеницу пшеницей
Красноярский рабочий (krasrab.ru), 27/07/2020
Красноярские ученые пытаются получить безотходный урожай пшеницы в космосе
Новости космонавтики (novosti-kosmonavtiki.ru), 27/07/2020
Космонавты будут подкармливать пшеницу - пшеницей
Наука в Сибири (sbras.info), 27/07/2020
Разработка российских ученых позволит перерабатывать растительные отходы в космосе
НЕсекретные материалы (nesekretno-net.ru), 27/07/2020
Пшеницу в космосе предложили подкармливать пшеницей
Bisnes-sodeistvie.ru, 27/07/2020
Пшеницу в космосе предложили подкармливать пшеницей
Kyivweekly.com, 27/07/2020
Разработка российских ученых позволит перерабатывать растительные отходы в космосе
News2 (news2.ru), 27/07/2020
Пшеницу в космосе предложили подкармливать пшеницей
Рамблер/новости (news.rambler.ru), 27/07/2020
Пшеницу в космосе предложили подкармливать пшеницей
Рамблер/новости (news.rambler.ru), 27/07/2020
Пшеницу в космосе предложили подкармливать пшеницей
Индикатор (indicator.ru), 27/07/2020
Разработка российских ученых позволит перерабатывать растительные отходы в космосе
Национальные проекты: будущее России (futurerussia.gov.ru), 27/07/2020
Разработка российских ученых позволит перерабатывать растительные отходы в космосе
Seldon.News (news.myseldon.com), 27/07/2020
Пшеницу в космосе предложили подкармливать пшеницей
Mukola.net, 27/07/2020
Это интересно. Красноярские ученые пытаются получить безотходный урожай пшеницы в космосе
Природа Сибири (prirodasibiri.ru), 28/07/2020
Космонавты будут удобрять пшеницу - пшеницей
Агро XXI (agroxxi.ru), 28/07/2020
Красноярские ученые ищут способ получать безотходный урожай пшеницы
Вести Красноярск (vesti-krasnoyarsk.ru), 28/07/2020
Разработка российских ученых позволит перерабатывать растительные отходы в космосе
News.stfw.ru, 28/07/2020
Космонавты будут подкармливать пшеницу - пшеницей
Открытая наука (openscience.news), 27/07/2020
Российские ученые придумали способ перерабатывать отходы в космосе
Androha.ru, 28/07/2020
Российские ученые придумали способ перерабатывать отходы в космосе
Шахты.SU, 28/07/2020
Российские ученые придумали способ перерабатывать отходы в космосе
Lenta.Ru, 28/07/2020
Российские ученые придумали способ перерабатывать отходы в космосе
Новости обо всем (newsae.ru), 28/07/2020
ПШЕНИЦУ В КОСМОСЕ ПРЕДЛОЖИЛИ ПОДКАРМЛИВАТЬ ПШЕНИЦЕЙ
Биотех 2030 (biotech2030.ru), 28/07/2020
Космонавты будут подкармливать пшеницу - пшеницей
Научная Россия (scientificrussia.ru), 30/07/2020
Красноярские ученые создают систему жизнеобеспечения человека в космосе
РИА Сибирь (ria-sibir.ru), 31/07/2020
Космонавты будут подкармливать пшеницу - пшеницей
Город финансов (gorodfinansov.ru), 31/07/2020
Как вырастить пшеницу в космосе?
Аргументы и Факты (krsk.aif.ru), 02/08/2020

Похожие новости

  • 11/04/2018

    Сибирские ученые адаптируют космические технологии для сельского и лесного хозяйств

    ​Ученые институтов Сибирского отделения РАН разрабатывают системы, позволяющие использовать космические технологии в экономике регионов. Так, дистанционное зондирование (спутниковое наблюдение Земли в разных спектрах) активно внедряется для контроля урожайности и опасности лесных пожаров, сообщил 11 апреля в пресс-центре ТАСС в Новосибирске заведующий лабораторией Института автоматики и электрометрии СО РАН (Новосибирск) Михаил Лаврентьев.
    833
  • 30/06/2020

    Красноярские ученые рассказали о почвах основных земледельческих зон края

    В Красноярском научном центре СО РАН прошел открытый полевой семинар, где специалисты Красноярского научно-исследовательского института сельского хозяйства ФИЦ КНЦ СО РАН рассказали гостям из Красноярского государственного аграрного университета, Красноярского аграрного колледжа, а также научным сотрудникам институтов физики и биофизики о почвах, распространённых в основных сельскохозяйственных зонах края, необходимости их изучения, связи почвоведения с другими направлениями аграрной науки и о том, насколько важны знания о качественных показателях земельных ресурсов для получения высокого и качественного урожая.
    575
  • 31/12/2017

    Топ-10 исследований российских ученых 2017 года по версии РНФ

    Около 35 тысяч российских ученых проводили и проводят фундаментальные исследования при поддержке Российского научного фонда (РНФ). Ежемесячно в российских и зарубежных СМИ выходят десятки новостей об их достижениях.
    4176
  • 16/04/2020

    Спутниковые данные помогут предсказать урожайность зерновых культур в Красноярском крае

    ​Красноярский краевой фонд науки подвел итоги конкурса проектов прикладных исследований и экспериментальных разработок, направленных на создание продукции и технологий для обеспечения конкурентных преимуществ Красноярского края.
    359
  • 21/10/2019

    Истории самых громких научных открытий в Красноярске

    ​Мы узнаем о достижениях красноярских ученых из случайных новостей и разговоров, но порой недооцениваем значимость этих открытий. Newslab выбрал восемь поводов для гордости сибирской наукой — поводов, о которых уже говорит весь мир, а вы о них обязательно скоро услышите.
    635
  • 24/10/2018

    Космический огород, светящиеся бактерии и пешеходное движение в Красноярске

    Как учатся выращивать растения и утилизировать отходы для будущих марсианских и лунных баз, как работает процесс определения загрязняющих веществ в воде с помощью светящихся бактерий, для чего нужно моделирование пешеходного движения? "Чердак" побывал в лабораториях Красноярского научного центра СО РАН и Сибирского федерального университета и узнал, какие там сейчас ведутся разработки и исследования.
    1110
  • 13/04/2018

    Три космических проекта красноярских ученых

    ​Космические технологии — один из приоритетов программы развития ФИЦ «Красноярский научный центр СО РАН». Уже сегодня ученые центра прогнозируют климатические и природные особенности Земли с помощью снимков с орбиты, разрабатывают замкнутые системы жизнеобеспечения для длительного пребывания человека в космосе и создают новые материалы, защищающие спутники от перегрева.
    1038
  • 10/01/2019

    Топ-20 разработок сибирских ученых в 2018 году

    На портале «Новости сибирской науки» можно познакомиться с инновациями и последними достижениями сибирских ученых. Сегодня мы предлагаем вашему вниманию Топ-20 сообщений о наиболее значимых и интересных научных разработках 2018 года, размещенных на нашем портале.
    2750
  • 23/04/2020

    Полтора года в самоизоляции: как выживали участники жестких экспериментов

    В начале марта Италия ввела карантин. Через несколько дней ее примеру последовали Франция, Испания, Бельгия и Германия. В конце месяца в России объявили режим самоизоляции, который продлится как минимум до 1 мая.
    403
  • 04/03/2019

    Красноярские ученые рассказали, как утилизировать бытовые отходы в космосе

    ​Ученые Института биофизики Красноярского научного центра СО РАН разработали быстрый и безопасный физико-химический метод утилизации санитарно-бытовых отходов в космических условиях. Продукты переработки будут включаться в работу биолого-технической системы жизнеобеспечения человека в космосе.
    1032