蓝细菌在月球基地环境中的生物学特性研究

开展月球环境下地球生物的生物学效应研究对于我国实现载人登月，建立月球基地具有重要意义。本项目以蓝细菌为研究对象，通过模拟月壤成分、低重力和未来月球基地低压环境，利用现代生物学方法，对蓝细菌在月球环境下的生长规律和生理特性进行研究。主要研究内容如下：1.通过在常规条件下对具有不同形态结构的蓝细菌在模拟月壤，低重力和低压环境下的适应性研究，以菌种的生长特性变化，细胞形态结构的响应和光合色素含量变化为指标，探讨月球极端环境对蓝细菌生长规律的影响，明确蓝细菌的形态类型差异对月球极端环境的适应性关系；2.通过在模拟月壤与低重力和低压环境交互条件下对菌种进行培养，研究不同月球环境对蓝细菌影响的复合效应。本项目结果可为开展月球环境下地球生物的生物学效应研究提供借鉴和参考，也可为微生物在未来月球基地的应用提供技术支持。

本项目围绕地球生物在月球基地中的适应性问题，以单细胞和丝状体两种形态蓝细菌为研究对象，开展了低钛型月壤、低压环境和月球低重力效应对蓝细菌生长特性和生理特征的影响研究。通过本研究，我们发现三个月球基地环境条件对蓝细菌生长速率的影响在不同形态之间存在差异。模拟月壤显著抑制单细胞蓝细菌的生长速率，月球低重力效应显著抑制丝状体蓝细菌的生长速率，低压环境则同时抑制单细胞和丝状体蓝细菌的生长速率，低压和月壤交互环境下未发现对蓝细菌的生长产生复合效应；通过藻液宏观形态观察和微观形态电镜观察，发现不同形态蓝细菌在三个环境及其交互条件下均能保持正常的藻体形态和细胞内部结构，但在低压环境下，蓝细菌的胞外分泌物明显增多；通过测定蓝细菌的光合色素含量，发现模拟月壤处理降低了鱼腥藻7120的叶绿素a含量，降低了微囊藻、平列藻和水华鱼腥藻的类胡萝卜素含量。低压环境降低了蓝细菌的叶绿素a含量和藻蓝蛋白含量，提高了叶绿素a与类胡萝卜素的比值。月球低重力效应降低了固体培养条件下蓝细菌的叶绿素a含量，类胡萝卜素含量和藻蓝蛋白含量，但对液体培养条件下的蓝细菌无明显影响。低压和月壤交互条件下提高了蓝细菌的叶绿素a含量，类胡萝卜素含量和两者比值，降低了藻蓝蛋白含量。月球低重力效应与月壤交互条件对鱼腥藻7120的叶绿素a含量和藻蓝蛋白含量的降低具有复合效应，对类胡萝卜素含量及其与叶绿素a比值影响则是相互抵消。此外，通过测定蓝细菌的抗氧化酶活性，发现月球低重力效应提高了丝状体鱼腥藻7120的SOD活性。上述结果表明，蓝细菌的生物学特性受到上述三个月球基地环境条件不同程度的影响，其中低压环境是其主要因素。因此，在我国未来月球基地构建过程中，低压环境是解决地球生物适应性问题过程中需要重点考虑的环境参数；此外，蓝细菌在模拟月壤上的正常生长对于月球资源开发与利用和受控生态生保系统中基于月壤的植物栽培技术提供了重要保障。本项目的结果可为未来月球探索提供基础资料，为我国月球基地受控生态生保系统构建奠定技术基础，对于实现载人登月和月球资源利用具有重要的现实意义。同时，也可为开展其它空间生物学研究提供新的研究思路和方法。