1. 在宇宙基地上自给粮食的方案

日本已申请承担在宇宙空间实现粮食自给自足的实验。最近，日本政府向美国宇航局（以下简称NASA）自荐在加速开发大型宇宙基地具体化的计划中，曰方希望承担“基地内饲养、栽培动植物，利用再生排泄物生产粮食的循环体系”这一研究课题。

该实验计划由科学技术厅航空宇宙研究所、农林水产省食品综合研究所和畜产试验场承担，并由三菱重工业、川崎重工业、日立制作所、三菱电机四个公司协作共同制订。实验必需的机器分别由以下几家公司承担试制，川崎重工业负责实验室内的气体控制系统和清除二氧化碳装置及气体储藏装置；日立制作所负责植物栽培装置、水再生利用装置及排泄物分解装置；三菱电机负责鱼和小动物的饲养装置、植物细胞繁殖装置及宇宙特殊机械手；三菱重工业负责整体安装。

实验计划方案分三个阶段组成。在宇宙基地建成的1991 ~ 1992年的最初阶段，先作小球藻等藻类为主的栽培试验，收集在失重环境下藻类生长，繁殖所必需的温度、湿度、光照强弱、营养等的数据。从1995年起着手进行除藻类外的莴苣、番茄等的栽培试验，以及鱼、小种猪等动物的饲养试验和循环体系的研究。

循环体系由水再生利用装置、二化碳和氨分解排泄物提纯储藏装置等构成。以使生产粮食和循环体系必需的各种机器实用化。1998年最后阶段的实验，研究每个人的粮食自给问题。该实验由耕作面积为50平方米的植物栽培部和小动物、鱼饲养部，及居住人的控制部，三个部组成。通过实验室外部的大型特殊透镜聚集阳光后用光纤维输送至实验室内，以满足实验室必需的能源和光。

第一阶段的实验需借用NASA的实验室，第二阶段后的实验即可在日本制造并组装在基地整体上的实验室内进行。

该实验被认为是将来建设宇宙农场或大规模的宇宙基地的基础技术。NASA宇宙基地计划是日、美、欧、加共同的国际性事业，预备在九十年代初建成具有6 ~ 8人居住的规模，并逐渐扩大。关于如何利用宇宙基地，NASA将听取日、欧、加的意见后调整，至1994年春经汇总后作出安排，所以日本政府正致力于听取有关机关、民间企业等的提案，制订出日方的方案，并通知NASA力争实现。

2. 什么是宇宙粮食小球藻？

小球藻在该计划中走运了。小球藻是微细单细胞绿色藻。一切植物都含有很多有机化合物。有机化合物是由叶绿素将根部吸收的水分和空气中的二氧化碳与光能综合后制造而成的，即所谓同化作用。小球藻具有叶绿素，光合作用强，与普通作物相比繁殖明显旺盛。只要有光和二氧化碳，一年之间无论何时有一个狭窄的地方即能进行半工业化的培养。藻体营养价值高，可以作为食品利用。

小球藻经加工，可作为宇宙粮食，这已被苏联、美国的实验所证实。早在第一次世界大战中，德国微生物学者林德纳教授即计划通过大量培养单细胞藻类，以解决战时粮食的问题，但该计划尚未得以实现，战争就结束了。第二次世界大战中，堪契唝大学的哈特教授再次提出并进行了研究，但这也由于战争之故，仅仅停留在实验室的数据上。是美国将此实用化了，1964年美国石油学者斯坡阿博士，在卡内基研究所用人工空气（含25%二氧化碳）培养小球藻，证实小球藻具有旺盛的繁殖力，以后英国、荷兰、以色列等也相继进行了研究。1951年东京大学田宫教授在德川生物学研究所，采取开放式循环法培养小球藻，生产效率很高。

培养方法如下，在圆形培养池内放满培养液，以池子中心为轴，架设水平状旋转的长管，长管内喷出培养液并缓慢地旋转，同时通过长管往液中供给二氧化碳，防止藻体沉淀，提高光合成率，该方法所需动力甚微，培养效力却很高。亦可在直径为1 ~ 10米的各种瓢形水泥池内培养，往池内加入二氧化碳和硝酸钾、镁等以后，1天重量增加100倍，二周后即可将小球藻用离心机脱水干燥，成为青紫菜样的香而有味的粉末状小球藻。每6亩年产量可收干物10 ~ 18吨，但微细单细胞需用高速离心机脱水这增加了成本，成为；业化生产的难题。小球藻干物质所含成分如下：蛋白质50%，脂肪20%，碳水化合物20%，灰分10%。蛋白质是大米的5倍，脂肪是大米的10倍，维生素A是菠菜的3倍，还富含维生素B₁、B₂、C等。每100克具有400千卡左右的可消化能，在相同面积上获得的能源相当于大米的18倍。就这一点而言，小球藻确有可能成为未来的粮食。

作为植物蛋白质小球藻富含氨基酸（赖氨酸、蛋氨酸），丝毫不比动物蛋白逊色，又具有与大豆、菠菜相似的营养成分，因此强调要将此作为第三种粮食资源加以重视。小球藻已用于工业生产，目前制成了92种医药品和其他的加工产品。

3. 日本研究小球藻的历史

前面已提到1951年德川生物学研究所即已着手培养小球藻的试验。当初取得了使细胞大小同步，即所谓“同步培养法”的成果。从单细胞中不可能分别地取出各种成分。将细胞集中后，将其搅和使细胞破碎，细胞核归细胞核，线粒体归线粒体合并即可大量获得。但是随着细胞年龄的变化其成分也相应产生变化，所以要培育大量相同年龄的细胞，就需要采取同步培养，但由于困难重重，各国的研究人员也都未能成功。而日本的田宫博士将此作为先行的研究课题，用强光对植物作断续的闪光实验，特别是以反应速度为主的研究取得了很大的效果，最终获得了成功。详细过程恕略去，由于同步培养法的成功，小球藻的一生已弄清了。

在小球藻元素构成的实验中，除硫（S）外，有碳（C）、氢（H）、氧（O），还有少量元素氮（N）、磷（P）、钾（K）、镁（Mg）等，如没有这些少量元素小球藻就不能正常地发育生长。田宫博士做了二个实验从培养液内剔除硫（S）后，小球藻生长发育到第3阶段就停止了往培养液内加硫（S）后，小球藻就顺利地发育到了第6个阶段。这就弄清了（S）是细胞成熟、促使细胞分裂所必需的物质。以后约克鲁多研究所利用葡萄糖、果糖和其他糖类及氮、氨基酸制成培养基，在黑暗的不加二氧化碳的地方培养，繁殖了新的小球藻，这就证明了在罐内也可以培养、繁殖小球藻。

人工栽培的小球藻一旦投入受粪尿污染的有机酸内，就会吞食有机酸而迅速地繁殖。日本大阪府守口市在科学技术厅的帮助下，应用该项技术繁殖小球藻处理粪尿，并将小球藻干燥作为家畜饲料（每公斤1，500日元）。前面所提到的循环计划，也就是根据这个可行性而考虑设计的。小球藻作为饲料和人类的粮食在宇宙开发中将会起很大的作用。

[《TELLUS》（日）1984年2月号]