去太空種黃瓜

日本宇航員古川聰在搭乘“聯(lián)盟”號載人飛船前往國際空間站之前做出一個決定，“對黃瓜‘情有獨鐘’的他，打算在國際空間站種黃瓜”。遺憾的是，“按照規(guī)定，宇航員不準(zhǔn)吃這些黃瓜”。那么，這在太空種出的黃瓜是什么味道呢？在太空種黃瓜需要些什么特殊的技術(shù)？種出的黃瓜跟地球菜園出產(chǎn)的黃瓜品質(zhì)一樣嗎？

[1]“太空農(nóng)場”的夢想

實際上，自從人類掌握了空間技術(shù)開始，就有了“太空農(nóng)場”的夢想。畢竟，要想在太空長時間停留，完全依靠從地球攜帶而來的補(bǔ)給是不現(xiàn)實的。且不說浪費在運輸上的能源，一旦進(jìn)行深空探測，補(bǔ)給是需要很長時間，如果運輸途中稍有差池，宇航員就要餓肚子了。

從1957年第一顆人造衛(wèi)星發(fā)射成功開始，科學(xué)家們就開始嘗試在衛(wèi)星、空間站這些太空“旅行艙”中種植植物了。不過，并非將植物塞進(jìn)太空艙就能變成太空植物，環(huán)境的改變讓生長開花都變成了極具挑戰(zhàn)的任務(wù)，畢竟在數(shù)億年的進(jìn)化過程中，植物已經(jīng)適應(yīng)了地球環(huán)境，讓它們在太空扎根生長就像把人突然扔到大海里生活一樣。

最初的實驗僅僅是讓植物幼苗搭乘航天器到太空兜兜風(fēng)，檢查太空環(huán)境對它們的影響。直到1982年，蘇聯(lián)科學(xué)家才在禮炮7號空間站上完成了實驗植物擬南芥“從播種到收獲種子”的種植過程。那次實驗結(jié)果可算令人滿意：這些個體產(chǎn)生的種子大多是正常的，可以再次生根發(fā)芽，開花結(jié)果。

不過，就像長期在太空居住的宇航員會碰到骨質(zhì)疏松、肌肉萎縮等諸多麻煩一樣，植物身上也會出現(xiàn)各種各樣的生理問題。迄今為止，還沒有哪種作物能像在地球上一樣正常生長發(fā)育。越來越多的研究表明，在太空艙里種植物，遠(yuǎn)非將溫室設(shè)備搬到太空中那么簡單。

[2]強(qiáng)光或者弱光

雖說植物生長靠太陽。但是在宇宙空間中曬太陽卻是一件危險的事情。且不說高能質(zhì)子、阿爾法粒子這樣的宇宙射線可以直接“砸壞”植物蛋白質(zhì)和DNA，危及它們的正常生活甚至生命，在沒有大氣層的阻擋的情況下，這里的大量紫外線就足夠植物喝一壺的。這些高能量的“光線”不只令人生畏，也會破壞植物的正常結(jié)構(gòu)和代謝過程。所以，在太空種植的第一步，就是制造出合適的透光防護(hù)罩，隔離那些有害的紫外線和宇宙射線。

當(dāng)然，太陽能光伏電池可以將危險的太陽光轉(zhuǎn)化成電能，然后再利用日光燈等照明設(shè)備來滿足植物對光的需求。不過，這樣做就會在轉(zhuǎn)化過程中損失很多能量。好在對人類而言，太陽是個取之不盡的能量來源，只要考慮需要增加的太陽能電池板就可以了。

不過，未來遠(yuǎn)離太陽、進(jìn)入深空探測時，宇航員們又會碰到弱光條件，如果僅靠電能照明種植糧食蔬菜，就需要耗費許多能源。好在不久前，科學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了可以吸收紅外光的植物，這些生活在西澳大利亞的藻青菌含有一種我們不熟悉的葉綠素——葉綠素f。這種色素可以吸收波長上限為720納米的太陽光，這已經(jīng)是紅外線的范圍了。比起具有葉綠素b和葉綠素a的植物，含有這種葉綠素的植物能吸收波長更長的光線，也就更能適應(yīng)一些紅外線成分比較多的光源(這樣的恒星確實存在)。如果它們可以通過篩選，就能為深空探測提供必要的能源支持。

[3]解渴的水哪里采

除了光，種植需要解決的還有光合作用的另一個要素——水。我們都知道水是光合作用必不可少的原料。不過，你可能不知道，植物吸收的99％水分都蒸發(fā)到了空氣中。這種看似“浪費”的行為，實際上對植物有著重要作用。植物的葉片就像是一臺臺水泵，將根系吸收的水分和礦物質(zhì)混合而成的營養(yǎng)液“抽”到枝頭，而這些水泵的動力就來自蒸發(fā)水分而獲得的能量。另外，通過蒸發(fā)水分還能降低葉片的溫度，避免被陽光灼傷。

當(dāng)然，這工作的耗水量并不小。正常情況下，小麥每長出1克的物質(zhì)(注意，包含不能吃的部分哦)，就需要用掉513克的水，當(dāng)然絕大部分都是用在了蒸騰作用上。可惜到目前為止，人類還沒有發(fā)現(xiàn)另一個像地球這樣有較為充足水分的地方，也就是說我們要盡可能地將水分回收再利用，恐怕光是解決蒸騰水分的回收就是個代價不菲的工程。我們也可以只種泡在全密封的水箱里的藻類植物，這樣就不用考慮收集蒸騰作用的水分了，但前提是，做太空旅行的你要長期忍受只嚼海苔過活的日子。也許那時，一片面包也會變成奢侈品。

[4]二氧化碳是個問題

千萬不要以為有了光和水植物就能正常生長了，沒有二氧化碳，一切都是零。如果說光和水是吸收太陽能的關(guān)鍵因素，那二氧化碳就是儲存能量的關(guān)鍵部件。倘若把前兩者比作發(fā)電廠的必備要素，那么二氧化碳就像是能夠儲存能量的充電電池。

在光合作用過程中，植物會首先利用光和水制造出高能物質(zhì)。這些高能量的家伙可不安分，如果不把它們用掉，它們就會在細(xì)胞里釋放能量、亂搞破壞。而想要固定這些能量，二氧化碳的濃度是一個關(guān)鍵因素。

二氧化碳在地球大氣中的含量不高，僅有0，03％。因為整個生物圈的協(xié)調(diào)運作，這個濃度基本上保持穩(wěn)定。但是，對于一個小范圍的空間，要維持一個穩(wěn)定的濃度就不是那么容易了。在一次實驗中，科學(xué)家建立了一個總體積為18萬米。的小小生物圈。但是不久之后，這里的“大氣”成分就發(fā)生了變化，氧氣、氮氣和二氧化碳的比例發(fā)生了巨變，并且波動過大：高峰時二氧化碳的平均濃度為2466ppm(百萬分之一濃度，也就是100萬份空氣中所占的比例)，到低谷時二氧化碳濃度則只有1060ppm。這樣的波動不僅不適于人類生存，連植物生長都成問題。所以，對于空間更為狹小的太空艙來說，如何控制調(diào)節(jié)好二氧化碳的濃度，還是一項棘手的工作。

[5]分不清的天和地

除了上面的植物生長要素，在空間更難解決的是重力問題。在地球上生活的我們，經(jīng)常會忽略這個條件的存在。可是一旦進(jìn)入了太空，這個因素的重要性就立馬顯現(xiàn)出來了。

“根會往土里扎，莖稈會努力向上生長”，這些我們覺得司空見慣的現(xiàn)象，其實都是植物感受到重力之后作出的反應(yīng)。目前還沒有證實，植物是怎樣辨別方向的。比較公認(rèn)的一種看法是，植物細(xì)胞里有一些淀粉組成的顆粒，它們會受重力的影響，沉積到細(xì)胞的下部，從而給細(xì)胞壁施加刺激，這樣一來，植物就能辨別出天和地了。可以說，這些淀粉粒就是植物生長的“指南針”。不過，在失重狀態(tài)下，這樣的沉積就變得不可能了。不僅如此，分解這些淀粉顆粒的酶會特別活躍，徹徹底底地把“指南針”砸爛了。

其結(jié)果就是，植物生長分不清上下，根和葉都向著四面八方生長。就拿常用的實驗植物擬南芥來說，它們在失重狀態(tài)下最后長成一團(tuán)，本該拼命伸向天空的莖停下了腳步，反而是多了很多枝枝杈權(quán)。個頭比地面上的擬南芥要小，而且植株顯得更纖細(xì)，就像是漂浮在水中的水草一樣。

失重狀態(tài)還會影響植物體內(nèi)激素物質(zhì)的分布，這不僅會影響植物的生長形態(tài)，還會影響植物的繁殖。20世紀(jì)90年代，科學(xué)家曾經(jīng)在和平空間站上種植過小蘿卜和大白菜。遺憾的是，它們的品質(zhì)比起地面生長對照組都要遜色不少，不僅發(fā)芽率低，生長緩慢，并且植株更為矮小，開花結(jié)籽需要更長的時間。

[6]不想要的突變

太空育種是我們經(jīng)常聽到的一個名詞。在轉(zhuǎn)基因技術(shù)應(yīng)用之前，這確實是一種重要的育種手段。不過，利用宇宙輻射作為條件突變產(chǎn)生種子并不可靠，因為這樣產(chǎn)生的突變沒有方向性。也就是說，我們不知道變出的種子是更好了，還是更糟了。事實上，一般情況下產(chǎn)生的突變都是有害的，這就大大地增加了育種的工作量，遠(yuǎn)不及轉(zhuǎn)基因技術(shù)來得直接和精細(xì)，畢竟后者可以將我們想要的優(yōu)良基因(比如抗病蟲害的BT基因)精確而直接地“放置”到植物的基因組中。

既然宇宙射線能讓種子產(chǎn)生突變，那么我們就還應(yīng)該注意，這些在太空正常種植的植物會不會也發(fā)生有害突變，降低品質(zhì)和產(chǎn)量。此外，在微重力環(huán)境下，染色體、復(fù)制分離都會受到影響，很容易出現(xiàn)畸形，影響種子的成活率，以及后代植株的質(zhì)量。要保證種下去的甜西瓜種子結(jié)出的還是甜西瓜，已經(jīng)不是一件簡單的事情了。

這樣看來，在太空中種出一根小黃瓜，可不是一件簡簡單單的事情。難怪守則要規(guī)定宇航員不準(zhǔn)隨意把實驗結(jié)果吃掉。當(dāng)然，通過模擬重力環(huán)境，改善光照和空氣條件，我們還是有可能獲得幾根正常的黃瓜。