太空種植

在人類探索太空的過程中，把地球上的植物帶到太空不僅有美化空間站環境的原因，更有實際的意義。在空間站上，植物讓空氣更甜美，地球家園氣息也更多些。植物對空間站上的宇航員（航天員）保持健康來說很重要，在他們承擔長期太空任務期間來說更是如此。

缺乏維生素會引起一系列健康問題，比如，缺乏維生素C 可能會讓人患上壞血癥。只食用復合維生素片，并不足以維持宇航員的健康，他們還需要新鮮的、天然的豐富營養。

目前在空間站上，宇航員會得到定期的食物補給，其中包括凍干食品和預制食物等多種食物，運輸飛船會及時把這些食物送到空間站。但宇航員有可能前往更遠的太空，在空間站上一待就好幾個月，在此期間食物補給船不能前來，而空間站上預制食物中所含的維生素也會分解。

科學家正在想方設法為宇航員提供時效長、易吸收的營養物，因此，能在空間站上種植新鮮蔬果尤其重要。但一大挑戰是，在空間站上沒有陽光、缺乏地球引力的封閉環境里，怎樣才能種植蔬果呢？

維吉艙

維吉艙是蔬菜生產系統的簡稱。它實際上是空間站上的一個太空花園。通過維吉艙，科學家能探索微重力環境中的植物生長過程，同時為宇航員帶來一些新鮮食物，從而提升他們在太空中的歸屬感和健康程度。

維吉艙只比一個旅行拉桿箱稍大些，里面一般有6 種植物，其中每種都生長在包含黏土和化肥的基質上，這樣的基質能讓植物根部附近的水、養分和空氣循環達到平衡。如果不能達到平衡，植物根部就會因浸水而腐爛或被空氣破壞，這是因為液體在太空中容易形成氣泡。

在缺乏引力的條件下，植物利用其他環境因素（例如光線）來定向引導生長。位于維吉頂部的發光二極管組發出適合植物生長的光線。因為植物會反射大量綠光，吸收更多的紅光和藍光，所以維吉艙通常閃耀石榴紅光，這樣能更好地滿足植物所需。

維吉艙已經成功生長出多種蔬菜，其中包括生菜、大白菜、紅甘藍和百日菊等。一些蔬菜被采摘和供宇航員食用，另一些被送回地球做檢測。迄今，在空間站上采摘的蔬菜都是安全的。

科學家計劃未來在太空種植更多種植物，例如草莓、一些豆類及其他富含抗氧化物的植物，讓宇航員能更好地抵御太空輻射。

領先植物艙

與維吉艙一樣，領先植物艙（以下簡稱領先艙）也是空間站上用于植物種植和植物研究的生長艙。它也采用發光二極管組產生光線，并且采用一種能向植物根部可控地釋放化肥、水、養分和氧的多孔的黏土基質。

但與維吉艙不同的是，領先艙是完全閉合的，其中有相機組和超過180 個感應器與地面控制中心“互動”。領先艙無須宇航員維護，它的養分供給、濕度和溫度控制都是自動的。領先艙的發光二極管數量比維吉艙還多，它們不僅提供紅、綠、藍光，還提供白光、遠紅外光和近紅外光，以便于夜間成像。

當領先艙里的植物成熟后，宇航員會提取植物樣本，通過凍干技術和化學固定來保存它們，并把它們送回地球檢測，讓科學家更好地了解太空會怎樣影響植物的生長發育。

2018 年春，領先艙首次種植了擬南芥和矮小麥。科學家計劃下一步對這些植物進行基因、蛋白質和代謝水平檢測，探索太空環境會怎樣影響植物。他們想了解的一個重要問題是：微重力會怎樣影響植物的木質素含量？木質素對于植物來說就像是骨骼對于人體的關系。木質素賦予植物結構和穩定性，讓植物能對抗引力而站立。科學家已經知道，人體在太空環境中會出現鈣質流失和肌肉退化，原因是在太空的失重環境中體能要求降低了。那么，植物的“骨骼”——木質素會受到太空的什么影響？

科學家還想了解：如果植物經過基因改造后木質素含量減少，那么植物能否在太空中保持正常功能？如果能，就能讓在太空種植的植物多一些優勢，其中包括：這些植物更容易被人體吸收，以及人體在攝入它們之后排泄的廢物更容易成為肥料?？茖W家相信，這些基本信息有助于指引今后的深空探索和太空移民。

生物學研究罐

生物學研究罐（以下簡稱生物罐）被用于研究太空環境對小得能夠在培養皿中生長的酵母等微生物的影響。生物罐配備的發光二極管組可支持一般植物、苔蘚、藻類及藍藻細菌等的生長，因為這些生物需要光線來制造食物。

目前，生物罐的發光二極管組仍在接受硬件檢驗?？茖W家希望能確保這些二極管不會燙傷植物。

科學家對擬南芥在太空中可能出現的基因表達改變尤其感興趣。這方面的模擬研究已在地面大量進行，例如冷激擬南芥、按壓它們、不給它們澆水、給它們大量注水、對著它們大聲喊叫。這方面的實驗結果與太空情況會有哪些異同？科學家對此很感興趣。

在這些地面研究中出現的一些情況不出所料，例如與引力有關的基因在失重環境中會變異。但有兩種情況引起科學家特別關注，它們都與植物的免疫系統有關。

一是植物在太空中的氧化壓力可能會增加。細胞中的正?；衔飼圃煲环N破壞性很強的活性氧。如果這種化合物失控，就會損壞修復DNA 的機制，或者損害線粒體。對健康的植物來說，細胞有多種途徑來避免這種化合物失控。而在太空中，植物很可能制造更多的這種化合物。

二是在太空中與植物免疫系統有關的一些基因可能會開啟，另一些則可能會關閉。科學家擔心，這可能會降低植物對抗感染的能力。

還有一些間接證據表明，植物在太空中可能難以抵御病原體。在維吉艙中曾出現這樣的情況：百日菊得到的水量過多，空氣流動卻不足，結果，百日菊上有真菌開始生長，導致一些百日菊死亡。宇航員仔細清除了這些真菌，那些瀕死的百日菊起死回生，還開出了花朵。盡管如此，科學家卻不得不擔憂太空環境會削弱植物的健康。

科學家希望未來通過生物罐進行基因表達研究，誘使植物“相信”自己正受到威脅。科學家計劃采取的實驗手段是調節植物的蛋白質受體，因為這些受體時刻在“提防”細菌侵襲。

細菌使用鞭毛來幫助自己游弋，這些鞭毛都有22 種特殊氨基酸。植物時刻“提防”的正是這些氨基酸，一旦識別到它們，植物就會開啟自己的防御系統。在地面進行的一項實驗中，科學家把由這22 種氨基酸組成的一種無毒溶液噴射到植物身上，結果植物“嚇壞了”。

在后續的生物罐實驗中，當小型植物在生物罐中生長了10 天后，科學家會對它們噴射這種溶液。1 小時后，預計這些植物將會進入全面“戒備”，此時科學家會對它們噴灑化學固定劑，以打斷所有的生物學過程，由此保留植物的反應狀態。接著，這些植物會被深度冷凍，然后送回地球檢測RNA。

（編輯：王川）