飛出地球搞農業

文| 馬 迪

完成“從種子到種子”的全生命周期實驗才是保障太空“菜籃子”“米袋子”的關鍵。

今年中秋，神舟十四號航天員們在中國空間站里度過了一個難忘的團圓節。地面支持團隊幾個月前就精心準備了“四涼八熱”十二道風味菜，除了主菜，神十四乘組還有“隱藏菜單”—航天員蔡旭哲攜帶的種子，已長成了綠油油的太空生菜。

這是中國航天員首次直接吃在太空中種植的生菜，據說跟地球生菜的味道沒什么差異。

論進入太空的時間，植物可比人類要早多了。

1946年7月，美國人把玉米、黑麥和棉花種子送上了天，并成功回收；1957年，蘇聯人發射了人類第一顆人造衛星SPUTNIK，搭載小球藻和多種植物種子遨游太空。

最初這些試驗并未建立專門的植物栽培裝置，因為彼時試驗的主要目的是將返回后的植物種子或樣品重新在地球栽培，觀察這些“上過天”的植物有哪些變化。人們很快發現這種短途旅行對它們毫無影響。

1961年，前蘇聯發射了世界上第一艘載人飛船東方一號，與第一位進入太空的地球人加加林結伴進入太空的是一批幸運的小球藻。此后數十年的載人航天史，植物與人類始終相伴。

前蘇聯于1971年發射了“禮炮1號”空間站，并在空間站建成了第一個空間植物栽培裝置，取名“綠洲1號”。在第一次任務中，航天員栽培的30株豌豆只有4株成熟，有可能是因為受到了過強的光照。“綠洲”后續還有一系列實驗，開啟了太空植物栽培的時代。

在空間站，植物面臨的最大挑戰是微重力環境。

數億年的進化讓所有生命適應了重力。在地球上，植物的根是扎向土壤深處，莖則與之相反向上生長。在植物根尖細胞中，細胞質內的一些淀粉顆粒受重力影響聚集在細胞質底部，細胞感受到重力方向就會調整細胞膜上一些運輸蛋白的位置，改變生長激素的分布，讓根向下生長。

而在太空微重力環境中，植物這套感應重力的機制就變得無效了，像是患上了“航天綜合癥”—根系生長雜亂、莖桿不規則的扭曲、生長速度異常、葉片排列混亂……這些宏觀形態上的變化，都反映了植物細胞內部結構由于失去重力而發生的紊亂。

比如前文中被航天員吃掉的生菜，它的外觀其實很特別，植株整體顏色呈現均勻分布的綠色。這說明它的葉綠素在微重力環境中變得混亂，就像被搖勻的調色瓶。

在過去60多年中，科學家們對于在空間栽培植物進行了大量研究，在各種空間飛行器中進行了20多種植物的培養實驗，通過植物加深了解了重力在生物生命活動中的作用機制—這是載人航天工程需要解決的基礎問題。

2016年10月，中國航天員中心研制了中國第一個真正意義上的空間植物栽培裝置，并在“天宮二號”空間實驗室進行了在軌試驗。我們的研究重點逐漸由植物的萌發生長轉向了開花結果。

農作物的種子既是糧食，也是繁殖下一代的載體，因此完成“從種子到種子”的全生命周期實驗才是保障太空“菜籃子”“米袋子”的關鍵。此前國際上只有油菜、小麥和豌豆等幾種作物完成了“從種子到種子”的實驗，但出現了不同程度的開花延遲、開花少、結果率低、種子質量下降等問題。

這次中國空間站種植實驗的對象是極具代表性的擬南芥和水稻。擬南芥是雙子葉、十字花科植物，跟青菜、油菜等蔬菜是親戚，需要長時間光照，在太空中享受開16小時、關8小時的控光照明；水稻則屬于單子葉、短日照、禾本科植物，小麥、玉米等糧食作物都屬于禾本科，每天只要12小時光照即可。

種植開始24天后，從空間站傳回的影像中可以看到，太空擬南芥和太空水稻都已進入幼苗階段。尤其是太空高桿水稻，已經長到了30厘米高，葉子呈現螺旋形，看上去“身嬌體軟”，讓人印象深刻。據科研人員介紹，地球上的高稈水稻一般70天左右結籽，但在太空可能需要更長時間，預計兩到三個月可以結出種子。到時將由航天員采集樣品、冷凍保存，返回地面后再加以分析，也許會有意外的收獲。

千百年來，人類都是在地球上種田，而現在，我們正在嘗試在太空中開辟一片“沃土”。再遙遠的星辰大海，也離不開植物的陪伴和供養，空間站已經為我們邁出了第一步。