飞出地球搞农业

文| 马 迪

完成“从种子到种子”的全生命周期实验才是保障太空“菜篮子”“米袋子”的关键。

今年中秋，神舟十四号航天员们在中国空间站里度过了一个难忘的团圆节。地面支持团队几个月前就精心准备了“四凉八热”十二道风味菜，除了主菜，神十四乘组还有“隐藏菜单”—航天员蔡旭哲携带的种子，已长成了绿油油的太空生菜。

这是中国航天员首次直接吃在太空中种植的生菜，据说跟地球生菜的味道没什么差异。

论进入太空的时间，植物可比人类要早多了。

1946年7月，美国人把玉米、黑麦和棉花种子送上了天，并成功回收；1957年，苏联人发射了人类第一颗人造卫星SPUTNIK，搭载小球藻和多种植物种子遨游太空。

最初这些试验并未建立专门的植物栽培装置，因为彼时试验的主要目的是将返回后的植物种子或样品重新在地球栽培，观察这些“上过天”的植物有哪些变化。人们很快发现这种短途旅行对它们毫无影响。

1961年，前苏联发射了世界上第一艘载人飞船东方一号，与第一位进入太空的地球人加加林结伴进入太空的是一批幸运的小球藻。此后数十年的载人航天史，植物与人类始终相伴。

前苏联于1971年发射了“礼炮1号”空间站，并在空间站建成了第一个空间植物栽培装置，取名“绿洲1号”。在第一次任务中，航天员栽培的30株豌豆只有4株成熟，有可能是因为受到了过强的光照。“绿洲”后续还有一系列实验，开启了太空植物栽培的时代。

在空间站，植物面临的最大挑战是微重力环境。

数亿年的进化让所有生命适应了重力。在地球上，植物的根是扎向土壤深处，茎则与之相反向上生长。在植物根尖细胞中，细胞质内的一些淀粉颗粒受重力影响聚集在细胞质底部，细胞感受到重力方向就会调整细胞膜上一些运输蛋白的位置，改变生长激素的分布，让根向下生长。

而在太空微重力环境中，植物这套感应重力的机制就变得无效了，像是患上了“航天综合症”—根系生长杂乱、茎杆不规则的扭曲、生长速度异常、叶片排列混乱……这些宏观形态上的变化，都反映了植物细胞内部结构由于失去重力而发生的紊乱。

比如前文中被航天员吃掉的生菜，它的外观其实很特别，植株整体颜色呈现均匀分布的绿色。这说明它的叶绿素在微重力环境中变得混乱，就像被摇匀的调色瓶。

在过去60多年中，科学家们对于在空间栽培植物进行了大量研究，在各种空间飞行器中进行了20多种植物的培养实验，通过植物加深了解了重力在生物生命活动中的作用机制—这是载人航天工程需要解决的基础问题。

2016年10月，中国航天员中心研制了中国第一个真正意义上的空间植物栽培装置，并在“天宫二号”空间实验室进行了在轨试验。我们的研究重点逐渐由植物的萌发生长转向了开花结果。

农作物的种子既是粮食，也是繁殖下一代的载体，因此完成“从种子到种子”的全生命周期实验才是保障太空“菜篮子”“米袋子”的关键。此前国际上只有油菜、小麦和豌豆等几种作物完成了“从种子到种子”的实验，但出现了不同程度的开花延迟、开花少、结果率低、种子质量下降等问题。

这次中国空间站种植实验的对象是极具代表性的拟南芥和水稻。拟南芥是双子叶、十字花科植物，跟青菜、油菜等蔬菜是亲戚，需要长时间光照，在太空中享受开16小时、关8小时的控光照明；水稻则属于单子叶、短日照、禾本科植物，小麦、玉米等粮食作物都属于禾本科，每天只要12小时光照即可。

种植开始24天后，从空间站传回的影像中可以看到，太空拟南芥和太空水稻都已进入幼苗阶段。尤其是太空高杆水稻，已经长到了30厘米高，叶子呈现螺旋形，看上去“身娇体软”，让人印象深刻。据科研人员介绍，地球上的高秆水稻一般70天左右结籽，但在太空可能需要更长时间，预计两到三个月可以结出种子。到时将由航天员采集样品、冷冻保存，返回地面后再加以分析，也许会有意外的收获。

千百年来，人类都是在地球上种田，而现在，我们正在尝试在太空中开辟一片“沃土”。再遥远的星辰大海，也离不开植物的陪伴和供养，空间站已经为我们迈出了第一步。