太空种植

在人类探索太空的过程中，把地球上的植物带到太空不仅有美化空间站环境的原因，更有实际的意义。在空间站上，植物让空气更甜美，地球家园气息也更多些。植物对空间站上的宇航员（航天员）保持健康来说很重要，在他们承担长期太空任务期间来说更是如此。

缺乏维生素会引起一系列健康问题，比如，缺乏维生素C 可能会让人患上坏血症。只食用复合维生素片，并不足以维持宇航员的健康，他们还需要新鲜的、天然的丰富营养。

目前在空间站上，宇航员会得到定期的食物补给，其中包括冻干食品和预制食物等多种食物，运输飞船会及时把这些食物送到空间站。但宇航员有可能前往更远的太空，在空间站上一待就好几个月，在此期间食物补给船不能前来，而空间站上预制食物中所含的维生素也会分解。

科学家正在想方设法为宇航员提供时效长、易吸收的营养物，因此，能在空间站上种植新鲜蔬果尤其重要。但一大挑战是，在空间站上没有阳光、缺乏地球引力的封闭环境里，怎样才能种植蔬果呢？

维吉舱

维吉舱是蔬菜生产系统的简称。它实际上是空间站上的一个太空花园。通过维吉舱，科学家能探索微重力环境中的植物生长过程，同时为宇航员带来一些新鲜食物，从而提升他们在太空中的归属感和健康程度。

维吉舱只比一个旅行拉杆箱稍大些，里面一般有6 种植物，其中每种都生长在包含黏土和化肥的基质上，这样的基质能让植物根部附近的水、养分和空气循环达到平衡。如果不能达到平衡，植物根部就会因浸水而腐烂或被空气破坏，这是因为液体在太空中容易形成气泡。

在缺乏引力的条件下，植物利用其他环境因素（例如光线）来定向引导生长。位于维吉顶部的发光二极管组发出适合植物生长的光线。因为植物会反射大量绿光，吸收更多的红光和蓝光，所以维吉舱通常闪耀石榴红光，这样能更好地满足植物所需。

维吉舱已经成功生长出多种蔬菜，其中包括生菜、大白菜、红甘蓝和百日菊等。一些蔬菜被采摘和供宇航员食用，另一些被送回地球做检测。迄今，在空间站上采摘的蔬菜都是安全的。

科学家计划未来在太空种植更多种植物，例如草莓、一些豆类及其他富含抗氧化物的植物，让宇航员能更好地抵御太空辐射。

领先植物舱

与维吉舱一样，领先植物舱（以下简称领先舱）也是空间站上用于植物种植和植物研究的生长舱。它也采用发光二极管组产生光线，并且采用一种能向植物根部可控地释放化肥、水、养分和氧的多孔的黏土基质。

但与维吉舱不同的是，领先舱是完全闭合的，其中有相机组和超过180 个感应器与地面控制中心“互动”。领先舱无须宇航员维护，它的养分供给、湿度和温度控制都是自动的。领先舱的发光二极管数量比维吉舱还多，它们不仅提供红、绿、蓝光，还提供白光、远红外光和近红外光，以便于夜间成像。

当领先舱里的植物成熟后，宇航员会提取植物样本，通过冻干技术和化学固定来保存它们，并把它们送回地球检测，让科学家更好地了解太空会怎样影响植物的生长发育。

2018 年春，领先舱首次种植了拟南芥和矮小麦。科学家计划下一步对这些植物进行基因、蛋白质和代谢水平检测，探索太空环境会怎样影响植物。他们想了解的一个重要问题是：微重力会怎样影响植物的木质素含量？木质素对于植物来说就像是骨骼对于人体的关系。木质素赋予植物结构和稳定性，让植物能对抗引力而站立。科学家已经知道，人体在太空环境中会出现钙质流失和肌肉退化，原因是在太空的失重环境中体能要求降低了。那么，植物的“骨骼”——木质素会受到太空的什么影响？

科学家还想了解：如果植物经过基因改造后木质素含量减少，那么植物能否在太空中保持正常功能？如果能，就能让在太空种植的植物多一些优势，其中包括：这些植物更容易被人体吸收，以及人体在摄入它们之后排泄的废物更容易成为肥料。科学家相信，这些基本信息有助于指引今后的深空探索和太空移民。

生物学研究罐

生物学研究罐（以下简称生物罐）被用于研究太空环境对小得能够在培养皿中生长的酵母等微生物的影响。生物罐配备的发光二极管组可支持一般植物、苔藓、藻类及蓝藻细菌等的生长，因为这些生物需要光线来制造食物。

目前，生物罐的发光二极管组仍在接受硬件检验。科学家希望能确保这些二极管不会烫伤植物。

科学家对拟南芥在太空中可能出现的基因表达改变尤其感兴趣。这方面的模拟研究已在地面大量进行，例如冷激拟南芥、按压它们、不给它们浇水、给它们大量注水、对着它们大声喊叫。这方面的实验结果与太空情况会有哪些异同？科学家对此很感兴趣。

在这些地面研究中出现的一些情况不出所料，例如与引力有关的基因在失重环境中会变异。但有两种情况引起科学家特别关注，它们都与植物的免疫系统有关。

一是植物在太空中的氧化压力可能会增加。细胞中的正常化合物会制造一种破坏性很强的活性氧。如果这种化合物失控，就会损坏修复DNA 的机制，或者损害线粒体。对健康的植物来说，细胞有多种途径来避免这种化合物失控。而在太空中，植物很可能制造更多的这种化合物。

二是在太空中与植物免疫系统有关的一些基因可能会开启，另一些则可能会关闭。科学家担心，这可能会降低植物对抗感染的能力。

还有一些间接证据表明，植物在太空中可能难以抵御病原体。在维吉舱中曾出现这样的情况：百日菊得到的水量过多，空气流动却不足，结果，百日菊上有真菌开始生长，导致一些百日菊死亡。宇航员仔细清除了这些真菌，那些濒死的百日菊起死回生，还开出了花朵。尽管如此，科学家却不得不担忧太空环境会削弱植物的健康。

科学家希望未来通过生物罐进行基因表达研究，诱使植物“相信”自己正受到威胁。科学家计划采取的实验手段是调节植物的蛋白质受体，因为这些受体时刻在“提防”细菌侵袭。

细菌使用鞭毛来帮助自己游弋，这些鞭毛都有22 种特殊氨基酸。植物时刻“提防”的正是这些氨基酸，一旦识别到它们，植物就会开启自己的防御系统。在地面进行的一项实验中，科学家把由这22 种氨基酸组成的一种无毒溶液喷射到植物身上，结果植物“吓坏了”。

在后续的生物罐实验中，当小型植物在生物罐中生长了10 天后，科学家会对它们喷射这种溶液。1 小时后，预计这些植物将会进入全面“戒备”，此时科学家会对它们喷洒化学固定剂，以打断所有的生物学过程，由此保留植物的反应状态。接着，这些植物会被深度冷冻，然后送回地球检测RNA。

（编辑：王川）