如何把菜种到太空去?( 二 )


种菜说着简单 , 其实困难重重
如果真的要在太空种菜 , 还是有不小的困难 。
最直接的一点就是太空的失重环境 。植物在生长过程中 , 各种生长激素、生长方向都会受到地球重力的影响 , 相比之下 , 火星上重力只有地球的不到三分之一 , 月球、空间站的重力会更小 , 而这也就导致生长激素的分布、植物生长的方向都会有所改变 。
有研究对比了相同培养环境下 , 太空轨道和地球上种植拟南芥的生长状况 , 会发现太空中的植物生长速度会更慢 , 根部细胞的大小也更小 。同时 , 植物根部的生长还有一种独特的波动 , 可见重力的消失会对植物造成不小的影响 。
同样生长条件下 , 与地球生长的对照(图A)相比 , 太空生长(图B)的拟南芥根更短 , 形态也更“扭曲” | 图源:Paul A L, et al. 2012.
同时 , 太空中持续存在的辐射还可能造成植物的DNA突变 , 这些突变虽然可能会带来育种的机遇(实际上很多研究的确是利用太空来进行农业育种的) , 但是大部分情况下是有害的 , 这些有害突变进而可能会对植物的萌芽、生长或繁殖产生影响 。
此外 , 地球上培育农作物需要的阳光、水分、土壤、肥料 , 在太空培育中也一个不能少 。阳光可以用人造光源代替 , 水分可以使用太空舱的水循环系统 , 而土壤就成了最关键的问题 。
虽然成分分析认为 , 火星土壤中含有绝大部分植物所需要的物质 , 但是缺乏植物必需的活性氮 , 植物难以直接利用含氮物质 , 需要加入固氮细菌来辅助植物生长 。有研究使用火星、月球的土壤培育不同的植物 , 都能让植物成功生长起来 , 但是贫瘠的土壤让这些植物进一步开花结果的愿望难以实现 。
如何把菜种到太空去?
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研究者使用不同星球的土壤尝试培养植物 | 图源:Wamelink G W W, et al. 2014.
种菜的尝试一直在进行
即便如此 , 各国的研究者们都在不断克服这些困难 。
早在1971年 , 前苏联就开始尝试在太空中种植小麦、萝卜和洋葱 。几十年的不断尝试 , 美国、俄罗斯的科学家已经逐渐实现小麦、油菜、豌豆等等多种植物的太空栽培 。如今 , 国际空间站已经种植了生菜、百日草、大白菜等等作物 , 宇航员甚至已经实际尝到了其中的滋味 , 并表示“味道不一般” 。
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2017年国际空间站收获的大白菜 | 图源:NASA
而中国自己的空间站 , 也在尝试着蔬菜的种植 。2016年发射的天宫二号里 , 就种植了生菜 。通过各项的检测 , 中国科学家发现 , 优化了浇灌方式和肥料之后 , 天宫二号里的生菜长得甚至比地球上的还好一些 。2019年 , 研究者又在天宫二号上种下了拟南芥和水稻 , 来探究太空环境对作物生长的影响 。
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天宫二号种植生菜的培养箱 | 图源:Shen Y, et al. 2018.
未来的太空农场
我们解决了植物种植的问题之后 , 更大的问题又摆在了我们面前:如何才能构建一套完整的生态系统 , 来让我们在未来的太空旅行中可以实现自主供给氧气、水和食物?这也是未来太空农场的构想 。
事实上 , 早在上个世纪六七十年代 , 研究者就开始尝试这种搭建完全与世隔绝的“人造生物圈” , 可惜都以失败告终:封闭的系统中物质只会逐渐趋于混乱(熵增过程) , 所以我们只能退而求其次 , 构建一个与外界有一定关联的系统(比如电力、能源等等) , 也就是目前国际空间站正在使用的——受控生态生命支持系统(简称CELSS) 。