科技探秘｜人类的“太空田园”不是奢望

2022年12月4日晚，中国空间站第三批空间科学实验样品——经历了120天全生命周期的水稻和拟南芥种子，随神舟十四号飞船返回舱返回地面。中国在国际上首次完成了水稻“从种子到种子”全生命周期空间培养实验，也为人类未来能在太空吃到刚出锅的米饭打下基础。

技术“园丁”如何在太空培育植物？“太空田园”离我们有多远？一起看看地球种子的太空旅途。

图源：新华社

那些随神舟飞船往返太空的种子

太空生存，种植农作物是一道必答题。

美国国家航空航天局国际空间站和飞船处理董事会的一位科学家曾表示，把1磅（约0.45千克）食品送上国际空间站需要花大约1万美元。

图源：新华社

第一批被送入太空的地球生物体本质上是“太空旅行者”。1946年7月，哈佛大学和海军研究实验室的科学家们成功将玉米送入太空。这之后，他们又尝试了黑麦、棉花和树种。1957年11月3日，苏联太空犬“莱卡”搭乘人造卫星斯普特尼克2号进入太空，成为了第一只在太空长眠的狗子。

这些早期实验成为了未来太空探索规划的关键。

1982年，苏联礼炮7号空间站的乘员使用立陶宛设计的微型温室装置种出了鼠耳芥，这是第一种在地球之外生长、结种的植物。到了90年代，苏联和平号空间站搭载了一个专门用于植物栽培的特殊SVET-2太空温室。1997年，“超矮小麦”首次完成了“从种子到种子”的实验。

真正成熟、可应用的太空植物培育系统（Plant Growth System）名叫“Veggie”，于2014年登陆国际空间站，是一个全面的“太空植物园”。第一代太空生菜在“Veggie”系统的微重力和人工灯光下培育成功，并且可供航天员食用，不仅能帮助他们保持健康，还能提高士气。

蔬菜生产系统Veggie

图源：NASA

植物种子会被放在“植物枕”的根垫（root mat）上移入Veggie系统。系统会供电、供水让种子发芽，还会控管灌溉量以及整个生长周期中的植物高度直至收成，然后进行下一轮的种植。“植物枕”内添加了一种名为Arcillite的固态生长基质，是NASA的Veg-03太空温室实验中应用的植物生长元素。

植物枕

图源：Loretta Taranovich

初尝成果，NASA将实验升级到“高级植物栖息地”系统（APH），希望借此为宇航员提供更多美味蔬菜，也能更进一步研究植物在太空环境下的生长情况，为未来更加漫长的太空之旅做准备。

2016年，一株绚丽的百日菊在国际空间站绽放，作为人类在地球之外培育出的第一朵观赏花，当之无愧成为了太空“花魁”。2021年，太空萝卜经过27天的培育终于长成，智利辣椒也在国际空间站的“APH”培养器中开花结果，这是除绿叶蔬菜外，首批在太空种植的蔬菜，成为了航天员的“配菜”。

来自外太空的百日菊

图源：央视网

“太空田园”离我们还有多远

中国科学院分子植物科学卓越创新中心研究员郑慧琼认为，早期人们的空间植物培养实验主要目标是如何在空间环境中养活植物，使其能够萌发、生长、开花和产生种子，如今这些目标都一一实现了。目前科学家的研究重点逐渐由对植物幼苗阶段的研究扩展至种子生产研究。

科学家们通过飞行器把地球种子送上太空，利用太空高真空、微重力、空间射线等条件诱发其遗传基因发生改变，回到地面，再想办法将那些好的改变“固定”下来，从而改良农作物品种的特定性状。

太空蔬菜

图源：NASA

通过这种方式，中国1987年第九颗返回式卫星搭载着精挑细选的小麦、水稻、青椒等百余个品种的农作物种子，顺利完成了中国首次航天育种“太空之旅”。随后，航天育种相关实验愈发丰富，蔬菜、瓜果、花卉、中草药等均在其列。

经过30多年的实践，航天育种成果层出不穷，中国通过航天育种已筛选新材料1200多份，培育出新品种260多个，年推广面积数千万亩。不少科研成果已经从实验室搬到了普通人的餐桌上。

据郑慧琼介绍，神十四乘组在轨期间，从7月29日注入营养液启动实验，至11月25日结束实验，共在轨开展实验120天，完成了拟南芥和水稻种子萌发、幼苗生长、开花结籽全生命周期培养实验。

图源：新华社

其间，航天员在轨进行了3次样品采集，包括9月21日孕穗期水稻样品采集、10月12日拟南芥开花期样品采集，以及11月25日水稻和拟南芥种子成熟期样品采集。采集后，开花或孕穗期样品保存于-80 低温存储柜中，种子成熟期样品保存于4 低温存储柜中，并于12月4日随神舟十四号返回地面。

图源：北京日报

事实上，人类利用太空资源充实餐桌的设想，并不仅限于航天育种。

专家认为，未来太空也许会建成空间生物合成工厂，利用微重力、高真空等独特条件，来完成大分子化合物或特定蛋白质的高效合成，大规模生产高纯度淀粉、特定蛋白质或“人造肉”等高价值农产品，丰富太空时代人类的餐桌。

自从我们的祖先首次仰望夜空，月亮、星空、乃至整个宇宙就从未止息地引发着人类的遐想。现在，种子已然发芽。或许，在遥远的蔚蓝太空，人类的“太空田园”并不是奢望。

参考 | 中国青年报、新华网、央视网、光明网、中国科学报、澎湃新闻、农视网、北京日报

整理 | 穆子叶

来源： 世界互联网大会