如何把菜种到太空去？( 二 ) 近几年

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：PaulAL,etal.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。

文章图片
研究者使用不同星球的土壤尝试培养植物|图源：WamelinkGWW,etal.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” 。

文章图片
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。

文章图片
天宫二号种植生菜的培养箱|图源：ShenY,etal.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）。

文章图片
由中国科学家搭建的CELSS ，已经独立运转了180天|图源：YuanM,etal.2019.
这个系统要求植物可以产生足够的氧气，同时这些植物还要可以满足人们在太空中的日常食物需求，并且能合理利用人们产生的尿液、粪便等废弃物。