在太空种植植物

当美国宇航局计划前往月球和火星的任务时，一个关键因素是弄清楚如何在太空中的几周、几个月甚至几年内为宇航员提供食物。

国际空间站上的宇航员主要食用预包装食品，这些食品需要定期补给，并且质量和营养可能会下降。研究人员正在探索宇航员在执行任务期间种植一些食物的想法，测试各种农作物和设备，以找出如何在不需要大量额外硬件或电力的情况下做到这一点。

挑选合适的植物

这项研究的第一步是确定要测试的植物。NASA于2015年与迈阿密Fairchild植物园启动了一个名为“生长在地球之外”的项目。该计划在美国各地招募了数百名初中和高中科学班学生，在类似于空间站的栖息地种植不同的种子。在教室里生长良好的种子随后会在美国宇航局肯尼迪航天中心的一个房间中进行测试。那些表现良好的植物会被送往空间站，测试它们在微重力下的生长情况。

太空花园

美国宇航局还测试了未来微重力花园的设施。其中一个是蔬菜生产系统(Veggie)，这是一个简单的低功率室，可以容纳六株植物。种子生长在小型织物“枕头”中，由机组人员照看并手工浇水，类似于照料地球上的窗台花园。

另一个系统，被动轨道营养输送系统，或VeggiePONDS，与Veggie平台配合使用，但用一个自动给植物喂食和浇水的支架取代了种子枕。先进植物栖息地是一种全自动设备，旨在以只需要最少的工作人员关注的方式研究植物生长。

马克·范德·黑(MarkVandeHei)为VeggiePONDS调查进行收获。图片来源：美国宇航局

合适的光线和食物

在空间站上进行的一系列名为Veg-04A、Veg-04B和Veg-05的实验在不同的光照条件下种植了水菜芥菜(一种绿叶作物)，并比较了植物产量、营养成分和微生物水平。该调查还将太空种植的植物与地球上种植的植物进行了比较，并让机组人员对产品的风味、质地和其他特性进行评分。

PlantHabitat-04分析了植物与微生物的相互作用，并评估了智利辣椒的风味和质地。第一批作物于2021年10月29日收获，已被宇航员食用，第二批收获的12个辣椒被带回地球进行分析。该实验表明，有关太空作物生产的研究走在正确的道路上，研究人员计划将吸取的经验教训应用于测试其他植物。

重力的影响

PESTO的一项早期实验发现，微重力会改变叶子的发育、植物细胞和用于光合作用的叶绿体，但不会对植物整体造成损害。事实上，小麦植株比地球上的植株长高10%。

幼苗生长研究表明，幼苗可以通过调节一些与空间应激源相关的基因的表达来适应微重力，这一发现增加了有关微重力如何影响植物生理学的知识。

植物感知重力的一种方式是通过细胞内钙的变化。植物重力感应是JAXA(日本宇宙航空研究开发机构)的一项调查，测量了微重力如何影响钙水平，这可以帮助科学家设计更好的在太空种植食物的方法。

ADVASC是一项使用先进天体培养室培育两代芥菜植物的研究，结果表明，微重力下种子较小，但发芽率接近正常。

第四次远征期间作为PESTO实验一部分种植的远地点小麦植物的特写视图。图片来源：NASA

送水

在微重力下生长植物的一项重大挑战是提供足够的水以保持它们的健康而不会将它们淹没在太多的水中。植物水管理展示了一种为植物根部提供水和空气的水培(水基)方法。XROOTS研究测试了使用水培和气培(空气)技术来种植植物，而不是传统的土壤。这些技术可以为未来的太空探索实现大规模农作物生产。

移栽蔬菜

在一系列名为VEG-03的调查中，NASA宇航员迈克·霍普金斯(MikeHopkins)注意到一些植物正在挣扎，该调查种植了特矮小白菜、阿马拉芥末和红生菜。霍普金斯在太空中进行了第一次植物移植，将多余的芽从茂盛的植物枕头移到Veggie的两个陷入困境的枕头中。移植物存活并生长，为未来植物生长开辟了新的可能性。

植物遗传学

暴露于太空飞行的植物会经历一些变化，其中包括向其DNA中添加额外的信息，从而影响基因的开启或关闭，而不改变DNA本身的序列。这个过程被称为表观遗传变化。PlantHabitat-03评估在太空中生长的一代植物的这种适应是否可以转移到下一代。

长期目标是了解表观遗传学如何促进植物在太空中使用的适应性策略，并最终开发出更适合在未来任务中提供食物和其他服务的植物。研究结果还可以支持制定战略，使农作物和其他具有重要经济意义的植物适应地球上边缘和开垦的栖息地的生长。

人类的影响

当然，花园需要照料。Veg-04A、Veg-04B和Veg-05的调查还着眼于照料植物如何为宇航员的福祉做出贡献。许多宇航员报告说，他们发现照顾植物是一项令人愉快和放松的活动，这是对未来长期任务的另一个重要贡献。