植物“飛天”

張曉帆

人類一直充滿著好奇心，不滿足于自己只能待在地球的現(xiàn)狀，還想要去地球外看看，并因此發(fā)展出了航天技術(shù)。在航天技術(shù)出現(xiàn)后，人類就開始不斷地將一些東西送入太空。這其中就包括很多植物種子和植物，并由此誕生了很多“太空植物”。同學(xué)們，你們知道為什么要送植物（種子）去太空嗎？截至目前，都有哪些植物（種子）去過太空？為什么是這些植物（種子）去了太空，而不是其他植物（種子）呢？問題似乎有點(diǎn)多，不著急，我們一個(gè)一個(gè)來解答。

種子“飛天”的意外發(fā)現(xiàn)

說到太空植物，很多人首先想到的可能是個(gè)頭非常大的“太空南瓜”或“太空青椒”等。其實(shí)，這些大個(gè)頭的南瓜等太空植物并不是在太空中生長出來的，而是“太空育種”的產(chǎn)物。

以南瓜為例，首先會(huì)選出一批優(yōu)秀的南瓜種子，然后將這些南瓜種子送入太空。在強(qiáng)輻射、微重力的環(huán)境中，種子會(huì)更容易被誘發(fā)產(chǎn)生變異。只是，這種變異是隨機(jī)的，人們并沒有辦法控制變異的方向。所以，當(dāng)南瓜種子返回地球后，科學(xué)家們就會(huì)進(jìn)行播種，并從中篩選出對(duì)人類有利的性狀，再進(jìn)行播種、篩選、培育，最終獲得可以穩(wěn)定遺傳的“優(yōu)良品種”，這個(gè)過程往往需要幾年的時(shí)間。

中國很早就開始了太空育種，種子曾經(jīng)被搭載在返回式衛(wèi)星和神舟飛船上，而且將植物種子送入太空的初衷是研究空間環(huán)境對(duì)植物遺傳性的影響。無心插柳柳成蔭，科學(xué)家意外地發(fā)現(xiàn)，太空旅行歸來的種子出現(xiàn)了一些優(yōu)良的性狀，由此開始，“太空育種”工作逐步開展。

很長一段時(shí)間里，我國進(jìn)行太空育種的主要目的就是解決糧食問題。在這個(gè)目標(biāo)下，我國曾經(jīng)將水稻、小麥、花生、大豆、南瓜、青椒、番茄、辣椒、茄子、西瓜、黃瓜等糧食作物的種子送入太空。這個(gè)類別的太空育種進(jìn)行了很長時(shí)間，取得了不錯(cuò)的成果?，F(xiàn)在，我們?cè)诔芯涂梢再I到太空青椒。

為了提高經(jīng)濟(jì)作物的價(jià)值，我國還曾將人參、茶葉、棉花、煙草、黃芪、甘草等經(jīng)濟(jì)作物的種子送入太空。為了提高花卉的觀賞價(jià)值，進(jìn)一步提升經(jīng)濟(jì)價(jià)值，有些花卉的種子也曾經(jīng)進(jìn)入太空，比如萬壽菊、雞冠花、三色堇、龍葵等。另外，有些林木和飼草的種子也曾進(jìn)入太空，例如油松、白皮松等。這些入選的植物多半是能夠用于生態(tài)恢復(fù)的植物，比如可以固沙的草本植物、抗寒抗旱的林木等。

值得補(bǔ)充的一點(diǎn)是，在“太空育種”工作中，被送入太空的不只有植物種子。2016年，“神舟十一”號(hào)載人飛船就將芒果幼胚細(xì)胞帶入太空，并于2017年在實(shí)驗(yàn)室成活，長出全新組織。這次育種的目的是期望未來“太空芒果”能解決防蟲害問題，提升芒果的質(zhì)量和產(chǎn)量。

太空種植，宇航生活的需要

近十年，隨著我國的載人航天技術(shù)飛速發(fā)展，我國自己的空間站也將于2020年建成，這既為科學(xué)家?guī)砹烁嗟目蒲袡C(jī)會(huì)，為宇航員帶來了在太空中生活更長時(shí)間的機(jī)會(huì)，也帶來了新的需求。

宇航員在空間站生活期間，飲食主要靠貨運(yùn)飛船的補(bǔ)給。我國在2017年4月發(fā)射的首艘貨運(yùn)飛船“天舟一號(hào)”，主要的功能就是在空間站建成后，輸送補(bǔ)給。要知道，將貨物送入太空的花費(fèi)十分高昂。在名為《太空旅行》的紀(jì)錄片中，科學(xué)家曾提到一個(gè)數(shù)據(jù)，“將1磅（約454克）貨物送入地球軌道，大概要花費(fèi)1萬美元”。

當(dāng)然，這個(gè)數(shù)字并不夠精確。因?yàn)椤柏浳铩狈N類的不同，這個(gè)價(jià)格會(huì)有所不同。比如，送50千克的人進(jìn)入太空，明顯要比送50千克面包進(jìn)入太空昂貴得多。而且隨著航天技術(shù)的發(fā)展，比如可回收火箭的出現(xiàn)，整體價(jià)格是在逐步降低的。但我們依然能從中感受到，將貨物送入太空的成本的確十分高昂。

如果宇航員在太空中長時(shí)間停留，就需要大量的飲食。對(duì)于航天任務(wù)來說，這部分食品的重量也不容小覷。而且，宇航員長期生活在太空中，免疫力會(huì)下降，只吃烘干的蔬菜，無法滿足營養(yǎng)需要。

如果能夠在太空中成功栽培蔬菜，那這兩個(gè)問題就都得到了解決：航天器可以攜帶更少的食物進(jìn)入太空，實(shí)現(xiàn)減重的目標(biāo)；宇航員可以吃上新鮮的蔬菜，補(bǔ)充營養(yǎng)物質(zhì)。

太空栽培不簡單

但是，在太空中栽培蔬菜并不簡單。首先，在太空環(huán)境中，成功栽培蔬菜非常困難，科學(xué)家們用了很長時(shí)間研究微重力環(huán)境下植物生長的狀況。事實(shí)上，這個(gè)研究現(xiàn)在仍在進(jìn)行中?？傊鼈兊纳L和地球上不太一樣。而且，太空中植物也難以獲得和地球上一樣的光照條件、溫度條件、空氣條件和濕度條件。

其次，即使克服重重困難，成功栽培出了蔬菜，也很可能被告知這些蔬菜不能食用。太空中的環(huán)境容易誘發(fā)種子發(fā)生變異，當(dāng)然也可能造成蔬菜變異，科學(xué)家們需要研究太空中栽培的哪些品種的蔬菜可以安全食用。

在這方面，美國和俄羅斯已經(jīng)為我們提供了不少經(jīng)驗(yàn)。在擁有自己的空間站之前，美國和俄羅斯也都將注意力集中在糧食作物和經(jīng)濟(jì)作物的育種上，而“和平”號(hào)空間站和國際空間站的建成，讓他們獲得了長時(shí)間太空實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)。利用這樣的機(jī)會(huì)，可以進(jìn)行兩類實(shí)驗(yàn)：

一類實(shí)驗(yàn)是研究太空環(huán)境對(duì)植物生長發(fā)育的影響。在這個(gè)目標(biāo)下，美國和俄羅斯曾經(jīng)在太空中種植豌豆、小麥、玉米、水稻、洋蔥、蘭花和郁金香等；另一類實(shí)驗(yàn)是研究如何在太空中栽培蔬菜，研究太空中栽培的哪些蔬菜可以安全食用。在這個(gè)目標(biāo)下，美國的宇航員已經(jīng)嘗試栽培了萵苣、生菜、百日菊（可以做沙拉）、番茄等。

“飛天”門票不好拿

我國已經(jīng)充分借鑒這些經(jīng)驗(yàn)，也開展了這兩類實(shí)驗(yàn)。在2016年發(fā)射的太空實(shí)驗(yàn)室“天宮二號(hào)”上，我國科學(xué)家搭載了一個(gè)迷你溫室，對(duì)擬南芥和水稻進(jìn)行了為期6個(gè)月的全生命周期培養(yǎng)，觀察種子萌發(fā)、幼苗生長和開花發(fā)育的全過程。

之所以選擇這兩種植物，是因?yàn)檫@是兩種具有代表性的、典型受到光周期調(diào)控的植物。另外，擬南芥是生命科學(xué)研究中的模式生物，科學(xué)家們對(duì)它的生長發(fā)育和基因表達(dá)情況都了解得比較清楚，容易被觀察和研究；水稻是重要的糧食作物，希望未來能夠作為太空糧食進(jìn)行推廣。

而在2016年發(fā)射的“神舟十一”號(hào)飛船上，宇航員景海鵬和陳冬親手播種了生菜，并進(jìn)行了收割，帶回了地球。這次選擇種植生菜，一方面是因?yàn)椤吧裰凼弧碧?hào)飛船在軌飛行的時(shí)間和生菜的生長周期相近；另一方面原因和國際空間站選擇種植生菜的原因一樣，可以研究其作為太空食品的可能性。

無論是對(duì)于美國、俄羅斯還是中國來說，植物每一次“上天”的機(jī)會(huì)都非常寶貴，有很多實(shí)驗(yàn)會(huì)為此進(jìn)行競爭，通常會(huì)有專門的委員對(duì)它們進(jìn)行評(píng)估，最終入選者才能獲得進(jìn)入航天器的門票。

可以看出，選擇哪種植物進(jìn)入太空，一方面需要考慮所掌握的航天技術(shù)和現(xiàn)有的航天條件；另一方面需要考慮目標(biāo)，圍繞目標(biāo)來做出選擇。

人類會(huì)繼續(xù)向深空進(jìn)軍，古語云：“兵馬未動(dòng)，糧草先行。”相信在不久的將來，太空農(nóng)場將更加豐富多彩。

說到太空植物，就得先說太空育種。

太空育種，也稱空間誘變育種，就是將農(nóng)作物種子或試管種苗送到太空，利用太空特殊的、地面無法模擬的環(huán)境（高真空、宇宙高能離子輻射、宇宙磁場……）的誘變作用，使種子產(chǎn)生變異，再返回地面選育新種子，培育新品種的作物的育種新技術(shù)。太空育種具有有益的變異多、變幅大、穩(wěn)定快，以及高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、早熟、抗病力強(qiáng)等特點(diǎn)。其變異率較普通誘變育種高3-4倍，育種周期較雜交育種縮短約1倍，由8年左右縮短至4年左右。

太空植物并不是把植物種在太空，而是讓種子先在太空中經(jīng)過變異，然后回地面進(jìn)行播種，從中篩選出對(duì)人類有利的性狀，再進(jìn)行播種、篩選、培育，最終獲得可以穩(wěn)定遺傳的“優(yōu)良品種”。

責(zé)任編輯：陸艷 責(zé)任校對(duì)：夏越