科學(xué)解讀太空蔬菜

張景陽 張?zhí)N

近幾年來，繼航天育種之后，太空蔬菜種植逐漸成為空間科技發(fā)展和航天技術(shù)研究的一項(xiàng)重要內(nèi)容。近期，《植物科學(xué)前沿》雜志發(fā)布了一項(xiàng)研究，稱某些太空蔬菜（經(jīng)歷在太空環(huán)境中從萌芽到成熟全過程的蔬菜）的成分與地面種植的同類蔬菜成分相似，甚至可能富含鉀、鈉、磷、硫、鋅等元素和較高水平的酚類物質(zhì)。

雖然這項(xiàng)成果一下子拉近了太空蔬菜和地球蔬菜的距離，但是在太空種菜可不像地球上這么簡(jiǎn)單，全世界的科學(xué)家花費(fèi)了好幾年的時(shí)間才讓“太空菜園”有希望照進(jìn)現(xiàn)實(shí)。

太空種菜已成功實(shí)現(xiàn)

自2014年起，科學(xué)家就開始在國際空間站著手打造一個(gè)與地球表面相同溫度、濕度和二氧化碳濃度的“類地表環(huán)境”，在這樣的環(huán)境下利用水培和噴霧栽培種植生菜。美國國家航空航天局（NASA）的太空種菜計(jì)劃負(fù)責(zé)人喬亞·瑪薩表示，之所以啟動(dòng)太空種菜的項(xiàng)目，是由于如果食物儲(chǔ)存太久，口感和營養(yǎng)價(jià)值都會(huì)下降，維生素也會(huì)減少；如果太空種菜成功，就能夠確保宇航員在漫長(zhǎng)旅程中有足夠的營養(yǎng)，便于未來更加遙遠(yuǎn)的深空探索。

2016年，我國航天員首次“觸電”太空種菜，在天宮二號(hào)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)種下了9棵生菜。被“翻牌”的不只是葉類蔬菜，2019年，我國科研人員再次在天宮二號(hào)啟動(dòng)了擬南芥和水稻種植，以檢測(cè)空間微重力對(duì)生命活動(dòng)的影響。此前，俄羅斯宇航員還曾嘗試在和平號(hào)空間站種植小麥。

口感和營養(yǎng)不輸?shù)厍蚴卟?/p>

太空種植的作物與地球上的作物有什么區(qū)別？這個(gè)問題引發(fā)了諸多航天愛好者的關(guān)注。2015年，NASA電視臺(tái)對(duì)首批兩名宇航員試吃太空生菜的情況進(jìn)行了轉(zhuǎn)播。這些拌上橄欖油和料汁的太空生菜被做成一道沙拉，兩名宇航員吃后直呼感覺“不一般”，除了一致贊揚(yáng)其口感爽脆外，其中一名宇航員還表示“味道有點(diǎn)像芝麻菜”。

除了口感以外，太空蔬菜的營養(yǎng)價(jià)值究竟如何呢？近期，《植物科學(xué)前沿》雜志上的一項(xiàng)研究顯示，NASA全面檢測(cè)了此前3年間在國際空間站上種植的生菜，指出太空生菜含有的營養(yǎng)價(jià)值與地球生菜基本一致。科學(xué)家稱，太空生菜中還包括鉀、鈉、磷、硫、鋅等元素以及較高水平的酚類物質(zhì)，而酚類物質(zhì)此前已被證實(shí)具有抗病毒、抗癌、抗炎的特性。此外，國際空間站種植的生菜還不含任何有害細(xì)菌，如大腸桿菌、沙門氏菌等，真菌和霉菌孢子數(shù)量也處于正常范圍，適合人類食用。

建立太空農(nóng)場(chǎng)并非易事

然而想要建立一個(gè)太空農(nóng)場(chǎng)卻并不是一件容易的事。在植物生長(zhǎng)過程中，光照、溫度、濕度、空氣、土壤這5個(gè)要素缺一不可。空間站內(nèi)的空氣、溫度可供宇航員正常生活，滿足植物生存自然不成問題，但其他幾個(gè)條件也讓科學(xué)家們費(fèi)了一番功夫。

光合作用是植物生存的根本，如何在太空艙里模擬植物所需的光照？中國科學(xué)院包頭稀土研發(fā)中心主任池建義表示，“如果你想做一個(gè)太空農(nóng)民，首先必須掌握過硬的技術(shù)，傳統(tǒng)手段需要使用600-1000瓦的燈泡才能在封閉環(huán)境中模擬陽光并刺激植物生長(zhǎng)，但這樣的耗能和設(shè)備在太空艙里顯然是不可能的。”

大量研究證實(shí)，植物的光合作用并不是要吸收陽光中所有的光，例如生菜更青睞紅色與藍(lán)色的光。因此，低能耗、可調(diào)節(jié)光譜的LED燈就成了為太空蔬菜提供光照的不二選擇。我國航天員首次在太空種植生菜時(shí)，采用了紅、綠、藍(lán)3種顏色的組合光，其中綠色光是為了讓視覺效果比較好，利于觀察。而NASA的空間站用的是藍(lán)紫光為蔬菜提供光照，因?yàn)樗麄兯N植的是紅葉生菜，藍(lán)紫光更利于紅葉生菜著色。

有了光還不行，要種菜還得有土。從以往資料中可以得知，我國在制作太空蔬菜生長(zhǎng)的土壤時(shí)選擇了蛭石作為基礎(chǔ)原料，這是一種極為常見的人造植物生長(zhǎng)原料，被廣泛應(yīng)用在植物組培和育苗中。航天員中心環(huán)控生保研究室副研究員王隆基說，蛭石有著非常好的吸水性，水分在蛭石中的傳導(dǎo)受重力影響很小，可以順暢地向上吸附，并且蛭石的密度小、質(zhì)量輕，不會(huì)給飛行器增加很大負(fù)擔(dān)。和平號(hào)空間站還曾以斜發(fā)沸石為基質(zhì)栽培了蘿卜和白菜，這種沸石含有作物生長(zhǎng)所需的鉀、磷、鋅、鐵等多種元素，同時(shí)還具有很強(qiáng)的吸附性，可以有效防止水分流失。

濕度是最容易調(diào)節(jié)的部分?？臻g站里的水全部來自地球補(bǔ)給，水回收系統(tǒng)還可以將廢水收集起來，通過過濾裝置循環(huán)利用。植物的土壤里安裝有含水率監(jiān)測(cè)裝置，航天員可根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采用注射器給植物及時(shí)補(bǔ)水。

相關(guān)鏈接：太空育種和太空蔬菜的區(qū)別

經(jīng)太空育種長(zhǎng)出的蔬菜也被稱為太空蔬菜，但是它與太空種植的蔬菜是有本質(zhì)區(qū)別的。

黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院園藝分院副研究員王雪表示，太空育種技術(shù)是利用太空中的宇宙粒子輻射、微重力（即失重）、弱地磁、高真空和超潔凈、大溫差等綜合環(huán)境因素，影響植物種子的遺傳變異，使其內(nèi)部DNA鏈上的基因組發(fā)生缺失、重復(fù)、易位或倒置，進(jìn)而產(chǎn)生一些高頻度、大幅度的遺傳性狀突變，來創(chuàng)造豐富的育種變異材料、創(chuàng)新種質(zhì)資源。

與其他育種技術(shù)相比，太空育種能夠更加快速地獲得穩(wěn)定品系，使新品種的育種年限縮短到5-6年。另外，太空育種的本質(zhì)是利用特殊的環(huán)境加速作物的自然突變頻率，沒有外來基因片段插入，不會(huì)造成食品安全隱患。