在人類探索太空的過程中，把地球上的植物帶到太空不僅有美化空間站環(huán)境的原因，更有實際的意義。在空間站上，植物讓空氣更甜美，地球家園氣息也更多些。植物對空間站上的宇航員（航天員）保持健康來說很重要，在他們承擔長期太空任務期間來說更是如此。

缺乏維生素會引起一系列健康問題，比如，缺乏維生素C 可能會讓人患上壞血癥。只食用復合維生素片，并不足以維持宇航員的健康，他們還需要新鮮的、天然的豐富營養(yǎng)。

目前在空間站上，宇航員會得到定期的食物補給，其中包括凍干食品和預制食物等多種食物，運輸飛船會及時把這些食物送到空間站。但宇航員有可能前往更遠的太空，在空間站上一待就好幾個月，在此期間食物補給船不能前來，而空間站上預制食物中所含的維生素也會分解。

科學家正在想方設法為宇航員提供時效長、易吸收的營養(yǎng)物，因此，能在空間站上種植新鮮蔬果尤其重要。但一大挑戰(zhàn)是，在空間站上沒有陽光、缺乏地球引力的封閉環(huán)境里，怎樣才能種植蔬果呢？

維吉艙

維吉艙是蔬菜生產(chǎn)系統(tǒng)的簡稱。它實際上是空間站上的一個太空花園。通過維吉艙，科學家能探索微重力環(huán)境中的植物生長過程，同時為宇航員帶來一些新鮮食物，從而提升他們在太空中的歸屬感和健康程度。

維吉艙只比一個旅行拉桿箱稍大些，里面一般有6 種植物，其中每種都生長在包含黏土和化肥的基質上，這樣的基質能讓植物根部附近的水、養(yǎng)分和空氣循環(huán)達到平衡。如果不能達到平衡，植物根部就會因浸水而腐爛或被空氣破壞，這是因為液體在太空中容易形成氣泡。

在缺乏引力的條件下，植物利用其他環(huán)境因素（例如光線）來定向引導生長。位于維吉頂部的發(fā)光二極管組發(fā)出適合植物生長的光線。因為植物會反射大量綠光，吸收更多的紅光和藍光，所以維吉艙通常閃耀石榴紅光，這樣能更好地滿足植物所需。

維吉艙已經(jīng)成功生長出多種蔬菜，其中包括生菜、大白菜、紅甘藍和百日菊等。一些蔬菜被采摘和供宇航員食用，另一些被送回地球做檢測。迄今，在空間站上采摘的蔬菜都是安全的。

科學家計劃未來在太空種植更多種植物，例如草莓、一些豆類及其他富含抗氧化物的植物，讓宇航員能更好地抵御太空輻射。

領先植物艙

與維吉艙一樣，領先植物艙（以下簡稱領先艙）也是空間站上用于植物種植和植物研究的生長艙。它也采用發(fā)光二極管組產(chǎn)生光線，并且采用一種能向植物根部可控地釋放化肥、水、養(yǎng)分和氧的多孔的黏土基質。

但與維吉艙不同的是，領先艙是完全閉合的，其中有相機組和超過180 個感應器與地面控制中心“互動”。領先艙無須宇航員維護，它的養(yǎng)分供給、濕度和溫度控制都是自動的。領先艙的發(fā)光二極管數(shù)量比維吉艙還多，它們不僅提供紅、綠、藍光，還提供白光、遠紅外光和近紅外光，以便于夜間成像。

當領先艙里的植物成熟后，宇航員會提取植物樣本，通過凍干技術和化學固定來保存它們，并把它們送回地球檢測，讓科學家更好地了解太空會怎樣影響植物的生長發(fā)育。

2018 年春，領先艙首次種植了擬南芥和矮小麥?？茖W家計劃下一步對這些植物進行基因、蛋白質和代謝水平檢測，探索太空環(huán)境會怎樣影響植物。他們想了解的一個重要問題是：微重力會怎樣影響植物的木質素含量？木質素對于植物來說就像是骨骼對于人體的關系。木質素賦予植物結構和穩(wěn)定性，讓植物能對抗引力而站立?？茖W家已經(jīng)知道，人體在太空環(huán)境中會出現(xiàn)鈣質流失和肌肉退化，原因是在太空的失重環(huán)境中體能要求降低了。那么，植物的“骨骼”——木質素會受到太空的什么影響？

科學家還想了解：如果植物經(jīng)過基因改造后木質素含量減少，那么植物能否在太空中保持正常功能？如果能，就能讓在太空種植的植物多一些優(yōu)勢，其中包括：這些植物更容易被人體吸收，以及人體在攝入它們之后排泄的廢物更容易成為肥料。科學家相信，這些基本信息有助于指引今后的深空探索和太空移民。

生物學研究罐

生物學研究罐（以下簡稱生物罐）被用于研究太空環(huán)境對小得能夠在培養(yǎng)皿中生長的酵母等微生物的影響。生物罐配備的發(fā)光二極管組可支持一般植物、苔蘚、藻類及藍藻細菌等的生長，因為這些生物需要光線來制造食物。

目前，生物罐的發(fā)光二極管組仍在接受硬件檢驗。科學家希望能確保這些二極管不會燙傷植物。

科學家對擬南芥在太空中可能出現(xiàn)的基因表達改變尤其感興趣。這方面的模擬研究已在地面大量進行，例如冷激擬南芥、按壓它們、不給它們澆水、給它們大量注水、對著它們大聲喊叫。這方面的實驗結果與太空情況會有哪些異同？科學家對此很感興趣。

在這些地面研究中出現(xiàn)的一些情況不出所料，例如與引力有關的基因在失重環(huán)境中會變異。但有兩種情況引起科學家特別關注，它們都與植物的免疫系統(tǒng)有關。

一是植物在太空中的氧化壓力可能會增加。細胞中的正?；衔飼圃煲环N破壞性很強的活性氧。如果這種化合物失控，就會損壞修復DNA 的機制，或者損害線粒體。對健康的植物來說，細胞有多種途徑來避免這種化合物失控。而在太空中，植物很可能制造更多的這種化合物。

二是在太空中與植物免疫系統(tǒng)有關的一些基因可能會開啟，另一些則可能會關閉?？茖W家擔心，這可能會降低植物對抗感染的能力。

還有一些間接證據(jù)表明，植物在太空中可能難以抵御病原體。在維吉艙中曾出現(xiàn)這樣的情況：百日菊得到的水量過多，空氣流動卻不足，結果，百日菊上有真菌開始生長，導致一些百日菊死亡。宇航員仔細清除了這些真菌，那些瀕死的百日菊起死回生，還開出了花朵。盡管如此，科學家卻不得不擔憂太空環(huán)境會削弱植物的健康。

科學家希望未來通過生物罐進行基因表達研究，誘使植物“相信”自己正受到威脅?？茖W家計劃采取的實驗手段是調節(jié)植物的蛋白質受體，因為這些受體時刻在“提防”細菌侵襲。

細菌使用鞭毛來幫助自己游弋，這些鞭毛都有22 種特殊氨基酸。植物時刻“提防”的正是這些氨基酸，一旦識別到它們，植物就會開啟自己的防御系統(tǒng)。在地面進行的一項實驗中，科學家把由這22 種氨基酸組成的一種無毒溶液噴射到植物身上，結果植物“嚇壞了”。

在后續(xù)的生物罐實驗中，當小型植物在生物罐中生長了10 天后，科學家會對它們噴射這種溶液。1 小時后，預計這些植物將會進入全面“戒備”，此時科學家會對它們噴灑化學固定劑，以打斷所有的生物學過程，由此保留植物的反應狀態(tài)。接著，這些植物會被深度冷凍，然后送回地球檢測RNA。

（編輯：王川）