空间站的植物栽培史

董琛

国际空间站是一个在近地轨道上运行的科研设施，是人类历史上第9个载人的空间站。它其实就是一个建设在空间环境中的科学实验平台，这个平台上开展的研究并不仅限于天文、物理等专业，也包括医学、生物学等领域。

对在国际空间站种植植物而言，最主要的意义还是满足科研需求。空间站特殊的空间环境，如失重、大气组成、射线等，可以给科学家提供一个观察植物生长的特殊条件，或许可能让科学家观察到一些在传统环境下没有的特性，也许会给人类研究生命起源、物种进化带来更多的启示。同时，宇航员种植蔬菜等作物可帮助他们舒缓压力、放松心情。很多从太空归来的宇航员都回忆说，在漫长紧张的太空考察中，他们会一连花几个小时来观赏这些赏心悦目的绿植以放松心情。

说起空间站植物栽培的历史，必须首先介绍一下空间站的历史。空间站建设的鼻祖是苏联。“礼炮” 系列空间站由苏联建造，其中“礼炮1”号是人类的第一个空间站，这个系列的空间站在1971年至1985年间服役，一共发射了1号至7号。“和平”号是苏联设计建造的第8个空间站，它于1986年发射升空，并在接下来的10年间陆续追加了众多功能模块，一直被运用到2000年。苏联与美国在这里进行过宇航事业合作，28名不同国家的宇航员也曾到“和平”号工作。它在废弃

后于2001年失控，坠入大气层烧毁。

1998年11月，现行国际空间站的第一个部件“曙光” 号功能货舱发射升空，随后陆续发射模块对其逐渐进行扩充。它由多个国家分工建造、联合运用，是目前人类拥有过的规模最大的空间站。

由于率先建造空间站的缘故，苏联的科学家也成为空间植物科学的先驱。真正大规模进行空间植物实验是在“和平”号空间站上，位于莫斯科的俄罗斯科学院生物医学问题研究所和俄罗斯科学院西伯利亚分院生物物理研究所是当仁不让的主力军，他们设计建造了适宜失重条件的栽培装置，在空间站进行了诸如生菜、小麦等植物的栽培实验，得到了很多原创性的发现。20世纪90年代，他们在空间站进行了157天小麦循环栽培实验，这些小麦株高只有13厘米，每株只有1个穗，不分蘖，但返回地面后，它们又重现了原始性状。这些看似神奇的发现，立刻引发了各国植物学家、生态学家的兴趣。美国政府随后加大科研投入， 美国航空航天局会同美国几十所著名高校掀起了空间植物科学的研究热潮，肯尼迪航天中心和佛罗里达大学等科研院所的科学家对小麦、豌豆、生菜、拟南芥、洋葱、玉米等植物进行了多次飞行搭载实验，研究了诸如光强、光周期、失重、温度、干旱、辐射等环境条件对植物从宏观生态反应到微观基因、蛋白表達谱的影响的一系列研究，获得了从硬件栽培设备到软件栽培参数等诸多专利与成果。

“真酷！好吃！太新鲜了！” 2015年8月在空间站上品尝生菜的美国宇航员斯科特·凯利和日本宇航员油井龟美在视频中略带夸张地感叹道。

“这是个人的一小口，却是人类的一片大叶子。”当时，美国航空航天局在官网上略带调侃地评论说，“这让我们距离飞向火星又近了一步。”

2015年10月， 美国航空航天局宣布正式启动名为“Veggie”的在国际空间站种植花卉的计划，此次筛选的植物是百日菊。2016年1月，这些百日菊在空间站顺利绽放。

在太空种植作物，长远考虑是使其成为未来载人深空探索任务中生命保障系统的一部分。久处太空的宇航员需要富有营养的新鲜蔬菜，以补充维生素和其他微量元素。培育蔬菜的“太空温室”除了保证宇航员能吃到新鲜蔬菜外，对改善空间站以及飞船内的空气及水交换也能起到重要作用。此外，空间站栽培植物还有标记时间的作用，研究发现，在没有日夜交替和季节变化的太空中生活，航天员容易失去生理节律， 睡眠受到影响。“太空温室”可以帮助宇航员调节自身节律，让宇航员在花开花谢间看到时间的流逝。在太空中，植物是唯一随时间变化而变化的存在，它的作用不单单是时钟——看着植物的变化比看时钟带来的时间体验更强烈。

美国航空航天局称，放眼火星或小行星探测任务，太空农业将变得更为重要。未来，太空农业技术仍需取得重要突破，而且这类创新技术将惠及地球农业。研究植物在太空中的生长情况，或许有一天能够彻底解决地球上的粮食缺乏问失重条件下，植株根系生长受到干扰题。