2011年6月6日，在哈薩克斯坦拜科努爾發(fā)射場，準備搭乘“聯(lián)盟”號載人飛船前往國際空間站的日本宇航員古川聰在新聞發(fā)布會上宣布，對黃瓜“情有獨鐘”的他，打算在國際空間站種黃瓜。但是，新聞同時宣稱，“按照規(guī)定，宇航員不準吃這些黃瓜”。

　　在太空種黃瓜需要些什么特殊的技術？種出的黃瓜跟地球上菜園里出產(chǎn)的黃瓜品質(zhì)一樣嗎？

　　60年來的夢想

　　人類掌握了空間技術，但要想在太空做長時間停留，完全依靠從地球攜帶而來的補給是不現(xiàn)實的。一旦進行深空探測，以現(xiàn)在飛船的速度，要抵達火星還需要近一年的時間。如果運輸途中稍有差池，宇航員就只能餓肚子了。

　　從1957年第一顆人造衛(wèi)星發(fā)射成功開始，科學家們就嘗試在衛(wèi)星、空間站這些太空“旅行倉”中種植植物了。不過，并非將植物塞進太空倉就能變成太空植物，環(huán)境的改變讓生長開花都變成了極具挑戰(zhàn)的任務。要知道，在數(shù)億年的進化過程中，植物已經(jīng)適應了地球環(huán)境，讓它們在太空扎根生長就像把人突然扔到大海里生活一樣。因此，最初的實驗僅僅是讓植物幼苗搭乘航天器到太空兜兜風，檢查太空環(huán)境對它們的影響。直到1982年，前蘇聯(lián)的科學家才在禮炮7號空間站上完成了擬南芥“從播種到收獲種子”的種植過程。并且，這些個體產(chǎn)生的種子大多是正常的，可以再次生根發(fā)芽，開花結果。

　　就像長期在太空居住的宇航員會碰到骨質(zhì)疏松、肌肉萎縮等諸多麻煩一樣，植物身上也會出現(xiàn)各種各樣的“生理問題”。迄今為止，還沒有哪種作物能像在地球上那樣正常地生長發(fā)育。越來越多的研究表明，在太空倉里種植植物，遠非將溫室設備搬到太空中那么簡單。

　　問題一：用什么光來種植？

　　植物生長靠太陽，但是在宇宙空間中曬太陽卻是一件危險的事情。且不說，像高能質(zhì)子、阿爾法粒子這樣的宇宙射線可以直接“砸壞”植物蛋白質(zhì)和DNA，危及它們正常的生活甚至生命；單說，在沒有大氣層的阻擋的情況下，這里大量的紫外線就足夠植物喝上一壺的，這些高能量的“光線”同樣會破壞植物的正常結構和代謝過程。

　　因此，在太空種植植物的第一步就是應該制造出合適的透光防護罩，隔離那些有害的紫外線和宇宙射線，讓植物可以安全地生長。當然，太陽能光伏電池可以將危險的太陽光轉(zhuǎn)化成電能，然后再利用日光燈等照明設備來滿足植物對光的需求。不過，這樣做的結果就是在轉(zhuǎn)化過程中損失了很多能量。好在對人類來說，太陽是個取之不盡的能量來源，只要考慮需要增加多少太陽能電池板就可以了。

　　不過，在未來進入深空探測時又會碰到弱光條件，如果僅靠電能照明種植糧食蔬菜，無形當中浪費了許多能源。好在不久前，科學家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了可以吸收紅外光的植物，這些生活在西澳大利亞的藻青菌含有一種我們不熟悉的葉綠素———葉綠素f，這種色素可以吸收波長上限為720納米的太陽光，這已經(jīng)是紅外線的范圍了。如果可以通過篩選選出比具有葉綠素b和葉綠素a的植物吸收波長更長的光線，那就更能適應一些紅外線成分比較多的光源（這樣的恒星確實存在），這樣能為深空探測提供必要的能源支持。

　　問題二：水從哪里來？

　　除了光，科學家還需要解決的就是光合作用的另一個要素———水。我們都知道水的一大作用是參與光合作用，不過，你可能不知道，植物吸收水分中的99%都蒸發(fā)到了空氣中。這種看似浪費水的行為實際上對植物有重要作用。它們的葉片就像是一臺臺水泵，將根系吸收的水分和礦物質(zhì)混合而成的營養(yǎng)液“抽”到枝頭，而這些水泵的動力就是通過蒸發(fā)水分獲得能量。另外，植物通過蒸發(fā)水分還能降低葉片的溫度，避免被陽光灼傷。

　　這項工作的耗水量并不小。正常情況下，小麥每長出1克的物質(zhì)（注意，包含不能吃的部分哦）就需要用掉513克的水，當然絕大部分都是用在了蒸騰作用上。可惜到目前為止，人類還沒有發(fā)現(xiàn)另一個像地球這樣有較為充足水分的地方，也就是說我們要盡可能地將水分回收再利用，恐怕光是解決蒸騰水分的回收就是個代價不菲的工程。

　　當然，我們也可以只種泡在全密封的水箱里的藻類植物，這樣就不用考慮收集蒸騰作用的水分了，但前提是，做太空旅行的你要長期忍受只嚼海苔過活的日子。也許那時，一片面包也會變成奢侈品。

　　問題三：如何調(diào)控二氧化碳的濃度？

　　千萬不要以為有了光和水植物就能正常生長了，沒有二氧化碳，一切都是零。如果說光和水是吸收太陽能的關鍵因素，那二氧化碳就是儲存能量的關鍵了。前兩者就像是發(fā)電廠的必備要素，而二氧化碳則是能夠儲存能量的充電電池的關鍵部件了。

　　光合作用會首先利用光和水制造出高能物質(zhì)。這些家伙可不安分，如果不把它們用掉，它們就會在細胞里搞破壞。要固定這些能量，二氧化碳的濃度是一個關鍵因素。

　　二氧化碳在地球大氣中的含量僅有0.03%。因為整個生物圈的協(xié)調(diào)運作，這個濃度基本上保持穩(wěn)定（當然，最近的溫室氣體含量飆升純粹是人類自己惹的禍）。但是，對于一個小范圍的空間，要維持一個穩(wěn)定的濃度就不是很容易了。在實驗人工建立生態(tài)系統(tǒng)的“生物圈2號”工程中，科學家建立了一個總體積為18萬立方米的小小生物圈。但是不久之后，這里的“大氣”成分就發(fā)生了變化，氧氣、氮氣和二氧化碳的比例發(fā)生了巨變，并且波動過大：高峰時二氧化碳的平均濃度為2466ppm（就是把空氣劃成100萬份，二氧化碳占2466份），到低谷時二氧化碳濃度則只有1060ppm。這樣的波動不僅不適于人類生存，連植物生長都成問題。對于比“生物圈2號”個頭還小的太空艙來說，如何控制調(diào)節(jié)好二氧化碳的濃度，是一項棘手的工作。

　　問題四：失重狀態(tài)怎么解決？

　　除了上面的植物生長要素，在空間更難解決的是重力問題。在地球上生活的我們，經(jīng)常會忽略這個條件的存在，可是一旦進入了太空，這個因素的重要性就立馬顯現(xiàn)出來了。

　　“根會往土里扎，莖稈會努力向上生長”，這些我們覺得司空見慣的現(xiàn)象，其實都是植物感受到重力之后作出的反應。目前還沒有證實，植物是怎樣辨別方向的。比較公認的一種看法是，植物細胞里有一些淀粉組成的顆粒，它們會受重力的影響，沉積到細胞的下部，從而給細胞壁施加刺激，這樣一來，植物就能辨別出天和地了?？梢哉f，這些淀粉粒就是植物生長的“指南針”。不過，在失重狀態(tài)下，這樣的沉積就變得不可能了。不僅如此，分解這些淀粉顆粒的酶會特別活躍，徹徹底底地把“指南針”砸爛。

　　其結果就是，植物生長分不清上下，根和葉都向著四面八方生長。拿常用的實驗植物擬南芥來說，它們在失重狀態(tài)下最后長成一團，本該拼命伸向天空的莖停下了腳步，反而多了很多枝枝杈杈。個頭比地面上的擬南芥要小，而且植株顯得更纖細，就像是漂浮在水中的水草一樣。

　　失重狀態(tài)還會影響植物體內(nèi)激素物質(zhì)的分布，這不僅會影響植物的生長形態(tài)，還會影響植物的繁殖。20世紀90年代，科學家曾經(jīng)在和平空間站上種植過小蘿卜和大白菜，遺憾的是，它們的品質(zhì)比起地面生長的相同植物都要遜色不少，不僅發(fā)芽率低、生長緩慢，而且植株更為矮小，開花結籽需要更長的時間。

　　問題五：會不會有不想要的突變？

　　“太空育種”是我們經(jīng)常聽到的一個名詞。在轉(zhuǎn)基因技術應用之前，這確實是一種重要的育種手段。不過，利用宇宙輻射作為條件突變產(chǎn)生種子并不可靠，因為這樣產(chǎn)生的突變沒有方向性，也就是說，我們不知道變出的種子是更好了，還是更糟了。況且，一般情況下產(chǎn)生的突變都是有害的，這就大大地增加了育種的工作量，遠不及轉(zhuǎn)基因技術來得直接和精細，畢竟后者可以將我們想要的優(yōu)良基因（比如抗病蟲害的BT基因）精確而直接地“放置”到植物的基因組中。

　　既然能讓種子產(chǎn)生突變，我們還應該注意，這些宇宙射線會不會讓我們在太空正常種植的植物發(fā)生有害突變，降低品質(zhì)和產(chǎn)量。此外，在微重力環(huán)境下，染色體、復制分離都會受到影響，很容易出現(xiàn)畸形植物，從而影響種子的成活率，以及后代植株的質(zhì)量。要保證種下去的甜西瓜種子結出的還是甜西瓜就已經(jīng)不是一件簡單的事情了。

　　這樣看來，在太空中種出一根小黃瓜絕不是一件簡單的事情。究竟這次古川聰種下的黃瓜能長成什么樣子，我們不妨拭目以待。

據(jù)羊城晚報