在太空能种出黄瓜吗？

60年来的梦想

实际上，自从人类掌握了空间技术开始，就有了“太空农场”的梦想。毕竟，要想在太空长时间停留，完全依靠从地球携带而来的补给是不现实的。且不说浪费在运输上的能源，一旦进行深空探测，毕竟以现在飞船的速度，要抵达火星还需要近一年的时间。如果运输途中稍有差池，宇航员就要饿肚子了。

从1957年第一颗人造卫星发射成功开始，科学家们就开始尝试在卫星、空间站这些太空“旅行仓”中种植植物了。不过，并非将植物塞进太空仓就能变成太空植物，环境的改变让生长开花都变成了极具挑战的任务，毕竟在数亿年的进化过程中，植物已经适应了地球环境，让它们在太空扎根生长就像把人突然扔到大海里生活一样。所以，最初的实验仅仅是让植物幼苗搭乘航天器到太空兜兜风，检查太空环境对它们的影响。直到1982年，苏联科学家才在礼炮7号空间站上完成了拟南芥“从播种到收获种子”的种植过程。那次实验结果可算令人满意：这些个体产生的种子大多是正常的，可以再次生根发芽，开花结果。

不过，就像长期在太空居住的宇航员会碰到骨质疏松，肌肉萎缩等诸多麻烦一样，植物身上也会出现各种各样的生理问题。迄今为止，还没有哪种作物能像在地球上一样正常生长发育。越来越多的研究表明，在太空仓里种植物，远非将温室设备搬到太空中那么简单。

强光？弱光？

虽说植物生长靠太阳。但是在宇宙空间中晒太阳却是一件危险的事情。且不说高能质子、阿尔法粒子这样的宇宙射线可以直接“砸坏”植物蛋白质和DNA，危及它们正常生活甚至生命，在没有大气层的阻挡的情况下，这里的大量紫外线就足够植物喝一壶的。这些高能量的“光线”不止令人生畏，也会破坏植物的正常结构和代谢过程。

所以，在太空种植的第一步，就是制造出合适的透光防护罩，隔离那些有害的紫外线和宇宙射线，让植物可以安全地生长。

当然，太阳能光伏电池可以将危险的太阳光转化成电能，然后再利用日光灯等照明设备来满足植物对光的需求。不过，这样做就会在转化过程中损失了很多能量。好在对人类而言，太阳是个取之不尽的能量来源，只要考虑需要增加的太阳能电池板就可以了。

不过，未来远离太阳、进入深空探测时，宇航员们又会碰到弱光条件，如果仅靠电能照明种植粮食蔬菜，就需要耗费许多能源。好在不久前，科学家已经发现了可以吸收红外光的植物，这些生活在西澳大利亚的藻青菌含有一种我们不熟悉的叶绿素——叶绿素f，这种色素可以吸收波长上限为720纳米的太阳光，这已经是红外线的范围了。比起通常的具有叶绿素b和叶绿素a的植物，含有这种叶绿素的植物能吸收波长更长的光线，也就更能适应一些红外线成分比较多的光源（这样的恒星确实存在）。如果它们可以通过筛选，就能为深空探测提供必要的能源支持。

解渴的水哪里来

除了光，种植需要解决的还有光合作用的另一个要素——水。我们都知道水是光合作用必不可少的原料。不过，你可能不知道，植物吸收的99%水分都蒸发到了空气中。这种看似“浪费”的行为，实际上对植物有着重要作用。植物的叶片就像是一台台水泵，将根系吸收的水分和矿物质混合而成的营养液“抽”到枝头，而这些水泵的动力就来自蒸发水分而获得的能量。另外，通过蒸发水分还能降低叶片的温度，避免被阳光灼伤。

当然，这工作的耗水量并不小。正常情况下，小麦的每长出1克的物质（注意，包含不能吃的部分哦），就需要用掉513克的水，当然绝大部分都是用在了蒸腾作用上。可惜到目前为止，人类还没有发现另一个像地球这样有较为充足水分的地方，也就是说我们要尽可能地将水分回收再利用，恐怕光是解决蒸腾水分的回收就是个代价不扉的工程。

当然，我们也可以只种泡在全密封的水箱里的藻类植物，这样就不用考虑收集蒸腾作用的水分了，但前题是，做太空旅行的你要长期忍受只嚼海苔过活的日子。也许那时，一片面包也会变成奢侈品。

没有二氧化碳，植物也会饿肚子

不止如此，千万不要以为有了光和水植物就能正常生长了，没有二氧化碳，一切都是零。如果说光和水是吸收太阳能的关键因素，那二氧化碳就是储存能量的关键部件了。倘若把前两者比作发电厂的必备要素，那么二氧化碳就像是能够储存能量的充电电池。

在光合作用过程中，植物会首先利用光和水制造出高能物质。这些高能量的家伙可不安分，如果不把它们用掉。它们就会在细胞里释放能量、乱搞破坏。而想要固定这些能量，二氧化碳的浓度是一个关键因素。

二氧化碳在地球大气中的含量不高，仅有0.03%。因为整个生物圈的协调运作，这个浓度基本上保持稳定（当然，最近的温室气体含量飙升纯粹是人类自己惹的祸）。但是，对于一个小范围的空间，要维持一个稳定的浓度就不是那么容易了。在实验人工建立生态系统的“生物圈2号”工程中，科学家建立了一个总体积为18万立方米的小小生物圈。但是不久之后，这里的“大气”成分就发生了变化，氧气、氮气和二氧化碳的比例发生了巨变，并且波动过大：高峰时二氧化碳的平均浓度为2466ppm（百万分之一浓度，也就是100万份空气中所占的比例），到低谷时二氧化碳浓度则只有1060ppm。这样的波动不仅不适于人类生存，连植物生长都成问题。对于比生物圈2号个头还小的太空舱来说，如何控制调节好二氧化碳的浓度，还是一项棘手的工作。

分不清的天和地

除了上面的植物生长要素，在空间更难解决的是重力问题。在地球上生活的我们，经常会忽略这个条件的存在。可是一旦进入了太空，这个因素的重要性就立马显现出来了。

“根会往土里扎，茎秆会努力向上生长”，这些我们觉得司空见惯的想象，其实都是植物感受到重力之后作出的反应。目前还没有证实，植物是怎样辨别方向的。比较公认的一种看法是，植物细胞里有一些淀粉组成的颗粒，它们会受重力的影响，沉积到细胞的下部，从而给细胞壁施加刺激，这样一来，植物就能辨别出天和地了。可以说，这些淀粉粒就是植物生长的“指南针”。不过，在失重状态下，这样的沉积就变得不可能了。不仅如此，分解这些淀粉颗粒的酶会特别活跃，彻彻底底地把“指南针”砸烂了。

其结果就是，植物生长分不清上下，根和叶都向着四面八方生长。就拿常用的实验植物拟南芥来说，它们在失重状态下最后长成一团，本该拼命伸向天空的茎停下了脚步，反而是多了很多枝枝杈杈。个头比地面上的拟南芥要小，而且植株显得更纤细，就像是漂浮在水中的水草一样。

失重状态还会影响植物体内激素物质的分布，这不仅会影响植物的生长形态，还会影响植物的繁殖。20世纪90年代，科学家曾经在和平空间站上种植过小萝卜和大白菜。遗憾的是，它们的品质比起地面生长对照组都要逊色不少，不仅发芽率低，生长缓慢，并且植株更为矮小，开花结籽需要更长的时间。