6月5日，神舟十四号載人飛船順利發射升空，航天員進駐天和核心艙。

此前，天舟四号貨運飛船發射并對接了天和空間站，運送了一批物資，為神舟十四号載人飛船作準備，可謂兵馬未動、糧草先行。為了航天員在太空中的衣食住行，天舟四号貨運飛船運送的物品達6噸，品類繁多，共計200餘件，包括設備、食物、衣物、生活用品和實驗項目物品，其中還有一批農作物種子，有小麥、玉米和高粱等。

其實，人類攜帶植物和植物種子“上天”的曆史由來已久。我國的神舟飛船幾乎每次都要攜帶大量的種子，如今年4月返回的神舟十三号就攜帶了12000顆種子。這裡，我們邀請中國科學院國家空間科學中心助理研究員王铮為我們盤點一下人類航天史上那些“上過天”的植物。

經過“太空育種”的石斛種質資源随神舟十二号載人飛船一起歸來。

（1）植物“上天”做生物實驗

咱們人類是呼入氧氣、吐出二氧化碳，但綠色植物的光合作用，是呼入二氧化碳、吐出氧氣。那麼，宇宙飛船是不是可以帶着植物，來實現氧氣和水的循環呢？确實有一些小說和影視作品呈現過這種想法，比如電影《太陽浩劫》中，飛船内的植物園種植蔬菜水果為組員提供營養補給，同時也用于氧氣檢測和供給。

不過，航天飛行的載重十分珍貴，加之植物生長所必須的水也是緊俏資源，所以不會采用這種方式制造氧氣。像天和空間站這樣長期駐留宇宙的空間站，制氧方式是地面上很少用到的“電解水”方法。電解水消耗能源較多，産生的氫氣又有危險，但是，空間站上的供電不是問題，巨大的太陽能電池闆可以供應免費的電力，而伴随産生的氫氣也可排放到太空中。作為原料的水，可以從地球上通過補給船運送到空間站，還可以通過冷凝器回收機艙空氣中的水蒸氣，甚至使用宇航員的尿液過濾和回收。至于人類呼出、植物吸入的二氧化碳，以及甲烷、丙酮、甲醇和一氧化碳等“廢氣”，會經過空氣系統處理，比如用沸石分子篩去除空氣中的二氧化碳。

航天史上，宇宙飛船和空間站确實攜帶甚至種植了一些植物，但與改善空氣無關，主要是從事科學研究，如觀察太空微重力、充滿太陽射線和宇宙射線的宇宙環境對細胞和植物生長的影響，觀察不同光周期植物的生長發育和代謝活動，認識重力和光周期在高等植物開花調控中的作用機制等。2016年我國發射的“天宮二号”空間實驗室開展了高等植物培養實驗，航天員在太空主要種植水稻、拟南芥等植物，以檢測空間微重力對生命活動的影響。

另一方面，還有一些植物種子被帶上天，是希望利用太空各種複雜的環境，提高植物基因變異的可能性，随後再從中培育出新的植物品種。據悉，這已經是一項市場價值可達2千億元的産業。

（2）植物在太空中生長開花

據報道，國際空間站上第一批“太空蘿蔔”于2020年11月30日成功收獲。

1946年7月9日，美國發射的V-2火箭，把“特别開發的種子菌株”帶到了距地面134公裡的高空（高度屬于近地空間高層大氣），這也是最早前往宇宙空間的生物，不過這些樣本并沒有回收。

1946年7月30日，玉米種子也上了天，而且成功回收。接着是黑麥和棉花的種子上天。

1957年，蘇聯的SPUTNIK系列衛星開始進行衛星上的生物實驗，小球藻和各種種子開始搭乘衛星遨遊太空。

1961年發射的世界上第一艘載人飛船“東方一号”就帶上了小球藻與航天員加加林作伴。

各種航天器都或多或少涉足一些植物，有很多航天器攜帶活的植物上天，不過植物通常都死掉了，帶上去的種子則主要是帶回地球種植。1971年，“阿波羅14号”宇宙飛船甚至帶着500粒樹的種子，繞着月球飛了24圈。這些樹種原本是打算帶上月球做實驗的，但在飛行時突發意外，部分容器爆裂，使裝在裡面的種子不再适合做實驗，于是“阿波羅14号”決定把種子帶回來種植在地球上。據悉，大約有83顆不同品種的樹種，如紅木、梧桐、道格拉斯冷杉、龍柏等，被種在各自适宜的全球各地。這些樹長大後并沒有發現和地球“土生土長”的樹有什麼不同。

很快，科學家開始嘗試在宇宙中直接培育植物生長。1977年，蘇聯發射的“禮炮6号”宇宙空間站上就搭載了植物栽培試驗裝置，建立小小的太空溫室。宇航員們把郁金香球莖種植在一種能産生人造重力的小離心機裡，報告說植物活了下來，并且生長情況良好。1978年，他們種的洋蔥也長得不錯。

1980年，“聯盟37号”飛船的宇航員來到該太空站工作時，還試着在太空溫室裡培植蘭花。從實驗報告來看，和郁金香相似，蘭花那些已經開放的花朵紛紛凋落，不過植物自己卻長得健健康康，不僅長着葉子，還有氣生根（植物莖上發生的，生長在地面以上、暴露在空氣中的不定根）。據說這些蘭花植物在太空中生長了6個月，一直沒有開花。

科學家們努力改進着離心機。1982年，在“禮炮7号”上的太空溫室中，蘭花在人造土壤中長勢良好，并最終開了花，實現了種子到種子的過程，實驗員認為開花與否應該還是重力的問題。據說，在世界上第一位實現太空行走的前蘇聯女航天員薩維茨卡娅抵達“禮炮7号”宇宙空間站時，在站上工作的兩位宇航員向她獻上了拟南芥的花。

有了這些經驗，國際空間站上的植物實驗非常成功，有許許多多的植物曾經“上天來訪”，如蕪菁、豌豆、大蒜、西葫蘆、向日葵、百日草等。

2021年，美國航空航天局在國際空間站的“高級植物栖息地”中種植了第一批太空青椒。航天員還在社交媒體曬出了用太空青椒制作的墨西哥玉米卷餅。不過，“高級植物栖息地”還不足以在月球或火星上種植物。

中國神舟一号升空的時候，就帶上了生物活性菌株和一些種子，神舟二号也帶了小球藻。

2011年，神舟八号飛行任務組織開展“番茄試管苗空間開花結實”實驗，共搭載8株番茄蓓蕾，在太空中實現了植物開花結果。

2016年，神舟十一号帶上天的不是常見的種子，而是5支裝着芒果胚性愈傷組織的試管，它們在太空中遨遊了33天，回到地球被送往湛江，經過培育，生長出全新的組織。

2016年發射的“天宮二号”空間實驗室搭載開展了高等植物培養實驗，有人把試驗設備叫做“微型LED植物工廠”。2016年至2019年，這裡種植了6棵水稻、30棵拟南芥，觀察到了這兩種植物種子在太空中從萌發、生長、開花到結籽的全過程。

（3）中國太空育種誕生700多個新品種

2021年7月19日，甘肅天水國家農業高新技術示範園區航天育種基地的果蔬展示廳裡，200多斤重的“航天大南瓜”正在生長。

1987年，我國第9顆“返回式科學試驗衛星”首次将一批水稻和青椒等農作物種子送上太空。科學家發現，極個别上過天的種子發生了一些遺傳變異，例如蘿蔔種子更有抗藥性，一個蒜頭能重3兩多，這讓他們驚歎不已，由此揭開了中國航天育種的序幕。

太空中的環境與地球表面大不相同，主要表現為微重力、複雜磁場、高輻射，在這樣的環境中，植物的種子所産生的後代，發生基因突變的幾率大大提高。而對于那些生長周期不是太長的植物來說，在代際間發生遺傳信息變化的可能性會大為提升，植物的後代有可能出現生長更快、産量更高、抗病性更強、口感更好的基因突變。

回到地球後進行的地面培育、篩選和驗證，至少要經過三四代的篩選，然後到多個省份的試驗點去試種；試種成功後，再拿到品種審定委員會去審定。這樣篩選的品種，在某些方面比地面原先的品種更加出色。這一過程往往要經過4—6年的周期。

從1987年種子“上天”開始，我國進行了幾十次返回式衛星、神舟飛船、天宮空間實驗室等航天器的搭載，将數以萬計的植物種子送入太空。神舟一号至神舟十四号的飛行任務基本都搭載了航天育種生物類試驗載荷。

2020年發射的“嫦娥五号”搭載的水稻種子“航聚香絲苗”，甚至是太空種子的“二代”。它的“父親”華航31号和“母親”航恢1508都去過太空，共同孕育成的它更是去了月球，在月球軌道遨遊了23天，是目前人類曆史上飛得最遠的稻種。

2022年5月，中國載人航天工程辦公室公布了神舟十二号和神舟十三号載人飛船航天育種實驗項目清單，其中包括了88家單位，上千份植物種子、微生物菌種等航天育種材料。其中，有牧草種子如苜蓿，有藥用種子如杜仲，有水果種子如甜瓜，有蔬菜種子如黃瓜，有林木種子如紅豆杉，有花卉種子如地被菊，有食用菌菌種如羊肚菌，有農作物種子如小麥。中國載人航天的這種搭載是公益性質，不收取搭載費用。

太空育種具有其他手段無法獲得的三個獨特優勢：提供原創、安全、有自主知識産權的育種材料和種質基因源，獲得罕見的具有突破性的優異新種質，較快培育出優質高産抗病的新品種。

經過不懈努力，太空育種已經在我國糧食安全和生态環境建設等諸多領域作出了重要貢獻，誕生超過700個新品種，通過國審和省審的航天育種新品種超過200個。我國培育的小麥、水稻、玉米、大豆、棉花和番茄、辣椒等園藝作物新品種，累計種植推廣面積超過240萬公頃，增産糧食約13億公斤，據推算創造直接經濟規模超過2000億元。

（4）月球種菜試驗已經開啟

美國航天局計劃在火星放置這樣的蔬菜箱。

如前所述，國際空間站的“高級植物栖息地”設施在太空中種植植物已經相當成熟。2015年，國際空間站航天員們發了一段視頻，用橄榄油和醋調制了自家種的紅生菜，并表示“味道好極了”。未來，長時間的宇宙飛行中，可以種植一些蔬菜補充新鮮食物。

中國“天宮二号”的“微型LED植物工廠”，種植的水稻和拟南芥完成了種子在太空中從萌發、生長、開花到結籽的全過程，這說明中國航天員在太空中種糧食、種菜是完全可行的。

這種過程的自動化程度很高。以“天宮二号”的實驗為例，地面向空間站發出上注指令，控制箱接收到衛星發射的指令後，會把營養液注入土壤，種子獲得營養液後，實驗正式啟動。同時，培養箱裡的光照系統和溫度控制系統開始作用，為植物生長提供環境，箱内的觀察相機也會對生長過程進行持續觀測。科研人員可以通過地面遙控，對在太空中的培養箱進行溫控和澆水。

2014年，我國試驗艙“月宮一号”進行了105天的月球基地生命保障系統的模拟，在地面上模拟了月球基地的運轉，其中的氧氣和水都循環再生，未來可作為外星之上的“蔬菜大棚”。

2019年，中國的“嫦娥四号”月球探測器，攜帶了由大量的植物種植和昆蟲卵構築的“月面微型生态圈”，首次開展了在月球種植的試驗，其中的棉花種子還長出了嫩芽，成為人類曆史上第一批在月球生長的植物。

近年來，美國科學家嘗試過模拟火星和月球的土壤，在模拟土壤中種植西紅柿、豌豆等，效果不錯。最近，有科學家使用12克月球樣本（來自阿波羅11、12和17号飛船）種植拟南芥，以各種模拟土壤為對照組，如一種名叫JSC-1A的月壤模拟物。從報告來看，三種不同的月壤内都有種子發芽，但與模拟土壤中種的植物相比，真實月壤中長出來的幼苗并不茁壯，體型弱小，生長緩慢，并且大小不一。看來，直接到外星用當地的資源種糧、種菜，還需要做很多研究與嘗試。

圖片來源：視覺中國

來源：北京日報客戶端 記者 王鴻良

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