未來,，假如人類移民太空,，農(nóng)作物是否還能陪伴人類走向地外星球,，繼續(xù)為人類提供豐富的食物？

  隨著人類探索太空的步伐不斷加快,，以空間食物保障為核心的太空農(nóng)業(yè)引發(fā)越來越廣泛的關(guān)注,。

  近日，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院都市農(nóng)業(yè)研究所（以下簡稱都市所）在《自然—通訊》發(fā)表展望性文章,，深入分析了太空農(nóng)業(yè)系統(tǒng)對作物的獨特要求,，創(chuàng)新性地提出了面向太空農(nóng)場進行作物改良的全株可食精英植物策略。

1,、人類上太空吃什么,？

隨著世界人口的不斷增長，有限的地球資源面臨枯竭的威脅,。論文通訊作者,、都市所研究員任茂智認為，人類即將進入大航天時代，飛上太空之后吃什么是一個必須認真思考的問題,。

  論文共同通訊作者,、都市所研究員楊其長表示,，隨著外太空探索的不斷深入,，宇航員以及星月旅居人員食物保障的供給方式將會提到議事日程，農(nóng)業(yè)的形態(tài)也將由鄉(xiāng)村農(nóng)業(yè)和都市農(nóng)業(yè)延伸到太空農(nóng)業(yè),。

  “太空食物的首選是植物,。”任茂智說,，植物是第一生產(chǎn)者,，它可以提供人類生存所需要的淀粉、油脂和蛋白質(zhì),。

  植物在空間站中仍然可以開枝散葉,，進行營養(yǎng)生長，但一般很難開花結(jié)果,，而且植物蛋白相比動物蛋白更不易于人類吸收,。因此，如何改造農(nóng)作物,，使之既能夠適應(yīng)太空環(huán)境,，又能夠為人類提供全面的營養(yǎng)，就成為遴選太空植物的標準,。

  “在此基礎(chǔ)上,，我們認識到，全株可食用的作物應(yīng)當是未來太空農(nóng)場中首選的農(nóng)作物,。如果根莖葉都可食用的話,，不需要等到農(nóng)作物開花結(jié)果，作物長出來一點就能為人類提供食物了,?！比蚊钦f。

2,、全株可食的農(nóng)作物

為了尋找易于改造的作物,，研究人員遴選了幾百種植物，包括水稻,、小麥,、玉米、棉花,、馬鈴薯,，甚至包括沙漠中常見的駱駝刺。

  水稻、小麥,、玉米的可食用部分只有種子,，莖稈要改造成可供人類食用比較困難。駱駝刺雖然耐逆境生存能力很強,，可能更加適應(yīng)地外空間的環(huán)境,，但它產(chǎn)量低，不可供人類食用,，改造難度也很大,。

  針對太空農(nóng)業(yè)的特殊需求，團隊研發(fā)的首個“月球微型農(nóng)場”于2019年1月經(jīng)嫦娥4號送上月球背面,，搭載了中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院培育的棉花,、油菜和馬鈴薯種子，完成了人類首次在月球培育植物幼苗的試驗,，拉開了農(nóng)業(yè)走向太空的序幕,。

  隨后，該團隊將目光投向了傳統(tǒng)作物馬鈴薯,。馬鈴薯生長3個月后就可以結(jié)出薯塊,，薯塊可食用，而且營養(yǎng)豐富,，是一種改造起來比較容易的作物,。

  任茂智表示，馬鈴薯的果實和莖葉目前還不能直接食用的主要原因是含有龍葵素這種毒素,。假如能培育出不產(chǎn)生龍葵素的馬鈴薯,，那么果實和莖葉都可以食用。而利用基因編輯技術(shù)就能實現(xiàn)這一目標,。

  此外,，任茂智還想給馬鈴薯加上不同的特殊基因，使其產(chǎn)生一些人類在太空中需要的物質(zhì),。

  例如,，抗氧化物質(zhì)蝦青素、抗高原反應(yīng)的紅景天苷,、人們愛吃的牛肉蛋白,，甚至可食用抗體和疫苗，都可以在馬鈴薯中添加相關(guān)基因,，作為生物反應(yīng)器來生產(chǎn),。

  楊其長介紹，我們設(shè)想中的太空農(nóng)場主要采用無土栽培生產(chǎn)方式,，尤其是優(yōu)先考慮固體基質(zhì)栽培或氣霧栽培,。所創(chuàng)制的全株可食精英馬鈴薯,，在人工可控環(huán)境下采用氣霧栽培可實現(xiàn)光溫水氣肥的一體化控制，大幅度提高馬鈴薯產(chǎn)量和品質(zhì),。這種氣霧栽培也非常有利于定植與采收,。

  “實際上，除了馬鈴薯,，很多十字花科作物都是全株可食用的,，只要稍加改造使之適應(yīng)太空環(huán)境也能成為優(yōu)秀的精英作物?！比蚊钦f,。

3,、生物多樣性提供豐富的基因資源

從地球到太空,，有三類太空農(nóng)場應(yīng)用場景——

  首先是微重力的空間站，其次是太陽系內(nèi)的月球基地和火星基地,，最后是外太空的類地行星,。

  這三類環(huán)境都需要設(shè)計不同的農(nóng)作物。尤其是太空中已知的與地球接近的行星大約有1000多顆,，這些行星上尚未發(fā)現(xiàn)植被或其他生命體,。“這意味著地球?qū)⑹怯钪嬷参锏钠鹪粗行??！比蚊钦f。

  而且,，每一顆類地行星的環(huán)境都與地球不同,。“兵馬未動糧草先行,，科學(xué)家要提前設(shè)計好適應(yīng)不同需求的植物,，先讓植物去改造?！比蚊钦f,，這就需要打破學(xué)科界限、物種界限和空間界限來進行思考和創(chuàng)新,，提出一系列戰(zhàn)略性的科學(xué)問題,。

  “地球?qū)⒊蔀檎麄€宇宙植物的起源中心、繁殖中心和科研中心,、創(chuàng)新中心,。”任茂智說,。地球上擁有豐富的生物多樣性,，從珠穆朗瑪峰,、青藏高原到太平洋大海溝，從北極到南極,，從火山口到沙漠,，都有植物的身影。而那些適應(yīng)了特殊的地球環(huán)境的形形色色的生物將為“移民”太空的農(nóng)作物提供豐富的基因資源,。

  “根據(jù)已知的環(huán)境參數(shù),，以及土壤成分，我們可以利用植物工廠模擬空間站和月球等外太空環(huán)境,，進而開展精英作物改造和遴選的工作,，為空間探索提供技術(shù)儲備?！睏钇溟L表示,。

  這一策略旨在為太空農(nóng)場開發(fā)出食用部分更多、營養(yǎng)成分更豐富,、產(chǎn)量更高,、養(yǎng)分利用更有效的精英作物，對太空作物的設(shè)計及高效太空農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的構(gòu)建具有指導(dǎo)性和前瞻性意義,，為未來人類深空探測和星際移民提供食物和生存保障,。