2019-03-15 来源： 解放日报 郑伟波

       在地球上，只要把种子埋在土壤里，为它浇水，有合适的温度和阳光，它就能萌发。那么，在太空里种植是什么感受呢？请听中国科学院上海技术物理研究所研究员郑伟波在SELF格致论道讲坛上讲述在太空培养动植物的经历。

　　我们未来有一天去太空旅行或者太空移民的时候会遇到什么问题？会遇到食物的问题，还有健康的问题。

　　如果是短期太空旅行的话，食物可以由地面运上去；长期的太空旅行，就要考虑在太空种植各种植物，培养各种动物，满足人对食物的需求。

　　太空指地球大气层以外的宇宙空间。太空是真空环境，没有空气，宇宙辐射很强，同时还处于失重状态，和地球有很大的不同。如何在太空培养动植物呢？我们有机会在“天宫二号”“实践十号”和“天舟一号”上开展了一些生命实验。

　　我先介绍一下在太空中种植植物。植物生长需要阳光、空气和水，而太空中没有空气，也没有水，需要从地球运上去。我们在“天宫二号”上种植了拟南芥和水稻，目的是研究微重力环境对植物生命节律的影响。

　　实验的具体流程是这样的：火箭发射前，我们把生物样品拟南芥和水稻的种子放进一个装置里，再放到“天宫二号”上，随“天宫二号”发射入轨。在轨时，我们通过地面遥控启动实验，并让实验按照我们的要求开展。返回前，再把整个实验“冻结”起来，避免地面环境影响实验结果。

　　在“天宫二号”上，水稻和拟南芥被放在植物培养箱中，体积只有300mm×300mm×400mm大小。

　　水稻和拟南芥要培养一年，而从地面带上去的水，每一个培养单元只有半瓶矿泉水的量，300毫升左右，远远不够。于是，我们想到模仿地球大气圈的水循环：地表水蒸腾，升入空中遇冷形成雨水，再落回地面。但是，在太空中构建水循环缺少一个环节，因为太空中是失重环境，水形成后无法落回土壤。于是我们利用毛细现象，把搜集到的水通过毛细管再送回土壤。这样的水循环过程可以满足植物一年的全生命周期的培养需求。

　　在地球上，种子埋在土壤里，为它浇水，有合适的温度和阳光，它就能萌发。但在太空中操作就非常复杂，因为太空中水和空气很难分离，水难以落进土壤，土壤里的空气也出不来，加多少水更不好控制。种子萌发有两个条件：一是能够被水浸润，能够吸胀；二是能呼吸，种子如果全部浸没在水中，会被淹死。如何在太空中满足这两个条件，一直困扰着我们。

　　后来我们想了一个办法，把水注入土壤后，通过毛细现象把水引走，让种子露出来呼吸，通过这种方式让种子萌发。因为地球存在重力，这种方法很难在地球上验证。但通过我们的摸索，并请力学专家进行计算，有了一定把握，可以去太空试一下。

　　2016年9月15日，拟南芥和水稻种子随“天宫二号”发射入轨，8天之后太空实验启动。我们那时心里是忐忑不安的，种子究竟能不能萌发，心里没有底。

　　实验启动5天后，拟南芥种子冒出一个小芽。20天后，水稻的小芽也顶着一颗硕大的水珠冒了出来。那时我们真的非常开心，一颗悬着的心终于放了下来。

　　太空环境对植物有很多影响。比如，太空植物的花骨朵像满天星一样，比地球上的植物多很多。再比如，拟南芥在地球上一般只有四五十天的寿命，而“天宫二号”上的拟南芥在太空中生长了400多天，寿命长得多。科学家正在对这些现象作进一步的分析。

　　除了植物栽培，我们还在太空中进行了细胞、胚胎的培养。

　　胚胎由受精卵多次分裂而成，是生命的起点。胚胎的体外培养比细胞培养复杂，因为它更敏感，对环境的要求更高。在地球上，胚胎可以完成从分裂到着床、长出后代的过程，但没有人知道太空中哺乳动物的早期发育过程能否完成。科学家想知道答案，因为今后无论是人类还是其他动物，胚胎发育是进行长期太空旅行所必然要经历的过程。

　　实验是怎么做的呢？首先要构建一个适合胚胎发育的、类似于小鼠母体子宫的环境。这个环境非常苛刻，美国和日本科学家也做过类似实验，但没有成功。而我们最终做成了，这在世界上是第一次，而且我们把胚胎在太空中的整个发育过程用显微图像记录下来，对科学研究非常有帮助。

　　这个实验证明，太空中能够完成小鼠早期的胚胎发育。我们将太空中发育的囊胚植入小鼠母体，结果真的生出了小老鼠。

　　我们在“实践十号”卫星上还开展了其他一些实验研究，放置了家蚕培养箱、植物培养箱、高级植物培养箱等。

　　地球虽然是人类的家园，但我们终将要走出地球，跨向宇宙。所以，我们还将会继续开展多种多样的太空生命探索研究，为人类的太空旅行做好准备。