國際空間站中的太空小菜園

在地球上想看到艷麗的鮮花，可以說是易如反掌，無論花園裡、花店裡，甚至自己的家中，鮮花都是稀鬆平常的事情。不過對於運行在距離地面 400 公里之遙的國際空間站來說，要看到鮮花那就不容易了。美國國家航空航天局（NASA）的一則報道吸引了大家的眼球：在國際空間站中的小小 " 菜園 " 里，一棵百日菊綻放出了它橙黃色的花朵。NASA 專門為這一事件發布了特別報道。

太空中開放的百日菊

那麼，為什麼太空中綻放的一棵花兒能得到這麼大的關注呢？因為無論在科研還是應用領域，太空中的花兒都有著十分重要的意義。

太空中，想要健康生長不容易

在地球上，一棵植物要健康的生長，正常的完成從種子到種子的整個生活史，需要適宜的光照、水分、空氣和土壤等條件。而在太空中，除了以上那些條件外，一個在地球上常被人忽視，但在太空中十分重要的問題出現了，那就是重力。

在地球上，人們很少去考慮重力對植物生長的作用，畢竟重力這一因素的作用對象太普遍，使得我們常常不將它列入考察因素之中。然而，重力不僅能決定植物正常的形態，還能對植物細胞內部的生理過程起到重要的影響，因此在太空當中，重力這一因素是必需被考慮的。

植物的根具有典型的向地性

我們都知道，在地球上，植物的根是向土壤深處紮下去的，而莖則與之相反，是向上生長的。這在植物學上被稱為 " 向地性 "（有時將莖的這一過程稱為 " 負向地性 "）。這一過程，就是基於植物對重力的響應而實現的。植物可以通過一些精巧的結構和機制，來感知重力的方向，例如在植物根尖細胞中，細胞質內的一些澱粉顆粒可以因為重力影響而聚集在細胞質底部，壓迫這一位置的內質網、細胞骨架等組分，使得細胞感受到這個 " 方向 " 是重力的方向。此時植物細胞會調整細胞膜上一些運輸蛋白的位置，改變生長素，一種控制細胞伸長的植物激素在根尖的分布，從而導致根的向地性生長。而在莖中，重力同樣能夠影響生長素運輸蛋白的分布，從而造成莖的負向地性。

植物可以通過細胞內的重力感應體系感受重力方向

而在空間站這種微重力環境中，植物這套感應重力的機制就變得無效了。失去向地性的植物根莖，會由於向地性的缺失，而發生不規則的扭曲、生長速度異常等現象，使得植物根系無法正常深入土壤等培養基質，莖則會矮化及其扭曲，葉片排列混亂等。

這些宏觀形態上的變化，也反映了植物細胞內部微觀結構由於重力因素的失去而發生變化。最為典型是植物細胞內微管、微絲構成的細胞骨架系統，在微重力環境下會發生結構的紊亂，這一紊亂會進一步影響細胞內細胞器的功能、細胞壁合成等諸多生理過程。在報道中，百日菊所開的花花瓣結構的不正常，就可能與細胞壁合成的異常有關。

太空百日菊的花瓣發育有少許異常，這可能與密閉、微重力的太空環境有關。

除了重力之外，其他環境因素也會或多或少的影響植物生長。例如在太空中，植物生長環境狹小，並且由於重力的缺失而缺乏氣體的對流，這會造成植物周邊小環境內氣體成分、濕度等的改變，從而使得植物對環境更為敏感、更容易感染病原等。報道中提到的百日菊在生長初期就遇了濕度過高、感染黴菌等問題。

因此說，在太空環境中植物要正常的完成生命過程，還真不是一件容易事。這次百日菊在太空中開花，的確是一件值得慶賀的事情。

並非 " 太空中開放的第一朵花 "

不過，在很多報道中，這朵百日菊的花被稱為 " 太空中開出的第一朵花 "，這其實是一個誤解。事實上在此之前，太空中已經有多次花兒的開放了。

有記載的最早的 " 太空花朵 "，可以追溯到 20 世紀 80 年代。1982 年前蘇聯發射的禮炮 7 號空間站內，就攜帶了一些擬南芥的種子。在空間站運行期間，這些擬南芥生長、開花，甚至還結出了少量果實和種子。

在此後，擬南芥還被多次帶入太空之中，並且在太空中開花。就連這次百日菊綻放的所在地——國際空間站，也曾在 2001 年 4 月 -7 月間進行過擬南芥生長實驗，並且同樣完成了開花 - 結果過程。因此可以說，從進入太空的 " 資歷 " 來算，擬南芥算得上是百日菊的 " 老大哥 " 了。

2001 年在國際空間站上開花結果的擬南芥

擬南芥之所以會被頻繁帶入太空，這與它的生物學特性是密不可分的。擬南芥植株個體小、生長快速、對環境要求粗放，並且繁殖率高，因此很早就被作為生物學實驗中的模式植物來使用。而在空間寸土寸金、對實驗時間要求嚴格的太空實驗室中，擬南芥更是彰顯出了它的這些優勢，因此才會成為太空實驗中的 " 常客 "。

除了擬南芥之外，還有其他植物也搶在百日菊之前於太空中開花了。2012 年，宇航員 Don Pettit 攜帶了包括向日葵在內的幾株植物登上了國際空間站，並且這向日葵也在空間站中開放了。不過，Don Pettit 的這一行為更多是他個人的私人項目，並非 NASA 官方進行的科學實驗。

2012 年宇航員 Don Pettit 攜帶上國際空間站的向日葵

不過，儘管這次在太空中開花的百日菊不是 " 太空第一花 "，然而它卻有著更為重要的意義：它是第次一人們特意從種子開始種植、在完全人工控制的環境下、以完成完整生活史為目的科學實驗的結果。而之前的擬南芥實驗，則是針對其他植物生理過程研究而設計的。而這次實驗的終極目標，則是為解決今後人類征服太空的過程中的 " 口糧問題 " 摸索和積累經驗。

太空種菜，意義何在？

事實上，在種植百日菊之前，國際空間站的這個 " 小菜園 " 內，其實還種植過白菜、萵苣等蔬菜。相比於百日菊，白菜和萵苣看起來更能解決 " 吃飯 " 問題，不過，這次的百日菊種植實驗，則比前者更進了一步。

從一方面來說，相比於白菜和萵苣來說，百日菊對環境更為敏感。並且前面也提到過，太空中存在很多影響植物正常生長的因素。因此要做到能讓百日菊開花，就需要對種植條件進行嚴格的控制。而對這種高精度環境控制技術的探索，對於今後在太空中種植其他作物是必需的。這次百日菊的綻放，表明人們對於太空密閉微重力狀態下的環境控制技術有了長足的進步。

太空百日菊的種植環境

另一個更為重要的方面是，實現開花這一過程，對於持續性的作物種植是必不可少的。植物的開花，以及其後的授粉、受精過程，是植物生活史中最為重要，也是最為精密的一個過程，這一過程決定了種子，即後一代植物的幼體能否正常的產生。只有能完成開花結實的過程，為長時間太空飛行提供食物的 " 太空農業 " 才能被真正建立起來。因此，這次 " 太空百日菊 " 的開放，也為人類飛向浩瀚的星海邁出了重要的一步。

想像中的 " 太空菜園 " 內景

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