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脚踏大地，仰望星空，人类对宇宙探索的脚步永未停歇！美国国家航空航天局（NASA）的阿尔忒弥斯计划旨在2024年前建造一个轨道月球空间站（Gateway），为人类登陆月球表面提供便利。而SpaceX公司的目标则是到2050年时可以在火星上建立一个拥有100万居民的定居点。中国计划在未来五年内全面建成“天宫”空间站，并与俄罗斯联合建设月球表面和月球轨道上的科学实验设施，也在探索合适的条件在火星上建造太空基地。显然，要完成这些太空任务必须应对许多技术挑战。其中，为宇航员提供充足的食物是其必不可少的一环。相较于预包装的航天食品，可以在太空中种植的农作物显然具有多方优势。
近日，来自澳大利亚La Trobe大学的Mathew G. Lewsey教授及其团队在Modern Agriculture期刊上发表封面文章，题为“Optimising plant form and function for controlled environment agriculture in space and on earth”，对未来可以种植在太空和地球受控环境（比如智能植物工厂）的理想植物形态展开了充分的探讨与展望（图一）。
图一Modern Agriculture期刊封面文章
在太空种植植物益处良多，不仅能生产新鲜富有营养的食物，还可以通过植物工厂制造药品和疫苗，植物具有净化空气和水源的作用，绿植与花朵带来的精神愉悦感还有助于宇航员保持心理健康和情绪稳定（图二）。
图二
在太空中种植植物的好处
然而，在太空种植植物会面对诸多困难，如巨大的昼夜温差、异常的光照周期、强烈的辐射、低重力环境、有限的资源供给等，这将极大地影响植物在太空条件下的生长发育。
如何尝试克服上述困难呢？作者从植物性状和栽培方式两个角度进行了深入探讨。在作者眼中，理想的太空植物应该具有紧凑的树冠结构，最大限度提高光合作用效率且易于收获。这种植物最好拥有高收获指数（收获产物与植物总生物量的比率）、对逆境的耐受性、还有可生产药品的能力，以满足太空定居点的需求。
真的能培育出这种理想的太空植物吗？现代基因编辑、基因修饰和转基因技术为培育理想的太空植物提供了有力支持。精准的碱基编辑技术已经成功培育出了短茎、短芽和快速开花的番茄品种、矮秆水稻品种以及利于消化的高支链淀粉小麦品种等。在定向育种技术逐步成熟的今天，相信更多适合太空环境的作物品种将接连问世。
在栽培方面，可控环境农业模式Controlled Environment Agriculture (CEA)是一种理想选择。垂直农业系统在太空定居点中最适合作物生产的需求。CEA技术可以实现可调节的光温系统、可控的CO2浓度、可水培或气培并高效回收水和营养物质以及自动化采收功能。
太空农业不仅仅能为宇航员提供服务，成功的太空农业技术将反哺地球农业（图三）。其有助于开发适应地球逆境条件（极端温度、缺水和营养缺乏条件）的新技术，促进CEA技术的创新，为人口稠密地区的提供可持续高效的食品生产，为地球上资源有限或偏远地区供给食物。此外，太空农业还有望生产有价值的化合物、蛋白质、生物因子，生产新型或增强型药物化合物，为太空和地球居民提供医疗药物保障。
到2050年，地球上近100亿人将需要在具有潜在挑战性的环境中种植可持续的营养食品。因此，未来发展的太空农业技术将不仅服务于头顶的天空，更会应用于脚下的大地。
图三
太空农业在地球上的应用
论文链接：
https://doi.org/10.1093/plphys/kiad159
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