神舟十八號、十九號乘組在空間站會師，航天員李廣蘇表示「特地新種了一批生菜，等着大傢伙兒一起品嘗」，神舟十九號航天員宋令東表示「想在太空種紅薯」。在太空種菜有哪些挑戰？已經在太空中種植的植物有哪些？
從種子遨遊，到太空生長
相比於「太空種菜」，「航天育種」可能是大家更熟悉的概念。「航天育種」即把植物種子帶上太空，希望利用太空各種複雜的因素如宇宙粒子的射線以及失重、超真空、超潔凈等等，提高植物基因變異的可能性，隨後再將種子帶回到地面上種植，從中培育篩選出更優良的或者是新的植物品種。
人類早在1946年就用V-2火箭將一些特別開發的種子菌株帶上天，這也是最早前往宇宙空間的生物，不過這些樣本並沒有回收。1946年7月30日，玉米種子也上了天，而且成功回收。
太空種植，又名空間植物栽培技術，其試驗研究迄今已歷經60多年，關注的是植物能不能在太空中完成全周期的生長，重點研究微重力對植物生長發育的影響。早在1975年，蘇聯就開始了太空農業的探索之路，他們在「禮炮號」空間站嘗試栽培小麥、洋蔥、燕麥、豌豆、甘藍、蘿蔔和生菜等植物。
20世紀90年代，由俄羅斯和保加利亞聯合研製的SVET空間溫室在「和平號」空間站進行了長期搭載，開展了「超矮型」小麥從「種子到種子」的三代完整生長周期的培養。
2002年，俄羅斯針對國際空間站研製了一款名為LADA的空間溫室，成功培養了小麥、生菜和甜豆等植物。
2014年初，美國國家航天局NASA啟動了植物栽培試驗，將蔬菜生產系統「Veggie」和一批生菜種子送到了國際空間站。2015年8月，宇航員培育出了完全在太空中生長的生菜並進行了食用，這宣告了人類可以在微重力環境下培養出蔬菜，對人類進軍宇宙具有突破性的意義。
2020年11月，美國航天員在國際空間站上採收了20棵蘿蔔。之所以選擇種蘿蔔，是因為科學家對它們的屬性已相當了解，且不需要特別照顧，只要27天就能發育成熟。
2021年10月，國際空間站上的美國航天員品嘗到了他們種植的第一批辣椒。NASA表示，選擇種植辣椒的原因在於其豐富的維生素C含量和自花授粉的方式。
除了種菜，宇航員們也種過花。2016年，國際空間站培育出第一朵在太空盛開的百日菊，作為人類在地球之外培育出的第一朵觀賞花，它對植物的太空開花研究作出了不小的貢獻。在太空中種花比種生菜等蔬菜更具有挑戰性，因為花對光照和其它的環境參數控制要求更加的嚴格。
在太空「種菜」有何挑戰
近地軌道太空環境的特點是微重力。「電梯下墜的那一刻，就接近微重力的狀態。」 「月宮一號」總設計師、北京航空航天大學教授劉紅說，「太空微重力環境對植物栽培工藝的影響非常大。植物生長的必要條件有光、溫、水、氣、肥，而在太空中給植物供水就是一項巨大的挑戰。」
水分供給技術是空間微重力環境下栽培植物非常關鍵的技術。空間微重力環境下水、氣無法自動分離，植物必須依賴外力才能與周圍環境進行正常物質交換。另外，空間站受微重力影響，水珠會附着在傳感器上，導致傳感器失靈，明明基質已經缺水，傳感器卻可能還顯示水分充足。劉紅介紹說，空間站澆水是先把水全部抽出來，然後進行氣水分離，最後再把水打進基質，定時進行這一整套循環操作。「這就導致雖然植物培養箱種植面積不大，配套的水泵、閥門、管道等附屬物卻是一套龐大的裝置。」
至於「土壤」方面，科學家們也進行過不少研究。從研究的結果來看，利用人工基質進行培養是太空植物培養的主要方式，水分的運動主要依靠基質顆粒的毛細作用力來進行。栽培基質的選擇從早期的離子交換樹脂、固態化瓊脂，到後來的岩棉、蛭石、蒙脫石、P土、人工燒結的陶粒等，並圍繞這些基質材料，研發了多種太空植物培養水分養分供應系統，應用到不同類型的太空植物栽培裝置中，進行太空植物培養。
我國選取了蛭石作為栽培基質。蛭石是一種礦物質，吸水性非常好，水分在其中傳導很均勻，受重力的影響很小，可按需向其中注入水分、養分和空氣，來保障植物的茁壯生長。並且蛭石密度小、質量輕，可以輕鬆帶上太空。
植物培養過程中產生的各種廢棄物（如根系、枯枝殘葉、廢棄基質等）的處理也成為了科研人員需要解決的問題。目前太空植物栽培採用的栽培基質大多為細小顆粒狀，儘管採用了特殊的防護措施，植物栽培過程中有顆粒狀基質脫落並漂浮還是不可避免，給航天員製造了不少麻煩。因此，科研人員在開展廢棄物處理與植物培養再利用的相關研究基礎上，設計了一種可生物降解、能重複利用的植物栽培基質，這種基質以塊狀結構形式存在不會脫落碎屑，而且具備良好的通氣、保肥和導水性能。
植物生長還需要充足的光照，艙內沒有太陽光線照射，帶上太空的植物栽培裝置會利用人工光源為植物提供充足的光照。
我國首次實現水稻全周期太空種植
2016年，我國航天員首次在太空「種菜」。中國航天員科研訓練中心研發了空間植物培養裝置，在「天宮二號」成功進行了生菜在軌培養試驗。這次也是我國首次在太空人工栽培蔬菜，但當時並沒有讓航天員在軌食用，而是將植物採樣帶回進行生物安全性檢測。
除了部分植物樣品隨着神舟十一號於2016年11月返回地面，當時還有大部分植物樣品留在天宮二號，科研人員成功地通過地面遙控，對留在太空中的培養箱進行溫控和澆水，啟動了擬南芥和水稻生長，通過相機對植物生長發育全過程實時監測，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。這是我國首次在太空中完成「從種子到種子」全過程的空間植物培養實驗。
2022年12月4日，神舟十四號載人飛船返回艙在東風着陸場成功着陸。隨艙下行的中國空間站第三批空間科學實驗樣品也在着陸場交付空間應用系統，其中就包括經歷了120天空間培育生長、完成發育全過程的水稻和擬南芥種子。此次空間科學實驗，我國在國際上首次在軌完成了水稻從種子到種子的全生命周期培養，並獲得了水稻種子。
中國科學院分子植物科學卓越創新中心鄭慧瓊研究員處理從太空歸來的水稻樣品。新華社供圖
隨着技術的發展，空間種植的裝置也在不斷升級。此次神舟十九號乘組和神舟十八號乘組在空間站會師，航天員李廣蘇表示「特地新種了一批生菜，等着大傢伙兒一起品嘗」，據了解，從神十六乘組開始，太空種植蔬果使用的「太空菜園」裝置是新設計的第二代空間植物栽培裝置。「太空菜園」最大的特點是實現了輪番、多批次的種植，為未來大規模的太空種植奠定了基礎。航天工作者們目前正在進行新一代植物栽培技術研究，從而減少浪費，增加水分和養料的循環比例。
科研人員也設計了一種模塊化的簡易太空植物栽培裝置，採用開放式結構，擺脫了此前使用的「大裝置」形式，航天員可以與植物隨時親密接觸。植物生長所需要二氧化碳、溫濕度和氧氣等氣體環境，和艙內航天員基本一致，植物種植操作簡單，便於照料。航天員還可按個人喜好將該裝置任意擺放在艙內有光照的地方，為自己的工作生活環境增添一抹綠意，還能呼吸植物釋放的新鮮氧氣，起到心理調劑作用。
植物也有「航天綜合征」
中國科學院分子植物科學卓越創新中心研究員鄭慧瓊介紹，和人進入太空後一樣，植物也會有一些「航天綜合征」，失去了重力帶來的空間感，植物的根和莖不能整齊地向著一個方向生長，而會呈現出比較凌亂的狀態，其他「癥狀」還有運動慢、開花晚、長得慢、活得長等。
天宮二號中進行的擬南芥和水稻培養中，通過與地面上同步種植的水稻與擬南芥進行對比研究，科研人員還發現了一些有趣現象：雖然根的定向生長運動明顯受阻，但在太空微重力的條件下，水稻的吐水活性卻顯著增強。利用這一特性，未來可應用於空間製備凈化水或空間製藥。
研究還發現，植物在太空中雖然開花晚，長得慢，但衰老速度慢，壽命顯著延長。太空中擬南芥在「長日」條件下，植株比地面對照多活65天，「短日」轉「長日」，植株則比地面多活456天。在太空中，水稻的第一和第二葉片衰老也慢於地面。
神舟十六號航天員桂海潮曾分享，他在種植的過程中發現天上種的菜往往比地面上種的發育速度更慢。在太空中，「神十六」乘組和地面的工作人員同步種植了生菜、櫻桃番茄。當時他每天早起澆水、開光照、盼開花從月初等到月末，一直等到自己從空間站撤離的時候，也沒看到自己種的菜開出花來。
出品：南都官微運營部
統籌：李湘瑩
美編：蔡沐晗
