科技日報(bào)記者 張佳欣
在人類文明的長河中，農(nóng)業(yè)始終是文明的基石與生存的命脈。當(dāng)全球農(nóng)業(yè)面臨氣候變化與資源枯竭的雙重?cái)D壓時，科學(xué)家們努力從宇宙中尋找解決方案。
天體生物學(xué)這門研究生命在宇宙中起源與演化的科學(xué)，通過揭示植物在微重力與太空輻射下的適應(yīng)機(jī)制，為地球農(nóng)業(yè)變革提供了全新可能。
根據(jù)2021年的可用數(shù)據(jù)，全球農(nóng)業(yè)用地面積為48億公頃，2000年至2021年間，全球主要糧食作物產(chǎn)量增長了54%。顯然，農(nóng)業(yè)需求正在增長，而氣候變化和資源枯竭等挑戰(zhàn)也日益加劇。研究太空對植物的影響或?yàn)樵耘嘧魑锾峁﹦?chuàng)新策略，而了解植物如何適應(yīng)太空的極端條件，可能有助于培育更抗逆境的作物，減少對農(nóng)藥的依賴。
太空育種揭示植物抗病新機(jī)制
如今，科學(xué)研究越來越多地關(guān)注宇宙輻射對作物生長和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力的影響。
去年10月發(fā)表在《前沿》雜志上的一項(xiàng)研究中，科學(xué)家將兩種知名葡萄酒品種——赤霞珠和梅洛葡萄藤，在國際空間站上存放了10個月。同時，將另一組葡萄藤留在地球上作為對照。選擇這兩個品種是因?yàn)樗鼈內(nèi)菀赘腥舅共 ?/p>
霜霉病是全球葡萄栽培中最有害的病原體之一。據(jù)研究，受霜霉病影響的葡萄會變得干癟，漿果成分發(fā)生很大變化，會影響紅葡萄酒的化學(xué)和感官特征。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，相較生存在地球上的葡萄藤，這些太空中的葡萄藤對霜霉病的敏感性顯著降低。其中，梅洛品種中有11%的幼苗表現(xiàn)出更強(qiáng)的抗病性。相比之下，傳統(tǒng)葡萄育種需要15—20年，且僅有1%—10%的植株能獲得理想抗病性狀。
這一發(fā)現(xiàn)可能會為作物的防御機(jī)制提供線索，進(jìn)而用于提高地球上作物的存活率。
微重力“水膜”啟發(fā)抗災(zāi)新基因
美國趣味工程網(wǎng)站報(bào)道稱，在太空環(huán)境中，水的行為模式與在地球上截然不同，形成了獨(dú)特的“詭異水”現(xiàn)象。想象一下，一株種在花盆里的植物，如果在地球上，重力會將水拉入土壤；但在太空中，這種情況不會發(fā)生。
美國威斯康辛大學(xué)麥迪遜分校的植物學(xué)教授西蒙·吉爾羅伊指出，在微重力環(huán)境中，失去重力牽引的水分子暴露出“黏性本質(zhì)”。它們彼此糾纏并緊附于物體表面，形成難以滲透的“水膜盔甲”。這種現(xiàn)象導(dǎo)致太空植物根系被水分包裹卻難以吸收。
當(dāng)氣候變化加劇洪水頻發(fā)時，傳統(tǒng)作物常因根系窒息而大面積死亡。而太空實(shí)驗(yàn)意外發(fā)現(xiàn)，植物在進(jìn)化中已潛藏抗洪基因。某些品種植物能在洪水浸泡中存活數(shù)天，待水位下降后又迅速恢復(fù)生長。
基于這一發(fā)現(xiàn)，科學(xué)家或許可通過基因編輯培育能夠耐受水淹的作物品種，不僅適用于太空種植，更能幫助地球作物應(yīng)對日益頻繁的洪水災(zāi)害。
太空農(nóng)業(yè)從實(shí)驗(yàn)邁向應(yīng)用
最新天體生物學(xué)研究正推動太空農(nóng)業(yè)從實(shí)驗(yàn)走向應(yīng)用。2024年底，美國路易斯安那大學(xué)團(tuán)隊(duì)提出，利用水凝膠基質(zhì)可構(gòu)建適應(yīng)不同作物的低重力灌溉系統(tǒng)，其多孔結(jié)構(gòu)能精準(zhǔn)調(diào)控水分分布，既滿足深根作物需求，又為淺根植物提供表面濕潤環(huán)境。而中國科學(xué)家2022年首次完成水稻從種子到種子全生命周期培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，為長期太空栽培奠定了基礎(chǔ)。
藥用植物研究同樣成果斐然。2021年中國科學(xué)家的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，返回地球的穿心蓮種子，其揮發(fā)性成分含量增加，這些揮發(fā)性成分通常具有抗菌、抗炎和其他治療益處。
盡管太空農(nóng)業(yè)研究前景廣闊，但仍面臨重大挑戰(zhàn)。宇宙輻射是首要難題。《印度時報(bào)》報(bào)道稱，在太空中生長的植物需要免受高劑量輻射的傷害，因?yàn)楦邉┝枯椛鋾p害植物的DNA，阻礙植物生長。
吉爾羅伊指出，宇宙中的高能粒子可能破壞生物分子結(jié)構(gòu)，對植物生長構(gòu)成威脅。盡管地球磁場為植物筑起天然屏障，但太空中的持續(xù)輻射仍是發(fā)展太空農(nóng)業(yè)必須攻克的難關(guān)。
隨著技術(shù)迭代，太空不再是農(nóng)業(yè)研究的“異星實(shí)驗(yàn)室”，而正成為孕育地球下一代作物的“進(jìn)化加速器”。這場跨星際的農(nóng)業(yè)革命，或?qū)⒃杏黾饶艿钟钪嫔渚€，又能戰(zhàn)勝地球氣候危機(jī)的超級作物，為人類文明的延續(xù)播下希望的種子。
