腳踏大地，仰望星空，人類對宇宙探索的腳步永未停歇！美國國家航空航天局（NASA）的阿爾忒彌斯計劃旨在2024年前建造一個軌道月球空間站（Gateway），為人類登陸月球表面提供便利。而SpaceX公司的目标則是到2050年時可以在火星上建立一個擁有100萬居民的定居點。中國計劃在未來五年内全面建成“天宮”空間站，并與俄羅斯聯合建設月球表面和月球軌道上的科學實驗設施，也在探索合适的條件在火星上建造太空基地。顯然，要完成這些太空任務必須應對許多技術挑戰。其中，為宇航員提供充足的食物是其必不可少的一環。相較于預包裝的航天食品，可以在太空中種植的農作物顯然具有多方優勢。
近日，來自澳洲La Trobe大學的Mathew G. Lewsey教授及其團隊在Modern Agriculture期刊上發表封面文章，題為“Optimising plant form and function for controlled environment agriculture in space and on earth”，對未來可以種植在太空和地球受控環境（比如智能植物工廠）的理想植物形态展開了充分的探讨與展望（圖一）。
圖一 Modern Agriculture期刊封面文章
在太空種植植物益處良多，不僅能生産新鮮富有營養的食物，還可以通過植物工廠制造藥品和疫苗，植物具有淨化空氣和水源的作用，綠植與花朵帶來的精神愉悅感還有助于宇航員保持心理健康和情緒穩定（圖二）。
圖二在太空中種植植物的好處
然而，在太空種植植物會面對諸多困難，如巨大的晝夜溫差、異常的光照周期、強烈的輻射、低重力環境、有限的資源供給等，這将極大地影響植物在太空條件下的生長發育。
如何嘗試克服上述困難呢？作者從植物性狀和栽培方式兩個角度進行了深入探讨。在作者眼中，理想的太空植物應該具有緊湊的樹冠結構，最大限度提高光合作用效率且易于收獲。這種植物最好擁有高收獲指數（收獲産物與植物總生物量的比率）、對逆境的耐受性、還有可生産藥品的能力，以滿足太空定居點的需求。
真的能培育出這種理想的太空植物嗎？現代基因編輯、基因修飾和轉基因技術為培育理想的太空植物提供了有力支援。精準的堿基編輯技術已經成功培育出了短莖、短芽和快速開花的番茄品種、矮稈水稻品種以及利于消化的高支鍊澱粉小麥品種等。在定向育種技術逐漸成熟的今天，相信更多适合太空環境的作物品種将接連問世。
在栽培方面，可控環境農業模式Controlled Environment Agriculture (CEA)是一種理想選擇。垂直農業系統在太空定居點中最适合作物生産的需求。CEA技術可以實作可調節的光溫系統、可控的CO2濃度、可水培或氣培并高效回收水和營養物質以及自動化采收功能。
太空農業不僅僅能為宇航員提供服務，成功的太空農業技術将反哺地球農業（圖三）。其有助于開發适應地球逆境條件（極端溫度、缺水和營養缺乏條件）的新技術，促進CEA技術的創新，為人口稠密地區的提供可持續高效的食品生産，為地球上資源有限或偏遠地區供給食物。此外，太空農業還有望生産有價值的化合物、蛋白質、生物因子，生産新型或增強型藥物化合物，為太空和地球居民提供醫療藥物保障。
到2050年，地球上近100億人将需要在具有潛在挑戰性的環境中種植可持續的營養食品。是以，未來發展的太空農業技術将不僅服務于頭頂的天空，更會應用于腳下的大地。
圖三太空農業在地球上的應用
來源：Modern農業 MODA