第一次！人类在月球土壤中种出植物，月球种菜不是梦？

▎药明康德内容团队编辑  

还记得电影《火星救援》中种土豆的情节吗？为了生存，男主在火星上种植了两年的土豆，最终为自己等到了同伴的救援。如果有一天，当人类离开故土、启程深空旅行，我们真的可以在另一个星球的土壤上种植作物吗？

现在，科学家在这个问题上取得了一项重要突破。利用半个世纪前阿波罗计划从月球取回的土壤，佛罗里达大学的研究团队在月球土壤中种下的植物成功发芽、生长。虽然生长情况不及地球土壤，但作为人类首次利用月壤种植植物的尝试，这项研究证实了其可行性，也为未来的太空探索铺平道路。该研究已发表于Communications Biology杂志。

▲利用月球土壤种出的拟南芥（图片来源：UF/IFAS photo by Tyler Jones）

尽管月球本身的条件不适合人类生存，但未来当人们面临着更漫长的太空探索任务时，月球或许可以成为中转站甚至是深空旅行的发射台。因此，如果可以在月壤中直接种植作物，未来人们可能不需要从地球携带食物资源。但问题是，没有人知道营养贫瘠的月壤能否种出植物。

论文作者之一，佛罗里达大学教授Anna-Lisa Paul表示，即使是在月球探索的早期阶段，植物也发挥了重要作用：“植物可以帮助我们确认，从月球带回的土壤样本没有携带病原体或其他危害地球生命的未知成分。不过，这些研究只是给植物撒上了月球土壤，但它们实际上从未在月壤中生长。”

为了回答这个问题，研究团队设计了一个看似简单的“种菜”实验。他们向NASA申请到使用月壤的机会，这些土壤分别是由阿波罗11号、12号和17号探月任务收集并带回的。

但难点在于，科学家们手中的月壤只有12克，他们需要用这少得可怜的材料完成这项实验。

这意味着研究团队必须要精心设计一个足够小规模的实验。为此，他们用到了细胞培养板，上面是一个个直径只有1厘米多的小坑——这些坑就成了种子发芽、生长的“花盆”。研究人员用大约1克的月壤来填充每一个坑，并用营养液浸润土壤。

▲研究团队在细胞培养板中种下植物（图片来源：UF/IFAS photo by Tyler Jones）

他们选择的植物种子，是常见模式植物十字花科的拟南芥。种植这种遗传密码已经被完全破解的明星植物，不仅能深入了解月壤如何影响植物的生长，还能揭示基因表达的变化。

作为对照，研究团队还在模拟月球土壤的地球火山灰、模拟的火星土壤以及极端条件下的地球土壤中种下拟南芥。

在实验开始时，研究人员都十分忐忑，因为他们不确定种植在月壤中的种子是否会发芽。但两天后，令他们惊喜的结果出现了：几乎所有种子都成功发芽。这说明了月壤并不会中断植物种子发芽所需的激素和其他信号。

▲月壤及对照组中植物的生长情况（图片来源：参考资料[1]）

不过，在第6天之后他们注意到，在地球土壤与月壤中生长的拟南芥开始表现出明显差异。月壤中的植株更小、生长更缓慢，并且不同植株长势层次不齐。此外，一些植株叶片也出现了发育不良的现象。

Paul教授解释称，这些迹象说明植物正在努力适应月壤的化学组成。随后，从这些植物的基因表达模式中，这一点得到了进一步证实。

到了第20天，就在植物将要开花之前，研究团队收获了植物并将它们磨碎，用于RNA测序。

“在基因水平上，植物用到了一些通常用于应对各种压力（如盐、金属和氧化应激）的工具，因此我们可以推测，对这些植物而言，月壤是一种生存压力，”Paul教授表示，“最终，我们希望这些基因表达数据可以帮助我们思考，如何改善其压力应对水平，从而让植物（尤其是农作物）可以在月壤中同样健康成长。”

▲论文作者Rob Ferl教授（左）与Anna-Lisa Paul教授（右）在实验室中观察植株生长情况（图片来源：UF/IFAS photo by Tyler Jones）

值得注意的是，实验中使用的月壤样本是从月球的不同区域收集的，而这也体现在不同植株应答方式的差异上。压力最大的植物生长在“成熟月壤”中，这些土壤暴露在宇宙风中的时间更长，因此其成分改变更加明显。

这项研究不仅为将来的月球种植计划奠定了基础，还引出了一系列有待研究的问题：当我们破解了调节植物在月壤中生长的基因，我们能否利用这些信息来帮助植物应对生长压力？对月壤的研究，又能否帮助我们了解植物在火星土壤中的生存情况？

“这项研究对于长期的人类太空探索目标至关重要，我们需要利用月球与火星上的资源，为未来参与深空旅行的人们提供食物来源，”NASA局长Bill Nelson说，“这项研究还展示了NASA的研究如何实现农业创新，这些创新还将帮助我们理解地球上压力条件下植物的生长方式。”

最终，无论是迈向星空深处，还是坚守在这片蓝色星球，这些看似微不足道的土壤与植株都将告诉我们：即使在无比恶劣的条件下，生命同样能找到生存之道。

参考资料：

[1] Paul, AL., Elardo, S.M. & Ferl, R. Plants grown in Apollo lunar regolith present stress-associated transcriptomes that inform prospects for lunar exploration. Commun Biol 5, 382 (2022). https://doi.org/10.1038/s42003-022-03334-8

[2] A first: Scientists grow plants in soil from the Moon. Retrieved May 12, 2022 from https://www.eurekalert.org/news-releases/952289

[3] Scientists Grow Plants in Lunar Soil. Retrieved May 12, 2022 from https://www.nasa.gov/feature/biological-physical/scientists-grow-plants-in-soil-from-the-moon

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