人类历史上第一次 科学家在月球土壤中种植植物

科学家在月球土壤中种植植物，这是人类历史上的第一次，也是月球和太空探索的分水岭。

在2022年5月12日发表在《通信生物学》杂志上的一篇新研究论文中，佛罗里达大学的科学家们表明，植物可以在月球土壤中成功发芽和生长。他们的研究还研究了植物对月球土壤(也被称为月球风化层)的生物学反应，月球土壤与地球上的典型土壤截然不同。

这项研究是在月球上或未来的太空任务中种植用于食物和氧气的植物的第一步。更直接的是，这项研究正值阿耳特弥斯项目计划让人类重返月球之际。“阿尔特弥斯需要更好地了解如何在太空中种植植物，”该研究的作者之一、佛罗里达大学食品和农业科学研究所(UF/IFAS)园艺科学的杰出教授Rob Ferl说。

这项研究的作者之一、佛罗里达大学/IFAS园艺科学研究教授Anna-Lisa paul说，即使在月球探索的早期，植物也发挥了重要作用。“植物帮助确定了从月球带回的土壤样本中没有病原体或其他会伤害地球生命的未知成分，但这些植物只是被月球风化层覆盖，实际上从未在其中生长。”

paul和Ferl是国际公认的研究太空植物的专家。通过佛罗里达大学太空植物实验室，他们已经用航天飞机、国际空间站和亚轨道飞行进行了实验。“对于未来更长时间的太空任务，我们可能会把月球作为一个中心或发射台。我们想利用已经存在的土壤来种植植物是有道理的，”Ferl说。“所以，当你在月球土壤中种植植物时会发生什么，这完全超出了植物的进化经验?”植物在月球温室里会做什么?我们能有月球农民吗?”为了回答这些问题，他们设计了一个看似简单的实验:在月球土壤中种植种子，添加水、养分和光线，并记录结果。

复杂的是：科学家们只有12克——仅仅几茶匙——月球土壤来做这个实验。这些土壤是从NASA借来的，是在阿波罗11号、12号和17号登月任务期间收集的。他们在11年的时间里申请了3次，希望有机会研究月球风化层。土壤数量少，更不用说它不可估量的历史和科学意义，这意味着paul和Ferl必须设计一个小规模的，精心设计的实验。为了种植他们小小的月球花园，研究人员选择了通常用于培养细胞的塑料板上的培养孔。每个孔相当于一个迷你“盆”。

Anna-Lisa paul试图用移液管湿润月球土壤。科学家们发现土壤排斥水(疏水)，导致水在表面呈串珠状。需要物料与水积极搅拌，打破疏水性，均匀湿润土壤。一旦湿润，月球土壤可以通过毛细管作用湿润植物培养。一旦他们把大约一克月球土壤装满“小盆”，科学家们就用营养液湿润土壤，并加入一些拟南芥种子。

拟南芥因其遗传密码已被完整绘制而在植物科学中得到广泛应用。在月球土壤中种植拟南芥让研究人员更深入地了解土壤如何影响植物，甚至基因表达水平。作为比较，研究人员还在一种模拟真实月球土壤的陆地物质，以及模拟火星土壤和极端环境下的陆地土壤JSC-1A中种植了拟南芥。生长在这些非月球土壤中的植物是实验的对照组。

在实验之前，研究人员不确定在月球土壤中种植的种子是否会发芽。但几乎所有孔都做到了。“我们很惊讶。我们没有预测到这一点，”“这告诉我们，月球土壤并没有中断植物萌发过程中的激素和信号。”

然而，随着时间的推移，研究人员观察到生长在月球土壤中的植物和对照组之间的差异。例如，在月球土壤中生长的一些植物比对应的植物更小，生长更慢，或者在尺寸上更多样化。paul解释说，这些都是物理迹象，表明植物正在努力应对月球土壤的化学和结构组成。当研究人员分析这些植物的基因表达模式时，这一点得到了进一步的证实。

paul说:“在基因水平上，植物拿出了通常用来应对压力源的工具，如盐和金属或氧化压力，所以我们可以推断，植物认为月球土壤环境是有压力的。”“最终，我们希望利用基因表达数据来帮助解决我们如何改善植物(尤其是农作物)在月球土壤中生长时的压力反应，而对它们的健康影响很小。”

Ferl和paul与佛罗里达大学的地质学助理教授Stephen M. Elardo合作进行了这项研究，他们说，植物对月球土壤的反应可能与土壤的收集地点有关。例如，研究人员发现，那些生长在月球地质学家所称的成熟月球土壤中的植物受到的压力最大。这些成熟的土壤暴露在更多的宇宙风中，这改变了它们的组成。另一方面，生长在相对不成熟的土壤中的植物生长得更好。

Elardo说，在月球土壤中种植植物也可能会改变土壤本身。

“月球是一个非常非常干燥的地方。月球土壤中的矿物质会对生长在其中的植物有什么反应呢?加水会使矿物学更适合植物生长吗?”Elardo说。后续研究将建立在这些问题和更多的基础上。目前，科学家们正在庆祝在月球上种植植物迈出了第一步。

“我们想做这个实验是因为，多年来，我们一直在问这个问题:植物能在月球土壤中生长吗，”Ferl说。“答案是肯定的。”