作者：Ashley Strickland, CNN

 
拟南芥(Arabidopsis thaliana)植物，通常被称为泰兰芥(thale cress)，从月球土壤中发芽。


在具有里程碑意义的第一次，科学家们使用在阿波罗登月任务期间收集的样本在月球土壤中种植植物。这是植物第一次在地球上另一个天体的土壤中发芽和生长。

这项研究可以为在月球上种植提供氧气和食物的植物奠定基础，这是一个及时的考虑，因为美国宇航局的阿尔忒弥斯计划希望在本十年晚些时候将第一位女性和第一位有色人种降落在月球南极。

但这些实验也揭示了植物在月球风化层或土壤中生长的压力有多大，这与地球上的自然栖息地截然不同。

周四发表在《通讯生物学》杂志上的一项详细介绍植物实验的研究。

包括粮食作物在内的不同类型的植物已经在航天飞机和国际空间站上飞行。植物样本甚至被用来证明月球样本对地球上的生命无害。

 
（左起）佛罗里达大学食品与农业科学研究所的研究合著者 Anna-Lisa Paul 和 Rob Ferl 正在研究月球土壤。


研究合著者安娜说：“植物帮助确定从月球带回的土壤样本不含有病原体或其他会危害陆地生命的未知成分，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。” -Lisa Paul，佛罗里达大学食品与农业科学研究所园艺科学研究教授。

Paul 和研究合著者、UF 食品与农业科学研究所园艺科学杰出教授 Rob Ferl 想要更进一步，看看种子是否会在月球土壤中生长。

“对于未来更长的太空任务，我们可能会将月球用作枢纽或发射台，”费尔在一份声明中说。“那么，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？”

历史样本

这是一项酝酿已久的实验——自研究人员提出第一个提议并要求提供月球样本以来，已经过去了 15 年。该请求在 18 个月前获得批准。

研究小组要求美国宇航局在阿波罗 17 号任务期间收集 4 克月球材料。美国宇航局的阿波罗样本策展人瑞安齐格勒看到了从不同的阿波罗任务中提供更多的科学价值。他从阿波罗 11 号、12 号和 17 号任务中收集的月球样本中向他们发送了总共 12 克（2.7 茶匙）的样品。

“这让我们能够更深入地研究科学以及月球风化层对植物的影响，这是我们无法做到的，”保罗说。

 
（从左至右）Ferl 和 Paul 在 LED 灯下种植种子，该灯已调整到光合植物生长的最佳波长。


研究人员使用顶针大小的井作为盆。通常，这些塑料托盘用于培养细胞。

科学家们用一克月球土壤填满了每口井，添加了营养物质和水，并插入了几颗拟南芥（Arabidopsis thaliana）或拟南芥（thale cress）的种子，这是一种原产于欧亚大陆和非洲的小型开花植物。

Thale Cress 对研究人员来说是一种有吸引力的植物标本，因为它经过充分研究并且其遗传密码已被绘制出来——这使研究人员能够研究外来土壤如何影响植物的基因表达。该工厂已经在航天飞机和空间站上进入太空，为团队提供空间数据以进行比较。

拟南芥种子也被种植在模拟月球土壤、火山灰和来自极端环境的其他基质的合成物质中。

令研究人员惊讶的是，几乎所有种植在黑暗月球土壤中的种子实际上都发芽并开始生长。

“我们没有预料到，”保罗说。“这告诉我们，月球土壤并没有中断植物发芽所涉及的激素和信号。”

拮抗土壤

然而，拟南芥芽在适应月球土壤时表现出挣扎的迹象。

与地球土壤中生长的植物相比，这些幼苗更小、生长更慢且大小不一。根部发育不良。与在火山灰中生长的拟南芥植物相比，这些植物长出展开的叶子所需的时间更长。一些月球土壤植物的叶子显示出红黑色色素，这是压力的外在迹象。

在遗传水平上，三种体型较小、颜色较深的植物表达了 1000 多个主要与压力相关的基因。

“在遗传水平上，植物正在使用通常用于应对压力源的工具，例如盐和金属或氧化应激，因此我们可以推断植物将月球土壤环境视为压力，”保罗说。

“最终，我们希望使用基因表达数据来帮助解决我们如何改善对植物 - 特别是农作物 - 能够在月球土壤中生长而对其健康影响很小的水平的压力反应。”

 
到第 16 天，在火山灰中生长的植物（左）与在月球土壤中生长的植物（右）之间存在明显的物理差异。


最挣扎的拟南芥植物生长在成熟的月球土壤中，它们变成紫色作为氧化应激反应。这些在阿波罗 11 号任务期间收集的土壤更多地暴露在恶劣的太空环境中，而在阿波罗 12 号和 17 号样本中生长的植物似乎表现更好。

经常受到宇宙射线和太阳风轰击的月球表面还包括铁颗粒和微小的玻璃碎片。所有这些元素都可能损害植物的生长。

“即使是看起来健康的植物也在努力保持健康，”保罗说。“它们在月球风化层中生长，但为了保持这种健康，它们必须在新陈代谢水平上处理它。”

太空温室

研究人员希望进行后续研究，以了解在月球环境中种植植物如何真正改变月球的土壤。

“月球是一个非常非常干燥的地方，”研究合著者、佛罗里达大学地质学助理教授斯蒂芬·埃拉多说。“月球土壤中的矿物质将如何响应植物在其中生长，添加水和养分？添加水会使矿物学对植物更友好吗？”

在月球上，这些植物可以从月球土壤中提取资源，如金属铁，并以有用的形式提供它们。

 
将来自实验的植物置于小瓶中用于遗传分析。


进一步的研究还可以帮助研究人员确定在月球土壤中种植植物的最有效方法，并帮助他们避免研究期间发现的压力源。该团队希望清楚地了解这些植物的营养价值——以及是否受到土壤的影响。

虽然 thale cress 是可食用的，但它不好吃或被认为是一种粮食作物。但它与西兰花、羽衣甘蓝、萝卜和花椰菜属于同一植物家族。

NASA 天体生物学首席科学家 Sharmila Bhattacharya 发现植物生长的发现“非常令人兴奋”，并表示这项研究为科学家提供了许多后续机会。Bhattacharya 没有参与这项研究。

“我们需要研究如何让植物在这种风化层基质中生长得更好，”巴塔查里亚在一封电子邮件中写道。“例如，我们是否需要添加其他成分来帮助植物生长，如果需要，它们是什么？是否有其他植物可以更好地适应这些风化层基质，如果是，哪些特征使它们对这些更健壮？环境？

“这就是科学令人兴奋的地方；每一项新发现都会带来更多独特和变革性的成果，然后我们可以利用这些成果来帮助提高我们未来太空探索任务的可持续性！”

科学家们认为他们的实验是一个积极的结果，因为人类推动了太空探索的界限。

“令人惊讶的是，这种植物仍然在这种恶劣的环境中生长，”Elardo 说。“它有压力，但它不会死。”

“当人类作为文明搬到某个地方时，我们总是带着我们的农业，”费尔说。“将月球土壤带入月球温室的想法是探索梦想的东西。”