据悉，科研人员给航天员准备了 100 多种食物，而且还有个性化食谱。比如，王亚平是山东人，特意给她配置了海鲜；叶光富来自成都，菜谱相对偏辣；翟志刚是东北人，口味则比较广泛。
在太空中人类身体会变得更脆弱，因此需要更多营养。然而，包装食品中的一些微量营养素，很可能在太空储存条件下分解，这将很难带来稳定的营养。因此，科学家想到直接从新鲜农产品中获得营养。而黄酮和花青素等植物营养素、以及维生素，对人类健康非常重要。考虑到马铃薯块茎中的蛋白质、植物营养素、维生素等营养素含量不足，有必要通过生物强化方式，来让马铃薯充分满足人体营养需求。
目前，宇航员们是把食物从地球带到太空，未来有望直接在太空种土豆。
（来源：Nature Communications）
中国农业科学院都市农业研究所研究员任茂智团队，前不久在 Nature Communications 发表了题为《空间农业植物的生物技术发展》（Biotechnological development of plants for space agriculture）的论文，对太空全株可食马铃薯做了研究。
图 | 相关论文（来源：Nature Communications）
事实上，早在 2016 年任茂智就开始着手相关研究。2019 年 1 月，嫦娥四号将该团队设计的微型太空农场带到月球背面，并在那里长出一株植物幼苗。之后，他进一步对宇航员在空间站、月球和火星上的食物需求问题，进行了相关探讨。
目前，国际空间站只有生菜和芥菜等绿叶蔬菜。如果人类要进行长期的太空任务和殖民化，就得建立有效的空间农业系统。然而，现有作物成本效益和产量都比较低。因此，任茂智团队全株可食用精英植物（WBEEP，Whole-Body Edible and Elite Plant）的策略，来对马铃薯进行改良。
（来源：Nature Communications）开发 “WBEEP-马铃薯” 全株可食用植物
马铃薯是茄属作物，被认为是空间农业的主要候选者之一，产量潜力比较高，种下去后两个月就开始结薯块。
它具有以下优点：1、块茎收获指数较高；2、园艺和食品加工要求较低；3、耐受性高，在太空飞行中可正常发育。4、更重要的是，土豆可通过块茎进行无性繁殖，也可通过种子进行有性繁殖。无性繁殖可保证食物资源的再生、以及稳定的营养价值，而有性繁殖可保证较高的繁殖系数、以及较低的储存和运输成本。
然而，马铃薯要克服其高龙葵素含量、低产量和养分积累、肥料利用率低等固有缺陷，才能在空间中有效栽培。基于此，该团队研发出这样一种马铃薯改良 WBEEP 策略。
（来源：Nature Communications）
目前，马铃薯的茎、叶子和浆果都不能食用。马铃薯植物的地上部分含有积累的龙葵素，主要是 α- 茄碱和 β- 卡茄碱，它可抵御害虫和病原体，但却对人类有毒。太空农业系统往往处于高度控制的环境中，龙葵素介导的植物抗性是不必要的。如果去除龙葵素，整个马铃薯植株则有望被食用。
要想阻断龙葵素在马铃薯植株中的积累，可采用靶向生物合成方法。例如，沉默或突变编码细胞色素 P450 酶 GAME4、双加氧酶 DPS 或 AP2/ERF 转录因子 GAME9 的基因，可大大降低茄氨酸含量，番茄也可产生有毒的茄胺，但却能将茄胺转化为无苦味和无毒的糖苷菊苷 A6。由于龙葵素代谢涉及土豆和番茄之间的几种共同的酶反应，因此可以将番茄中的龙葵素代谢基因，引入土豆中以减少龙葵素的积累。
也就是说，可通过改变内源性代谢途径，来合成维生素和功能次生代谢物。通过该策略，人们已经开发出富含各种维生素、蛋白质、黄酮、花青素等营养物质的土豆。此外，利用虾青素、或极长链多不饱和脂肪酸，再加上重建生物合成途径，还可开发出马铃薯品种。
（来源：Nature Communications）提高 WBEEP-马铃薯产量
块茎是马铃薯植物的主要可食用部分，而马铃薯结薯是一个复杂的生物过程。其中的关键调控因子包括光感受器光敏色素 B、转录因子 StCO、移动信号、以及蔗糖转运体 StSUT4 和 StSP5G。
优化光合作用是提高作物产量的主要途径之一，而马铃薯结薯也需从地上部分获得大量的光合产物特别是蔗糖。目前任茂智团队正努力通过提高 Rubisco 酶的羧化能力、提高碳还原循环的再生能力、优化电子传递链、最小化氧合和光呼吸等方式，借此希望提高光合效率。
上述可提高光合作用效率的基因工程策略，已成功用于水稻或烟草，亦有望用于提高马铃薯产量。例如，通过表达重组糖醛酸脱氢酶多蛋白、人工构建的光呼吸旁路等，即可减少光呼吸和改善二氧化碳摄取，最终可显著提高光合效率和块茎产量。
提高 WBEEP-马铃薯的矿质养分利用效率
作物的生长发育需要许多矿质元素，包括氮、磷和钾。从地球上运输肥料的成本非常高。因此，有必要提高作物养分利用效率，减少肥料消耗。而基因修饰可以增强植物养分的吸收、分配和代谢或优化根系结构。
氮是植物所需的最重要元素之一，来自低等生物的谷氨酸脱氢酶，对铵根+具有较高亲和性、以及较强的氨同化能力。与植物谷氨酸脱氢酶相比，铵根+的异源表达可提高含马铃薯在内的许多作物的氮利用效率，并确保作物在低氮条件下可以获得高产量。磷则是另一种物质植物生长的必需元素，它可促进马铃薯块茎产量和质量。
此外，假菌磷酸脱氢酶（ptxD）的表达，可允许水稻和棉花在代谢磷酸盐之外去代谢磷酸盐，但其在马铃薯中的作用值得探索。其中，马铃薯需要更多的钾肥来生长，而拟南芥的异源表达拟南芥 K+ 通道 AKT1、及其激活剂 CBL1、CBL9 和 CIPK23，可增加钾的吸收。
随着更多抗营养因子生物合成机制的揭示，以及提高营养、产量和肥料使用效率的策略，WBEEP 方法有望实施在更多作物上。
无土栽培方式：优先考虑固体基质栽培或者气雾栽培
不仅是马铃薯，只需稍加改造一下，很多十字花科作物都能全株使用。在地球上，遇到低温或连阴雨年份，往往会给植物造成大幅减产，严重的甚至颗粒无数。而空间站和地外行星很有可能正是这种天气，所以哪些植物可以优先种植？最终，该团队想到全株可食。
空间站的发射成本非常高，往上运土不具备持续性、且成本非常高。相对来说，气雾栽培和固体基质栽培更节约、也更环保，并可在空间站形成物质循环以及能量再生。比如，宇航员把水喝下去之后，还可实现回收利用。其中，气雾栽培是一种资源节约型的高级农业方式，可摆脱土地依赖。在近期的国家“十三五”科技创新成就展上，该所的植物工厂技术也是参展成果之一。
嫦娥四号和微型农场
此前，任茂智团队的月球微型农场跟着嫦娥四号上了月球，也完成了幼苗试验。嫦娥四号是中国探月工程的重要任务，在该任务中加入了生物科普试验载荷，即把地球上的动物、植物、和微生物放上去，观察在月球上微 1/6 的重力下，植物是否能生长发育。
对于嫦娥四号来说，它是首次登陆到月球背面，其中涉及到一系列重要行程，这些动植物在登陆月球之后并不会返回。当时，任茂智把中国农业科学院培育的棉花、油菜、马铃薯种子、逆南芥、果蝇酵母等流动生物组成一个微型农场。
然后放上去相关载荷，再通过照相收集信息，再把图片传回来观察究竟在哪种条件下，会让动植物的生长发育成功实现。月球上的一天相当于地球上 28 天，一个月夜等于连续 14 个地球夜晚，其光周期和地球存在较大不同。
因此，当把实验挪到月球，如何放水、如何让它生长、如何拍照、如何导出数据都会是问题。为此，团队攻克重重难关，最终成功做出微型工厂。月夜温度非常低，有时低至零下一百多摄氏度，通过实验总结了许多科学问题，这也让他进一步思考人类将来该如何在地外空间解决果腹之难。
更远之处：人类的第二个家园
同时地球也有自己的寿命，再有 10 亿年整个太阳系就会走到尽头，到时人类怎么办？宇宙也一直面临着多种灾难比如行星撞击等。历史上就曾有四次生物大灭绝，因此一旦小行星撞击地球就会带来毁灭性灾难。
如果哪天发生宇宙灾难，行星撞击导致人类灭亡该怎么办？正因此，中美俄三家主要航天大国，已经把目光投向太空去建设国际空间站。
以中国天宫空间站为例，其已进行了月球载人登月计划，火星计划也正是为此做准备。一旦人类到达空间站，月球和火星上的农业就必须跟上。只有这样才能在地球发生灾难时，让人类移居到月球或火星从而拥有第二个家园。
当然，人类科技的进步也不完全是为了应对宇宙灾难，我们完全可以移民到其他星球去。如果把整个宇宙看做一个整体，月球就相当于一个岛屿。
任茂智认为，大航空时代即将来到。以几百年前的大航海时代为例，谁能想到在遥远的航海过程中发现那么多新大陆，借此推动了人类进步。
中国已经错过了大航海时代，因此目前正在紧紧抓住大航空时代。以工程火星计划为例，假如上面有丰富的资源，即可在上面勘探，这是对整个人类命运前途的前瞻性布局，借此形成的科技知识，反过来又能服务当下生活，比如阿波罗登月计划就形成了一系列科技进步，军民融合也可惠及百姓生活。同时，这些前瞻性布局也可给科技发展带来极大推动。
