未來可以把蔬菜種到火星上嗎？植物工廠：不需要陽光和土壤也能種菜，他的研究賦予未來農業模式更多的可能性

想象一下，在一片沒有土壤甚至沒有陽光的地方，植物依然能茁壯成長，這並不是科幻小說裡的場景，而是現代科技帶給我們的奇蹟——植物工廠。有了植物工廠，在無人的沙漠、嚴寒的冰川，甚至在遙遠的火星，植物都可以萌芽、生長、開花、結果……

11月2日上午，陽光明媚，浙江省科協的科學咖啡館內座無虛席，氣氛熱烈。湘湖實驗室植物光生物轉化團隊的學科帶頭人、博士生導師，國家傑出青年科學基金獲得者林榮呈教授，帶來了精彩的分享《植物的眼睛：揭秘植物工廠背後的科學》，與現場觀衆展開了一場別開生面的科學對話。

植物也有“眼睛”

還能看見人眼看不見的光

“植物有眼睛嗎？”活動一開始，林榮呈就拋出了這個問題，臺下的小朋友們爭先恐後地回答：“有！”

林榮呈微笑着點頭，接着解釋道：“我們人類的眼睛裡有一個視網膜，上面分佈着大量的特殊細胞，叫光受體細胞。而在植物體內，也有特殊的光受體細胞，這些受體分佈在植物全身，不像我們人的光受體主要在我們的眼睛裡面。這就是植物的‘眼睛’，它可以幫助植物來感知光線，指導它們的生長。”

植物的行爲是怎麼樣被光控制的？林榮呈分享了一個我們都很熟悉的現象，“大家都知道向日葵總是朝向太陽，這是因爲植物‘眼睛’的‘向光素’驅動了生長素的作用。”生長素在光照的刺激下，會在莖稈的背光面和向光面之間發生不均勻分佈。隨着一天中太陽位置的變化，向日葵莖稈兩側生長素的分佈也隨之變化，從而引導花盤轉向太陽的方向。

向日葵的這一特性還啓發了工程師們設計出高效的太陽能發電裝置，這些裝置能夠像向日葵一樣隨太陽移動，確保光線始終垂直於其表面，從而達到高效聚光的目的。

關於植物和光的關係，林榮呈舉例道，在我女兒上小學三年級的時候，我跟她做了一個小小的實驗，她先在錫箔紙上寫上“王”字，然後把這個“王”字進行鏤空，把這個錫箔紙再蓋在一片葉片上面，放到太陽下暴曬一個小時，再把這個錫箔紙揭開了之後就出現了一個“王”字，所以這個字是我們讓太陽寫上去的。

那這是爲什麼呢？因爲植物的葉片上面包含着大量的細胞，每個細胞裡面又有很多的葉綠體，被錫箔紙蓋住的那部分細胞因爲光線不足，所以葉綠體就比較均勻地分佈在細胞裡面，它希望去吸收更充足的陽光。而被陽光直接照射的那部分細胞因爲光太強，它的葉綠體就躲到細胞的兩邊去，所以中間就空出來了，整體就形成了這樣一個淺色的“王”字。

“植物的葉綠體根據光線強弱會‘跑來跑去’，而我們人類的細胞就沒有這樣一種能力，當在太陽光下暴曬的時候，我們的皮膚可就糟糕了。”林榮呈打趣道。

未來的農業生產新方式

爲植物量身定製“光配方”

科學家們利用植物的這些特性，發明了“植物工廠”。

植物也有工廠，很多人可能第一次聽到這個概念。林榮呈告訴大家，“植物工廠是一種全新的農業生產方式，它無需土壤，不佔用耕地，也不使用農藥，而是通過精確控制光照、溫度、溼度、二氧化碳和營養液等因素，爲植物創造一個理想的生長環境。”

現場林榮呈給大家播放了一個植物工廠的相關視頻，畫面中，一排排整齊的植物架層層疊疊，猶如一座座綠色的城堡，令人眼前一亮。“這個植物工廠的架子上面有六層，實際上可以根據高度不一樣，達到十幾層，使單位面積的產能效率大大提高。”

我們知道，在室外太陽光提供的是一個紅橙黃綠青藍紫全波長的光譜，可是植物的生長並不是所有的光都是等比例需要的，因此在這個封閉的植物工廠裡面，怎樣提供給植物最佳的一個生長的光環境，同時又節約能源、節約成本，這就成了一個需要解決的關鍵問題。

林榮呈團隊在前期的研究基礎上，藉助快速發展的LED技術，將紅、橙、黃、綠、青、藍、紫光單獨剝離出來，再進行不同的組合，爲不同的植物或者同一個植物不同的生長階段，量身定製最佳的光譜配方。“在植物工廠中，我們可以通過調整光譜配方，爲不同的植物提供最適合的生長條件，從而大幅提高作物的產量和質量。”林榮呈特別提到，這種通過改變光譜配方的定向調控技術對藥用植物的生產顯得尤爲重要。

把蔬菜種到廚房裡

現場還有特殊的生菜“茶歇”

爲了讓大家親身體驗植物工廠的成果，林榮呈還帶來了湘湖實驗室的植物工廠生產的四種生菜給大家現場品嚐。這些生菜色澤鮮亮，葉片飽滿，看起來格外誘人。小朋友們興奮地圍了上來，有的迫不及待地拿起一片生菜，輕輕咬了一口，臉上露出了驚喜的表情。“這個菜吃起來有點微甜，水分也比較足！”一位小朋友興奮地分享了自己的感受。

到了互動環節，小朋友們更是對植物工廠充滿了好奇，紛紛舉手提問。“火星上的植物工廠生產的蔬菜水果和地球上的會有什麼不同？”“我們吃的這個植物工廠生產的蔬菜和大棚種植的有什麼不一樣？”“在植物工廠裡，那些開花結果需要授粉的植物怎麼辦呢？”

林榮呈一一給大家解答，“在植物工廠中種植的蔬菜和水果，沒有農藥污染，沒有病蟲害，更加安全可靠，可以說是源自大自然又高於大自然。”林榮呈總結道，“小朋友們的問題都非常好，我們國家關於植物工廠的研究起步晚，還有很多問題在等着我們去探索。”

關於植物工廠的未來發展，林榮呈充滿了期待：“未來，植物工廠將不僅僅侷限於城市的大型設施，小型的迷你植物工廠也將進入普通家庭，讓人們可以在廚房裡種植新鮮的蔬菜。”而在空間站、極地考察站、海島以及軍艦和潛艇等特殊環境中，植物工廠更是能爲人們提供持續的食物保障。“或許有一天，當人類踏足火星時，植物工廠將成爲我們生存的重要保障。”

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作爲全國樣本、浙江創新，由浙江省科協和都市快報聯手打造的“科技成果科普發佈”已經舉辦了六年，持續關注前沿科技，打造了“國家級—省級—市級—（區）縣級”四級聯動、協同發展、社會科普資源互通共享的新局面。每期活動都會請到深耕一線的科學家來講述最前沿的科技成果和成果背後的科學故事。

來源：省科協科普部、都市快報·橙柿互動

責編：葉　揚

美編：鄭娜莉

一審：何百嶽

二審：方佳佳

三審：周振軍