在国际空间站种植辣椒的微生物群落特征评估对结果作物的启示

太空中的新鲜辣椒

随着人类开始考虑在月球和火星上长期居住，我们需要的不仅仅是包装食品。新鲜的水果和蔬菜能提升宇航员的营养、士气和长期健康。本研究追踪了一项雄心勃勃的实验：在国际空间站（ISS）上将辣椒种植至完全成熟，并仔细检查植物、根系和周边设备上微小生物——微生物的情况，以确保食品安全并了解太空中植物与微生物的相互关系如何运作。

辣椒在轨道上的生长方式

这些辣椒在高级植物栖息舱（Advanced Plant Habitat）内生长，该舱是国际空间站上一个受严格控制的箱形生长室。该舱允许科学家从地面调节光照、温度、湿度、二氧化碳乃至气流，同时将植物与站内其他环境隔离。研究团队选择了一种紧凑型的Hatch辣椒品种，既能适应生长舱的空间，又能产生足够的果实供食用和研究。种子在地面被仔细清洁以去除表面微生物，播种在与缓释肥料混合的无菌陶粒中，随后发射到空间站。安装到位后，辣椒在轨生长了137天——比任何先前在ISS上种植的可食作物都更长，产果26个，其中一半由机组人员食用，另一半冷冻保存以供后续分析。

根际与叶片周围的微小世界

即便经过表面清洁和无菌播种，植物不可避免地会从周围环境收集微生物。在国际空间站上，这些微生物可能来自舱内空气、供水管路、设备表面以及航天员。为绘制这一隐蔽群落的全貌，研究人员在辣椒收获后几乎对系统的每个部位进行了采样。他们擦拭了表面和泡沫，采集了输水的芯线，取出根区陶粒，并对根、茎、叶、果实和种子进行了解剖采样。他们通过在营养凝胶上培养来计数细菌和真菌，并通过测序微生物DNA中常用的“身份标签”来读取微生物群落的遗传指纹。这使他们能够比较不同植物组织和设备之间微生物种类的数量以及群落的相似性或差异。

食品安全与有益微生物

从食品安全角度看，结果令人放心。辣椒上的微生物计数非常低，有时低于检测限，而且未检测到如沙门氏菌、大肠杆菌或金黄色葡萄球菌等被检疫的食源性病原体。大部分微生物活性集中在系统的隐蔽部位：潮湿的芯线、根区和陶粒基质，在这些营养较丰富的部位支持着更多样的生命。在这些位置，研究人员发现了多种细菌群体，其中一些也曾在ISS的饮用水系统和空气样本中出现。例如Sphingomonas和Novosphingobium常与地球上的植物相关，可能有助于植物生长或耐受胁迫。另一些如Pseudomonas和Burkholderia则更为复杂：它们可在表面形成顽固的生物膜，或在不利条件下成为机会性病原体，但在某些情况下也能促进植物生长。

隐形花园的模式

通过比较来自地上组织（叶、茎、果实、种子）、地下组织（根及邻近陶粒）和硬件部件的微生物DNA，研究团队发现了清晰的模式。地上植物部分寄主的群落相对简单，微生物类型较少。根系附近和基质中微生物多样性大约翻倍，反映出根区周围更丰富且更稳定的环境。接触水或根区的硬件部件呈现出其自身的特征性混合物。统计分析表明，样本来源部位——叶子、根、泡沫或芯线——比托盘所处哪个象限更能解释群落差异。然而，一小部分细菌群体出现在种子、植物、基质、水和硬件中，形成了一个建议的“核心微生物组”，即便在细致清洁和物理分隔下也能在这个微型生态系统中持续存在。

对未来太空农场的意义

对非专业读者来说，关键结论有两点。首先，有可能在轨道上种植像辣椒这样生命周期较长且能结果的作物并安全食用收获物；这些辣椒符合NASA的微生物安全指南，并为机组成员的菜单增添了受欢迎的新鲜辛辣食品。其次，即便在受严格控制且基本封闭的系统中，植物仍会形成复杂的微生物伙伴和附带微生物，尤其集中在根系及潮湿的硬件上。了解这些微生物的种类、来源及其行为，对于设计能够支持远离地球的机组的可靠太空温室至关重要。本研究为这一隐形生态系统绘制了重要的早期地图，并为将来在太空栖息地中构建更健康、更有韧性的作物提供了基线。

引用: Khodadad, C.L.M., Dixit, A.R., Hummerick, M.E. et al. Evaluating microbial community profiles of Chile peppers grown on the International Space Station provides implications for fruiting crops. Sci Rep 16, 12863 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-025-20440-9

关键词: 太空农业, 微生物组, 国际空间站, 辣椒, 食品安全