综述：陆地行星植物：星际迁移的关键准备

这篇综述系统探讨了利用地球植物（TPPs）改造火星等陆地行星的可行性，提出通过生物技术改良25种候选植物，构建自给自足的星际农业系统（TPA），突破传统食物链10%能量转化限制，实现氧气、药物和动物蛋白的原位生产，为人类星际移民提供物质基础。

　　

引言

宇宙灾难频发威胁地球生存，人类亟需寻找新家园。目前已发现千余颗类地行星，其物理化学规律与地球相似，但处于熵增封闭状态。作为宇宙最高效的熵减系统，植物能将无序元素转化为有机大分子，有望成为改造行星的核心载体。以火星为模型，研究提出通过陆地行星植物（TPPs）建立闭环农业系统，满足未来移民的生存需求。

基于物理化学规律的TPPs筛选

火星与地球具有相近的自转周期、地轴倾角和元素组成，但表面环境极端严酷。研究建议优先利用火星赤道附近熔岩管作为初期庇护所，其内部存在地下水和稳定结构。通过分析火星昼夜循环、季节性变化及土壤成分，筛选出能适应低压、低氧、辐射的植物，如马铃薯和藜麦，这些作物已通过国际空间站和月球种植实验验证可行性。

基于生物学规律的TPPs设计

植物生长由TOR激酶和ABA激素信号协同调控，形成类似阴阳平衡的应激机制：

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  TOR通路：在有利条件下促进细胞周期，加速物质合成；

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  ABA通路：在胁迫时触发抗逆基因表达，抑制TOR活性。

  通过基因编辑技术（如CRISPR-Cas9）改造番茄sp/sp5g基因获得紧凑早熟株型，或利用分子农业技术在生菜中表达乳铁蛋白等动物蛋白，可突破传统食物链能量损失。

生存型TPPs：食物与蛋白生产

筛选标准包括无性繁殖、高收获指数（如马铃薯达0.75）、全株可食用等特性：

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  主食类：马铃薯块茎含全谱氨基酸，通过编辑龙葵素基因实现全株食用；甜薯地上部分亦可作蔬菜；

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  蛋白替代：利用ABA诱导启动子在植物中表达卵清蛋白（ovalbumin），能量转化效率较传统畜牧提升10倍；

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  水资源循环：植物蒸腾作用可净化尿液回收水，解决火星液态水稀缺问题。

健康型TPPs：空间疾病防治

针对空间辐射和微重力导致的健康风险：

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  抗氧化剂：在番茄中合成虾青素（astaxanthin），清除自由基；

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  DNA修复：引入缓步动物损伤抑制蛋白基因；

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  神经保护：过表达谷氨酸脱羧酶（GAD）提高GABA含量，缓解焦虑；

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  药用植物：金银花、红景天等兼具心理疗愈和药用价值。

生态改造型TPPs：行星地球化

借鉴地球极端环境植物（如地衣、复活卷柏）的适应性：

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  土壤改良：利用趋盐菌的过氯酸盐还原酶（PcrABC）分解火星土壤有毒物质；

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  光合优化：改造光捕获复合体扩展紫外/红外光利用；

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  先锋物种：垫状植物（Crucihimalaya himalaica）促进岩石风化，为后续生态奠基。

结论与展望

TPA系统通过植物直接生产动物蛋白，将传统畜牧0.5%的能量效率提升至5%，减少水资源消耗（1kg牛肉需15吨水）。该体系不仅支持星际移民，对地球农业集约化、荒漠化治理亦有启示。尽管实现生物再生生命支持系统（BLSS）仍需跨学科突破，但TPPs的研究为地外家园建设提供了切实可行的技术路径。