当人类将目光投向月球与火星，计划在这片荒芜之地建立永久定居点时，人们往往首先想到火箭、居住舱等庞大硬件。然而，这些硬件虽能实现人类“在场”，却无法保障长期生存。真正决定人类能否在地球之外长久安家的，是那些看似柔弱却蕴含无限生机的植物。
美国宇航局负责国际空间站植物实验的乔娅·马萨博士分享了宇航员的体验。在国际空间站上，照料作物让宇航员感到愉悦、投入且有意义，植物的香气也让他们心旷神怡。在远离地球的密封航天器中，新鲜农产品的感官体验与营养成分同样重要，照料植物为宇航员提供了日常规律，滋养了他们的身心。
不过，在太空中种植作物面临诸多挑战。在轨道的微重力环境下，根和芽失去重力信号，水的附着和凝结方式改变，氧气和热量循环异常，空气流动也需人工设计。控制根区的水分和氧气是最大难题，种子播种方向和生长舱风扇配置都至关重要，否则真菌爆发或营养缺乏等问题就会接踵而至。尽管如此，宇航员已成功种植生菜、番茄和辣椒等作物，这些成果为建立自给自足的农业系统提供了关键经验。
在月球和火星上种植植物，还面临地外土壤的难题。荷兰瓦赫宁根大学及研究中心的维格·瓦梅林克博士多年来一直在模拟火星和月球风化层中测试植物，结果令人乐观，多数作物原则上可行，青豆和土豆在实验中表现尤为出色。但挑战依然存在，火星风化层含有大量对人类和植物都有毒的高氯酸盐，硝酸盐含量也不足；月球风化层碱性极强，含有的反应性铝可能毒害植物根系，且其尘埃层疏水，水难以均匀分布。
要实现在地外土壤中种植植物，需建立封闭的农业生态系统。这意味着要循环利用一切，包括植物废弃物、不可食用生物质和人类排泄物。系统需要细菌固定氮气、真菌回收养分、蚯蚓维持土壤结构，甚至可能需要昆虫完成循环。然而，即使是这样受控的系统也存在障碍，减弱的重力、不寻常的光照条件和封闭的空气环境都可能影响植物生长，导致作物生长变慢、水分和养分吸收不可预测、生理压力影响产量。
从细胞层面看，太空飞行会引发线粒体压力，导致细胞能量工厂运作方式改变，生长减缓。研究人员认为，作物无法在月球或火星露天环境中生存，需创造屏蔽辐射的生长环境，类似小型垂直农场。维持一名宇航员生存，需35至40平方米的植物种植面积。
目前，一些科研项目正在为太空种植作物努力。由意大利航天局牵头的“月球水稻”项目，正在开发专为太空栖息地培育的新型超矮秆、高蛋白水稻。这种植株仅高10厘米，能在微重力环境中茁壮成长，循环利用水和养分，为长期任务提供新鲜食物。研究人员正重塑植株结构、提高蛋白质含量，并在模拟微重力环境中测试其生长情况。
植物还将成为可持续定居点的支柱，能吸收二氧化碳、产生氧气、循环水，这些都是自给自足生态系统的基础要素。植物甚至可充当早期预警系统，“哨兵植物”能比机械传感器更快揭示营养缺乏、病原体或环境压力。有些植物还能充当工厂，生产专业材料和药物，成为活生生的生存工具包。
在地球之外种植食物，理论上可行，但要可靠、长期实现并非易事。运输和建造防辐射穹顶是工程挑战，月球和火星尘埃中的未知因素也可能带来麻烦，如重金属进入作物可能毒死宇航员。因此，在将植物作为生命支持基础设施依赖之前，严格的月球作物试验至关重要，需在地球和月球上进行数十年试验，生物生命支持系统才能强大到维持永久定居点。
