如果想殖民火星，我们必须具备在火星上种庄稼的能力
如果人类想殖民火星，必须克服一系列严峻挑战，其中就包括确保稳定的粮食供应。由于发射成本太高，从地球运送物资显然不切实际。要想在火星上建造永久性殖民地，人类需要摆脱对货运发射的依赖，具备在火星上进行农业生产的能力。
最近，科学家在火星上发现了液态水。这不仅提高了在火星上发现生命的可能性，同时也意味着我们可以利用火星上的水资源种植各种作物。不过，火星农业生产不仅仅需要水，同时还要满足其它条件。
革新性水培植物种植舱——月球温室原型，在设计上旨在让月球或火星上的宇航员获得稳定的蔬菜供应。除了提供食物，这个温室还能帮助净化空气、水循环利用和废物回收
从水培温室到合成生物学
此前进行的研究表明，可以将微生物作为火星宇航员的一个食物来源。除此之外的另一个选择是，利用水培温室和可控环境系统种植各种作物，与正在国际空间站上测试的系统类似。在7月刊登于《Genes》杂志的一篇论文中，科学家将目光聚焦先进的合成生物学技术，可利用这项技术提高火星农业生产的效率。
长5.5米，直径2.2米的月球温室原型，座落于亚利桑那州大学的可控环境农业中心
合成生物学是一个快速发展的领域，结合了工程学、DNA科学、计算机科学以及其它很多学科的技术，旨在赋予生物体新机能或者改进原有机能。现在，我们不仅能够读取DNA，同时还能设计和测试生物学系统，甚至对整个生物进行工程学改造。
以酵母为例，酵母是一种任劳任怨的工业微生物，科学家正对酵母的整个基因组进行工程学改造。合成生物学技术发展迅速，精准的基因工程和自动化已可以用于被称之为“生物铸造厂”的全自动设施。生物铸造厂能够测试数以百万计的DNA设计，帮助科学家找到拥有所需特性的生物。
2008年，“凤凰”号着陆器在火星北极土壤中发现高氯酸盐
火星终究不是地球
虽然在所有临近行星中火星与地球的相似度最高，但两颗星球在很多方面存在差异。火星的引力大约是地球的三分之一，光照量只有地球的一半左右，但有害紫外线和宇宙射线的数量远高于地球。火星地表平均温度在零下60摄氏度左右，稀薄的大气层主要由二氧化碳构成。
地球上的土壤比较湿润，同时含有大量帮助植物生长的营养物和微生物。火星地表则被风化层覆盖，不仅干燥贫瘠，同时还含有对人体有毒的高氯酸盐。虽然最近发现了地下湖，但火星上的水主要以水冰的形态存在。由于气压较低，火星液态水的沸点只有5摄氏度左右。
地球上的植物经历了数亿年的演化，早已适应地球环境。我们很难将它们移植到环境恶劣的火星。对于火星殖民者来说，任何资源都是宝贵的稀缺资源，无论是液态水还是能源都要进行合理分配，以提高农业生产的效率。此外，我们还要培育适合火星环境的作物。
2016年12月2日，国际空间站，第50远征队指挥官谢恩·金布罗正在采摘生菜。照片中的种植系统能够为宇航员提供可口、安全并且营养丰富的新鲜蔬菜
培育适合火星的植物
为了实现火星农业生产梦，一种更为合理的选择是利用合成生物学技术培育适于火星环境的作物。我们可以建造一座专攻植物的火星生物铸造厂，迎接和战胜这项令人畏惧的挑战。这种自动化设施能够加快生物学设计的工程学改造，并在模拟火星环境下测试它们的表现。
借助充足的资金和积极的国际合作，这种先进设施能够在十年内改进火星作物茁壮成长所需具备的大量特性，包括改进光合作用和光损伤防护（帮助作物抵御阳光和紫外线），提高抗旱和耐低温能力，同时提高产量。此外，我们还需要对微生物进行工程学改造，去除火星土壤的毒素同时提高土壤品质。所有这些挑战都可以利用现代合成生物学技术加以攻克。
在国际空间站上栽种的京水菜
培育适于在火星上生长的作物，不仅能够维系火星殖民地的正常运转，同时也能让地球上的人类受益。随着全球人口增长，对粮食的需求不断增加。为了满足这种需求，我们必须提高农业生产效率，同时又不能以破坏环境为代价。
最理想的做法就是对地球上广泛种植的作物进行工程学改造。火星生物铸造厂这样的设施能够为人类社会做出巨大贡献，在确保粮食安全的同时保护脆弱的地球环境。这种自动化设施看似为了载人火星探索任务打造，但地球上的我们才是最大受益者。
