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微重力下植物交配受影响 太空农业或面临挑战

最近,科学家进行的一项新研究发现,植物很难在微重力环境下交配。”  研究人员利用显微镜对样本进行实时观察发现,在5倍于地球重力环境下,花粉管的直径比1g环境下大8%,在20倍地球重力环境下,花粉管的直径比1g环境下大38%。
2013年03月20日07:28    来源:科技日报    手机看新闻

  ■最新进展

  最近,科学家进行的一项新研究发现,植物很难在微重力环境下交配。这一发现意味着发展太空农业可能面临不小挑战。此外,这项研究也揭示了重力如何对细胞间运输产生影响。

  科学家选择植物交配作为研究对象,用于了解细胞间如何运输物质。

  降落柱头(开花植物的雌性器官)上后,花粉粒会生长出花粉管,充当一条输送精细胞的管道,让它们与卵子结合。花粉管细胞的生长速度在植物王国居于首位。研究参与者、加拿大蒙特利尔大学生物学家安吉·戈特曼表示,如果是其他植物细胞,科学家就不得不等待几周时间,才能观察到它们对重力的反应。相比之下,花粉管内的反应只需要短短几秒钟。

  此外,花粉管也是用于研究细胞间运输机制的出色模型,因为它们感知不到重力。与一些植物细胞能够感知到重力不同,例如根部细胞中的微小结构平衡石确保植物的根往下生长,花粉管的任何反应只能因重力的物理效应所致,而不是像根部细胞那样感知到重力,随后相应改变自身行为,花粉管的生长追随雌性植物释放的化学信号,因此无需重力信息。

  在此项研究中,戈特曼和同事利用欧洲航天局的设施进行研究。他们用一个直径8米的离心机,让正在生长的花粉管暴露在20g(地球重力的20倍)的重力环境下。此外,他们还将花粉管放入欧洲航天局的随机定位机,利用这台机器让样本以特定的速度朝着各个方向旋转,消除来自每一侧的引力效应,进而模拟太空的微重力。戈特曼表示:“这不是真正意义上的零重力。施加于样本的重力始终保持在1g。”

  研究人员利用显微镜对样本进行实时观察发现,在5倍于地球重力环境下,花粉管的直径比1g环境下大8%,在20倍地球重力环境下,花粉管的直径比1g环境下大38%。在模拟微重力环境下,花粉管的表面膨胀率下降了39%。

  植物形成花粉管基本上是一项微型细胞建筑工程,细胞运输小泡,沿着花粉管的生长方向扩建细胞壁。研究人员发现纤维素和胼胝质的移动在高重力和微重力环境下会遭到破坏。戈特曼说:“这些细胞内的细胞间运输在确定的通道内进行。在高重力和微重力环境下,这种运输受到影响。”

  微重力下植物交配的研究发现对人类并非毫无意义。戈特曼表示细胞间运输对人体细胞非常重要,尤其是神经元细胞。根据《先进太空研究》2002年刊登的一篇有关鱼类大脑的研究论文,微重力会对突触的形成产生影响。根据美国宇航局2012年公布的一份研究报告,宇航员的认知功能在太空中下降,具体程度因人而异。造成这种现象的原因包括睡眠剥夺和辐射压力,不过,没有人知道神经细胞的细胞间运输是否也是一个因素。

  戈特曼说,人类需要了解太空中的植物交配,因为在长期太空任务或者对其他行星进行殖民过程中,我们需要植物满足自身食物需求。戈特曼在一封电子邮件中指出:“如果我们希望在太空中进行农业生产,就必须考虑这个因素。为了进行长期植物种植,我们必须寻找能够在零重力环境下进行繁殖的物种。”(作者 孝文)

(责任编辑:王泓漓、马丽)


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