进入太空后，植物能根据环境改变生长方式，空间种植技术有望实现
2020-02-23 15:16:21   来源：东方头条   

上期文章我们看到了植物种子在太空中受到的影响，以及这些因素对其存活率的改变情况。那么，如果是直接把植株本身带上太空，又会有什么发现呢？众所周知，重力无时无刻不在影响着地球上的生物，它对于我们的生理、行为和发展等各个方面都有着重要的作用。无论是生物还是非生物，都是在引力的作用下牢固地扎根于地面的环境中的。

但是，如果生物从这种熟悉的环境中脱身，陷入进化经验之外的境地，会发生什么？这正是我们今天在实验室种植的植物所无法回答的问题。我们的科学家也正在尝试把地球上的一些植物送往外太空，以研究对于植物而言，在零重力条件下新颖的环境下生长会有什么样的改变？

通过研究太空中植物生命的反应，我们可以了解更多植物如何适应环境变化的信息，这个研究不仅对地球上所有生命的各个方面都影响深远，更是对我们今后探索宇宙至关重要。因为当我们展望未来可能发生的太空移民时，更重要的是，在我们能够依靠空间站甚至是其他星球来种植植物以循环利用有限的空气和水并补充我们的食物之前，科学家们需要了解植物在离开地球后如何生存。应对环境的变化能力

如果你对环境压力方面的知识感兴趣，那么植物将是一个特别合适的研究对象。由于它们发芽生长后就会固定在一个位置上（生物学家称之为固着生物），所以无论环境如何变化，植物都必须巧妙的趋利避害。它们无法选择转移到更有利的环境，并且无法改变周围的条件。

但是，植物却可以改变植株内部的“环境”：控制其新陈代谢以应对周围环境干扰。这一特性是科学家在研究中使用植物的原因之一，植物能及时对周遭环境的改变作出反应，即使是在太空等新颖的环境中也是如此。

自从人类拥有了探索太空的能力之后，人们就一直对植物是否能适应太空环境感到好奇。早在1999年，美国人就在哥伦比亚号航天飞机上发起了第一个太空飞行实验，但是那时我们所认识到的东西任然是十分有限的。生长在太空中

植物在太空中的旅行需要有供其生长的空间，专业的观察和样品收集工具，当然还需要有人来操作这些在轨实验。在进入太空之前，科学家在地球上的实验室中就已经开始了精心的准备，利用含有营养凝胶的陪替氏平板种植休眠的拟南芥种子，为这些生命的太空之旅进行前期铺垫。这种凝胶（不同于土壤）保持零重力状态，并为生长中的植物提供所需的水和养分。之后将这些板包裹在深色的布中，送至肯尼迪航天中心，并最终装载在猎鹰9号火箭顶部，送上了国际空间站。

在到达空间站之后，宇航员将包含有种子的平板插入植物生长硬件。空间站内部的光线刺激种子发芽，摄像机记录了幼苗随时间的生长，在实验结束时，实验人员收获了12天大的植物，并将其保存在防腐剂中。

当这些植物返回地球时，科学家们就开始对保存的样本进行了一系列测试，以研究植物在空间轨道上进行的独特代谢过程。实验室中的发现

在实验中获得的第一个发现是，人们之前认为植物根部的生长会受重力影响的部分观点或许是错误的。

在生长过程中，为了寻找水分和养分，植物会将其根部向下生长以远离地表。在地球上，重力曾被认为是植株根部增长方向最重要的因素，同时，植物也会使用根尖的“触觉”（将根尖视为敏感的指尖）来帮助绕过障碍物。

早在1880年，查尔斯·达尔文（Charles Darwin）指出，当人们在倾斜的表面上种植植物时，根的生长并非直接远离种子，而是向一侧缓慢生长。这种现象被称为“倾斜”，达尔文认为造成这种现象的原因与重力不无关系。130年来，这也是大多数人的观点。

但是，在2010年，科学家们发现在ISS（国际空间站）上生长的植物的根部在其陪替氏板的表面上进行了完美的根部偏斜示例 ，而我们都知道，空间站的环境是无重力的。那么，如果不是重力造成了根部偏斜，又会是什么原因呢？

ISS上的植物虽然没有受到重力影响，但是有潜在的第二信息来源：光。它们可以从光线中获得方向性提示。科学家假设，在没有重力的情况下，光线在根的生长中起着更大的引导作用。

光确实能起到一定的引导作用，但有一个前提：必须具有一定的光强才能有相应的作用。换一个角度来思考：当烤箱中的面包散发出香气时，我们可以闭上眼睛跟随着气味来到厨房，但是如果整个房子都被巧克力面包的气味均匀地淹没，再想通过这个方法找到烤箱就无法实现了。基因层面的变化

在没有重力的情况下，植物便无法利用地球上的生长策略进行根部的发育，但是它们却可以使用另一种方法来适应这个新环境。也就是通过调节基因表达的方式来达到同样的作用，在零重力环境下，植物的各个部分都会做出相应的改变以适应环境。

科学家们发现，在太空生长的植物中，涉及制造和重塑细胞壁的许多基因能以不同的方式表达。其他与光感应有关的基因在地球上通常会在叶子中表达，而在国际空间站中，则是由根部表达。在叶子中，许多与植物激素信号传导相关的基因被抑制，而与昆虫防御相关的基因则更加活跃。在涉及信号传导、细胞壁代谢和防御的蛋白质的相对丰度中也可以看到这些相同的趋势。

这些基因和蛋白质的模式说明了一个事实：在微重力作用下，植物会通过放松细胞壁做出反应，并创造出感知环境的新方法。

我们通过用荧光标签标记特定的蛋白质来实时跟踪这些基因表达的变化，然后，用发光的荧光蛋白改造过的植物便可以“报告”它们对陌生环境的反应，这些经过基因工程改造过的植物充当了生物传感器，而专业的相机和显微镜可以让我们关注植物在太空中是如何利用这些荧光蛋白的。未来的方向

这些研究使我们对植物在基本的分子层面上是如何感知和响应外部刺激有了新的认识，我们越了解植物应对新的极端环境的方式，我们就更容易理解植物在地球上是如何适应不断变化的环境的。

当然，这项研究也将为我们将生物送上太空提供有价值的信息。尤其是发现了引力对植物的影响不像我们以前认为的那样重要，这对于在其他低引力行星甚至是没有引力的航天器上进行耕作的需求来说，是一个可喜的消息。人类的探索是不会停止的，当有一天我们可以到其他行星上定居时，可以肯定那颗星球上早已是繁花遍地！