空间植物生物学研究动态

空间植物生物学研究动态 中国生物学文献数据库(CBA) 2005年度征订启事 中国生物学文献数据库(ChineseBiologicalAbstract,CBA)是中国科学院上海生命科学信息 中心负责研制的综合性生物学专业文献数据库,1991年获中国科学院科学技术进步二等奖,1998 年,1999年数据库光盘被列为”九五”国家重点电子出版物. 中国生物学文献数据库(CBA)2005年版(1985--2005)收录了1985年以来中国科技工作者 在生物学及相关专业领域发表的文献摘要,数据库规模近3O万条数据,同时还有近5万条生物 学领域的硕士,博士学位及相关的学术会议论文文献,以功能强大的检索软件提供多途径的 检索.借助这一数据库,可以有效地进行国内生物学文献的检索.数据库系汉英双语种文献数据 库,提供主,作者,单位,出版物,分类,标题和中文摘的全文检索等多种检索途径,并能从 中/英文途径进行检索,是检索功能很强的生物学专业文献数据库. 中国生物学文献数据库目前具有两种版本: 光盘版:2005年版(1985--2005年),为单机版,每季度更新. 网络版:2005年版(1985--2005年),IP地址或用户名登录,每两周更新数据. 地址: 单位: 开户银行: 开户名称: 帐号: 上海市岳阳路319号31号楼邮编: 中国科学院上海生命科学信息中心电话: 中国生物学文献数据库 上海市农行徐汇支行枫林所 中国科学院上海生命科学研究院(信息中心)传真: 033924---00801048006电子信箱: 网址: 200031 (021)54922971(江) (021)54922969(韩) (021)54922972(陈) (021)54922973 lsdb@sibs.ac.cn hltp://www.cba.ac.cn 中国科学院上海生命科学信息中心 2004年9月 中国生物学文献数据库(1985—2005)报价单(回执) 订购单位联系人 联系地址 邮编Email电话 单机版网络版备注 酋订户4800元口8200元口 续订户1850元口6600元口 金额(大写) 注:汇款时请注明订购项目 network)向前液泡(prevacuolarcompartment)/液泡的 转移.在变种的一些组织中发现异常的液泡结构. 另外,淀粉粒异常地位于接受重力感应的内皮层细 胞中,内皮层细胞中液泡的形成和功能对于淀粉粒 的沉降是重要的,而淀粉粒的沉降又与芽的向重性 响应的早期过程有关.Svegzdiene等(FI.1—0045)观 察到水芹根平衡细胞具有中心定位的平衡石,即一 般认为的淀粉粒,这样的平衡细胞对于重力刺激的 传导要比质体分散定位的细胞更有效.Lesniak等 (FI.1—0031)以藓类植物为研究对象,看到顶端细胞 能保留重力刺激较长时间.重力刺激的实现是由于 能极化细胞生长过程的Ca和IAA从顶部到基部的 梯度分布,以及细胞骨架信号系统.重力刺激的实 现能被钙通道和泵抑制剂所阻断.从上面的一些研 究大致可以看到细胞中的膜结构或膜系统是植物对 重力感应的关键部位,膜上的离子通道又是从物理 刺激转化为化学信号的重要环节. 如果把感受外界信号刺激到做出形态结构,生 长发育和生理代谢响应的中间过程都看作为是一个 环环相扣的信号传递,并逐步放大的过程,那么涉 及的环节是非常多而复杂的.一般认为维管植物轴 器官的生长运动,如向光性,向重性和其他向性都 与生长素运动紧密有关.Oksyniuk等(FI.1—0029)以 藓类的原丝体为研究对象,看到生长方向的变化是 由于顶端细胞盖(apicalcelldome)生长区域的移动所 致.这种移动是由于淀粉粒沉降诱导了钙离子横向 不对称分布和生长素由顶向基部流动所造成.在顶 端细胞,生长素的运输可能从功能上极化生长. Braun(F1.1-0014)认为在单细胞和顶端生长的轮藻假 根和原丝体中,控制极性生长,重力感应机制和生 长再定向的关键作用者是肌动蛋白.肌动蛋白的聚 合受到肌动蛋白结合蛋白的控制,后者又被钙离 子,pH和一些其他因子调节.因此,受肌动蛋白 结合蛋白控制的肌动蛋白的聚合,动态重组和多样 化功能是重力感应过程和重力定向极性生长的基 础.ARG1和ARL2基因突变引起根和上胚轴向重性 的改变.ARG1和ARL2似乎在同样的遗传途径中发 挥作用.Masson等(F1.1—0001)试图证明ARG1在重 力信号传导的早期发挥作用,是生长素横向运输所 需要的.利用拟南芥苗的研究提出了ARG1蛋白是 生长素流动载体复合体(auxineffiuxcarriercomplex), 它在质膜和核内体(endosome)间再循环中起作用. Wyatt(F1.1—0004)以拟南芥苗为研究对象,观察到 在低温下能发生重力感应,但是重力响应对低温敏 感.4?条件下,淀粉粒沉降正常,但是生长素运 输停止.因此,冷处理对信号传导早期的影响发生 在淀粉粒沉降后,生长素运输前. D.Volkmann在”F1.2一重力感应,细胞骨架和 信号转导分会”中提到细胞控制是依靠机械力 的平衡,这些力是通过细胞外衬质(extracellular matrix,ECM)一质膜(plasmamembrane,PM)一细胞 骨架(cytokeleton,CSK)的连续体.重力感应是属 于机械感应过程.研究者讨论了在ECM—PM界面, 机械感应过程中粘着分子(adhesionmolecules)的作 用,以及与膜和核相互作用的动态的细胞骨架网 络.有的研究观察到在重力刺激2分钟后,在重力 感应的植物细胞的质膜中,运输IAA的载体已开始 再定位;在微重力下,在感应重力的植物细胞中, 平衡石沿着核的极轴(polaraxis)方向定向,表明了 肌动蛋白细丝的强方向性;植物通过回转模拟微重 力可引起核中肌动蛋白的增加. 2基因和蛋白的表达 植物在形态结构和生理功能上对变重力所做出 的响应,其整个过程都可能与基因的表达及其编码 的蛋白功能有关.这方面也是本领域研究的前沿和 热点之一.Hampp等(FI.1—0010)以拟南芥培养细胞 为,利用1,10g变重力(离心机处理),水平回 转处理(模拟微重力生物学效应)和微重力(探空火箭) 等研究手段,研究编码代谢关键酶的基因转录水平 的变化.超过5g1小时处理,有的基因转录增加, 有的减少,有的没有变化,总的趋势是淀粉从合成 转向分解.对7g处理1小时进行分析,200多个基 因转录明显增加,进行分类:编码主要途径酶相关 基因占25%,细胞组成,细胞壁形成/重新安排相 关基因占17%,信号传输,磷酸化/脱磷酸化相关 基因占12%,蛋白质水解和运输相关基因各占 10%,激素合成及其有关反应相关基因占8%,防 御相关基因占4%,胁迫响应相关基因占2%,重 力感应相关基因占2%.基因表达的许多变化与一 般的胁迫响应相似,但是涉及细胞壁成分合成和重 新安排的变化是超重专一的.探空火箭(5分钟微重 力)的观察结果表明,在微重力条件下信号传递蛋 白转录水平提高.Ferl等(FI.1—0009)研究了空间飞 行中,adh/GUS转基因拟南芥中基因表达的模式, 以便了解空间飞行诱导缺氧胁迫响应的可能性,以 及空间飞行响应是否近似于陆地缺氧引起的基因表 达控制模式.利用含有8000个拟南芥基因的芯片, 以估计基因表达的基因组模式.Sobol等(F1.1一 一 3一 0027)以家独行菜(Lepiditunsativum)根的分生细胞为 研究对象,通过rDNA和NopA100在核的亚成分中 的再定位分析,表明水平慢回转处理降低了细胞中 rDNA转录水平以及rRNA中后期的加工过程.从而 认为在变重力条件下降低了核仁功能的活性.Saito 等(F1.1—0040)在黄瓜苗水平回转时,观察到称为 peg的突起物分布在弯曲区的下方.在重力调节peg 形成时,生长素被认为起关键作用,而生长素响应 因子(auxinresponsefactors)又涉及生长素诱导基因 (auxin—induciblegenes)转录的活化.Saito等(F1.1— 0032)的研究还表明超重抑制芽的伸长生长.超重 上调编码一tubLllin(一种微管成分)的基因.在重力 增加而抑制拟南芥上胚轴的伸长生长的同时,一和 [3-tubulin基因的表达水平都随重力增加而提高.由 于tubulin基因表达的活化,微管量的增加可能关系 到芽生长的重力信号调节.Scherp等(F1.1—0022)为 了能实时和动态地研究细胞内的基因表达情况,建 立了一种固相基因提取(solidphasegeneextraction, SPGE)技术,成功地用于从单细胞和植物组织中反 复和独立地提取tuRNA. 在蛋白质研究方面,Medina等(F1.1—0011)的研 究表明,在空间和地面,拟南芥种子的萌发比例都 高,两者之间没有区别.空间和地面生长的苗的总 蛋白质组谱有三分之一的蛋白点发生了变化.空间 出现的一些35kD左右和pI8.0的蛋白点在地面对照 中是没有的.免疫化学实验还表明了一种与细胞周 期和增殖控制机制有关的,受激酶调控的核多功能 蛋白的分布.Kozeko等(F1.1—0043)发现水平回转处 理黄化的碗豆苗与静止直立的相比,HSP70和90要 增量三倍,而垂直旋转处理黄化的碗豆苗与静止直 立的相比,仅增加20%.模拟微重力处理明显上调 HSP70和90.Ueda等(F1.1—0048)指出空间实验已表 明黄化碗豆苗上胚轴的生长素极性运输受重力刺激 调节.在拟南芥中,生长素极性运输被认为受到质 膜生长素外流和内流载体(auxineffluxandinflux carriers)的调节,它们分别为AtPIN1和AtAUX1. 他们成功地分离了设想的生长素外流和内流载体蛋 白的全长cDNAs,PsPIN2和PsAUX1.研究结果表 明,调节生长素极性运输的PP,M,PsPIN2和 PsAUX1的表达确实受重力控制. 3植物的向重性反应 植物的向重(地)性反应,即根的正向重(地)性 和茎的负向重(地)性生长反应,是陆生植物在地球 上长期进化的结果.在这样的生长状态下,植物根 —— 4—— 在土壤中才能获得需要的水分和营养物质,茎,主 要是叶在空气中才能获得进行光合作用所需要的阳 光和二氧化碳.其机制是什么呢?一般认为有三个 相继的过程:即重力刺激的感受,一般归于淀粉粒 沉降;感受信号的转导,知晓零星;不同的生长 反应,一般认为生长素的局部不对称再分布所引起 的局部的不对称生长. Polishchuk等(F1.1—0025)研究了具有正向地性 的碗豆和水芹根的重力弯曲角对重力刺激时间的依 赖关系.当重力刺激起始角度为135度时,碗豆和 水芹根在6小时的重力刺激期间表现出了两相型的 重力响应,发现两个弯曲速率峰,说明根中至少存 在两个系统对向重弯曲起作用.这些系统可能是配 基受体复合体(1igand—receptorcomplexes),它们可能 在根的两个不同区域,以不同的动力学形成.这一 配基最大的可能是生长素,区域似乎是中心生长区 和末梢生长区,作为根向性弯曲的中心.Mullen等 (F1.1—0005)认为对于地球上的陆生植物,不是所有 的根,特别是侧生根,是正向地生长的.不是所 有的茎,特别是侧枝,是负向地生长的.研究了 拟南芥横向生长器官对重力的响应机制.植物横向 器官形成的方式对于构成完整的植物构型是重要 的.研究发现这种取向变化并不简单由于向重能力, 因为非垂直的横向根既能正向地,也能负向地.新的 横向根的水平向生长取决于向重定向角(gravitropicset— pointangle,GSA).拟南芥茎,叶和枝条也表现 出同样特点.这样的现象为向重性机制的研究提供 了一个有用的系统.Lobachevska等(F1.1—0035)对 30种藓类植物在不同的发育阶段的向重性进行了分 析,仅仅在7个藓类植物种中确定了重力的感应能 力.并都表现出在向重生长方向上淀粉粒分布的变 化和横向沉淀.7种藓类植物之间,其重力敏感程 度也是不同的.Hasenstein等(F1.1一O012)立足于磁 力能使淀粉粒移动的现象,为了证实在植物向重力 弯曲生长响应中,淀粉粒的重要作用.研究微重力 环境中,外加人工磁场对植物弯曲生长的影响.看 到生长速率减慢,认为重力感应机制对机械力干扰 也是敏感的.Yamashita等(F1.1-0020)研究杜鹃和百 合的花的向性.在自然界,花与授粉动物协同进 化.但是也有一些花在形成和定向时表现头向下的 特点,可在重力影响下导致成功授粉.杜鹃花在组 织的横切面能发现大的沉淀淀粉粒.用植物3一D回 转处理去除重力作用时,也能看到较小程度的向光 响应.百合花只感应光,重力不诱导任何重力响 应,也没有发现淀粉粒的沉降.百合花雌雄蕊的光 响应甚至能被低能量水平的兰光所活化. 在自然环境中,刺激植物的环境因素不是单一 的,在地球上除了重力外,主要还有光照,水分 和磁场等.有一些科学家研究了这些因子与植物向 重响应的相互关系.Sakai等(F1.1-0017)观察到拟南 芥胚轴的负向重性受到红光的抑制.利用红光超敏 感变种,看到在红光中,超敏感变种表现出随机的 胚轴弯曲.FLABBY基因编码一个与胚轴中生长素 运输有关的基因.目前正在研究FLABBY和光受体 之间的关系.Edelmann等(F1.1-ooo6)研究不同生长 素对芽鞘和上胚轴向地性的影响,分析光和乙烯对 初生芽和根的向重生长的影响,分析与生理影响相 关的蛋白质变化.Berkovich等(F4.4—0010)研究光方 向和重力在植物生长中的相互关系,研究证明植物 的形态和个体发生明显地决定于光射入和重力向 量.Khorkavtsiv等(F1.1-0034)观察到藓类植物孢子 的萌发与重力无关,而生长的极性受光和重力控 制.钙离子内流的快变化可能是重力诱导的最早的 细胞水平的响应,在指导萌发孢子的极性生长中起 着关键作用.Ripetskyj等(F1.1—0036)研究红光诱导 藓类植物原丝体分枝和能育柄芽形成调节的重力依 赖关系.证实存在重力和低强度红光相互作用的刺 激作用.Kobayashi等(F1.1—0016)研究了拟南芥趋水 性和向重性的相互作用.过去已发现四种现象:碗 豆变种的根表现出正趋水性超过向重性;野生型碗 豆根趋水性弱,但是在回转时变得明显;黄瓜根是 正向地性,但是在微重力条件下变成趋水;玉米根 改变生长方向决定于两者的强度.该研究发现拟南 芥根能表现出强的趋水性超过向重性.其中轴细胞 的淀粉粒对潮湿的响应是分解,降低了对重力的响 应,从而趋水性明显.碗豆没有此现象.可能不 同植物存在不同的机制.Gorgolewski等(F1.1— 0019)认为在空间能成功地从种子到种子的植物都是 非向电性植物(nonelectrotropicplains).在人工气候 室和温室中,人们能用电场引导向电性植物向人们 要求的方向生长.通常地面和土壤是负电性,在生 长室中,植物向着正电性的空气和正极方向生长. 电场线(electricfieldlines)操纵离子浓度,从而表现 出植物的向电性和控制植物的生长.地球重力作用 于植物的整体,电场仅作用于分布在叶,芽和茎顶 端的表面的离子.一般地说电磁力作用要比重力大 1038倍.Kordyum等(F1.1—0021)认为重力刺激启 动了钙离子在根尖的快速再分布,钙离子改变了许 多细胞骨架蛋白的活性.而钙通道的聚合可能是由 肌动蛋白微丝所控制.实验证明在弱组合磁场中, 根改变了重力刺激的向重性反应的方向.Bogatina 等(F1.1—0037)研究弱磁场中水芹根的重力反应的谐 振依赖关系.Belyavskaya等(F4.4—0001)根据高梯度 磁场(HGMF)I~产生一种引起淀粉粒移动的力,同 时能引起根的近似于重力的响应.研究和分析了一 种双子叶植物(豌豆)和一种单子叶植物(花园草, Lepidiumsativum)在高梯度磁场下细胞超微结构的变 化,发现没有显着变化.因此,提出高梯度磁场 可以作为一种工具研究植物向重性机制. Kondrachuk等(F4.4—0003)比较详细介绍用高梯度磁 场研究植物向重性的结果.Kuznetsov(F4.4—0025)介 绍了在失事的美国”哥伦比亚”航天飞机上所进行 的磁场试验.通过下传的图片观察到,在微重力条 件下,植物重力感应系统在磁场方向性刺激下所引 起根的响应.但是没有得到最后的植物材料.现在 正在寻求做重复试验的可能. 4植物的重力生物学效应 植物除了对地球1g重力所表现出形态上的向重 性生长响应外,在超重力和微重力情况下,植物还 会表现出其他种种具有生物学意义的生理代谢等功 能上的响应.这些响应具有重要的理论和和实际价 值,科学家们对此也进行了广泛的研究. 在植物胚胎发育和生命周期方面.Popova等 (F1.1—0024)研究了水平回转处理情况下油菜的胚胎 形成.在模拟微重力生物学效应情况下,发现形成 的未成熟胚是处于一系列不同发育阶段,而地面对 照的胚都达到发育的前成熟阶段.但是,比较胚胎 学分析表明在模拟微重力生物学效应和静止直立情 况下形成的胚胎,其分化的主要过程都还是近似 的.Artemenko(F1.1.0033)认为植物细胞中存在一 系列细胞周期调节素(cyclins),它们负责细胞周期 的不同时期.植物和哺乳动物细胞的细胞周期调节 素有很高的相同性.分析了水平回转处理情况下油 菜胚胎细胞周期调节素基因(cyclinsgene)的表达. 授粉3天后在对照的胚胎中发现细胞周期调节素基 因的表达,在回转处理情况下它的表达要晚到第6 天,而且表达水平低于对照.第9天对照已检测不 到细胞周期调节素基因的表达,回转处理的却还在 表达.Kato等(F1.1—0047)研究了微重力持续时间对 尾草履虫(Paramecium)无性细胞系寿命的影响.观 察到在空间无性细胞系增殖加快,而寿命降低的现 象. 一 5一 在植物的生长方面.Miyamoto等(F1.1-0046)认 为在空间生长的黄化碗豆苗表现出一种自动形态建 成(automorphosis).为了研究空间诱导的自动形态 建成,利用3一D(维)回转处理成功诱导了类自动形 态建成的生长和发育(automorphosis—likegrowthand development).利用生长素极性运输抑制剂,伸长 活化通道抑制剂和蛋白质激酶抑制剂都能诱导类自 动形态建成的生长和发育.黄化碗豆苗上胚轴类自 动形态建成的生长是由于负重力响应被抑制.而在 1g重力下,黄化碗豆苗的生长和发育需要正常的生 长素的极性运输和与钙通道有关的重力感应系统. Levine等(F1.1—0038)比较了空间飞行,地面对照和 地面水平回转处理三者之间大豆根生长的差异.观 察到空间飞行情况下大豆增加根的产生,包括主根 和侧根.其效应为:空间飞行>对照>回转处理. Kalinina(F1.1-0039)研究了回转情况下油菜苗主根结 构变化.回转引起根生长区长度的下降.在处理和 对照之问,在所有的研究区段都没有发现细胞大小 的实质性变化.Klymchuk等(F1.1-0041)分析了变重 力情况下生长的碗豆苗根中的质膜的性质.观察到 回转处理的苗根质膜中总脂/蛋白比例的增加,并 含有高比例的不饱和脂肪酸.测定用嵌二萘 (Pyrene)标记的质膜囊泡所发出的荧光强度,计算I (excimericaggregates)/IM(monomericmolecules)值, 此比值在回转处理的苗中比对照要高,结果反映了 膜微粘?[~j!(1nenlbranemicroviscosity)的降低.Demkiv 等(F1.1—0030)研究单倍体和双倍体藓类植物原丝体 中,重力对芽形成的影响.双倍体原丝体对光的反 应要弱于单倍体.在1g情况下,顶端细胞生长区 积极地吸收芽形成的诱导因子.而在回转处理情况 下,感应因子比在直立状态下运输慢得多,因而芽的 出现不仅在顶端,而且沿着它们的所有长度方向. 对于变重力对细胞壁的影响,主要集中在研究 超重的影响方面.Wakabayashi等(F1.1—0028)研究 连续超重条件下,生长的小麦芽鞘细胞壁结构的变 化.细胞壁单位长度的多聚糖水平(代表细胞壁的 厚度)在超重条件下大大增加,特别是中等分子量 的半纤维素聚合物.酸性聚合物的水平,主要是阿 拉伯糖基木聚糖高于对照.细胞壁的加厚以抗重力 的刺激.Hoson等(F1.1—0018)研究超重时的植物抗 重力机制.植物抗重力机制的假设是,通过改变细 胞环境(pH)和细胞壁代谢,增加细胞壁的刚性,形 成坚硬的植物体.植物抗重力涉及膜的固醇类物质 和微管,依赖微管一细胞膜一细胞壁结构和生理的统 一 6一 一 体.Soga等(F1.1—0026)观察到,豇豆上胚轴所 有方向的超重刺激(向基,向顶和水平方向),通过 降低细胞壁的伸展性,都抑制了上胚轴的伸长生 长.上胚轴感应重力信号是通过质膜上的机械力受 体,然后调节生长. 光合作用是绿色植物所特有的功能,是自然界 能量流和物质循环的中心环节.Mykhaylenko等 (F1.1—0049)研究了回转处理对大麦内囊体膜的偶联 水平和膜脂成分的影响.过去已经发现空间飞行能 引起植物光合器官结构的紊乱,色素含量和叶绿体 超细结构的变化.该研究进一步观察到回转处理的 植株中叶绿体的循环和非循环光合磷酸化两者速率 都低于对照.同时,膜上电子传递速率较高.回 转处理诱导了内囊体膜上电子传递和光合磷酸化的 非偶联,而非偶联水平受到内囊体膜脂排列变化的 影响. 5受控生态生命支持系统中的植物生物学研究 将来,在空间长期运行的受控生态生命支持系 统中,植物被认为是不可缺少的.在空间物质循环 和能量流中,植物作用的充分发挥,首先在于人们 对植物在空间受控生态生命支持系统中的表现要有 充分的认识.在这一方面各国的科学家已开展了多 种多样的研究. 一 些科学家注重从整体的角度研究含有植物的 生命支持系统的可行性,可靠性和稳定性. MacCallum等(F4.2—0011)报告了美国生物圈2的试验 情况.生物圈2是一个3公顷规模的封闭生态系统, 可以支持8个宇航员的食物,空气和水分,2年的 太阳光驱动的生物再生能系统.但是,Bubenheim 等(F4.1—0011)认为地面工程生态系统研究的经验表 明,目前的系统过于大和重,耗能大,因而无法 考虑实践.提出经改变的系统结构和约束,以便 进行进一步的工程生态系统试验.Dempster等(F4.1— 0007)~1]用的实验室生物圈(1aboratorybiosphere)是一个 4O立方米体积的封闭生命系统,12000瓦高压钠 灯,5.37平方米土壤种植床.计算了小麦和甜薯每 平方米种植面积,每小时光合作用二氧化碳固定和 氧的产生,以及相反过程的呼吸作用.认为了解单 个作物的气体动力学对于复杂系统的设计和气体管 理是必需的.Sychev等(F4.1—0002)研究和计算在国 际空间站上,生命支持系统中,一定面积的温室在 再生氧气,水和提供食物方面的功效.NelsOn等(F4.1一 ooo5)在土基封闭生态设施(实验室生物圈)中,研究 和计算了小麦和甜薯的产量和光/能效率的关系. 认为小麦相对稀植,生产率会更高些.Silverstone 等(F4.1-0006)在土基封闭生态设施(实验室生物圈) 中,进行了两年3个试验,研究和分析了大豆,小 麦和甜薯种植时,土壤和作物的管理,如土壤如何 定时变换,变换与作物选择和轮换关系,土壤的选 择和管理,水分管理和害虫控制等. 一 些科学家关注研究植物本身在生命支持系统 中的表现和作用.Zolotareva等(F4.4.0012)认为植 物适应胁迫环境需要能量.研究了豌豆在回转条件 下光合能量的动态.在回转条件下内囊体中偶联因 子量增加,光诱导ATP合成和消耗的速度改变.胁 迫条件下,植物的存活需要较多的ATP和相应的 ATP合成酶复合体.Syvash等(F4.4.0021)研究微重 力对光合器官发育的影响.变重力如何影响光合作 用,特别是叶绿素的合成.研究对象为大麦,研 究结果表明,回转是通过降低色素生物合成和改变 光化学特点,从而影响光合作用机构.Sychev等 (F4.5.0010)认为生物再生生命支持系统中栽培绿色 植物是为了添加绿色食品的比率,再生空气和水, 形成更好的心理氛围.为此将涉及选择苗表面形 状,生产型和研究型温室的空间结构,比较不同介 质栽培绿叶植物的生产性能;确定最大的植物生物 产量,能与根的模块相适应,但没有物质变化的一 些作物;选择十分快的生物产量形成和有好味道的 绿叶栽培品种等.Tsuyuki等(F4.3—0007)通过研究 认为空间种植甜薯有许多优点,如高生长速度,高 产量,少用肥,少用水,有效的二氧化碳/氧转化. 插条栽培70天后,块茎收获指数达0.5.培养关键 是去除腋芽和高光强.Tikhomirova等(F4.1-0029)企 图利用盐生植物,盐角草(Salicorniaeuropaea)把盐 引进生物生命支持系统的物质交换中.盐角草能生 长在尿中.讨论较高光强和盐浓度对生长在模式溶 液中的盐角草的生产率和盐积累的影响. 还有一些科学家重点研究植物在系统中与外界 环境之间的关系.Tomita-Yokotani等(F4.4-ooo5)认 为它感现象对生态系统是非常重要的.地球的它感 现象,包括它感化合物的生物合成,释放,运输 和感应,都发生在有重力的条件下.利用3-D回转 器,研究了一对植物在模拟条件下的它感现象,其 中之一是一种豆科植物(Mucunaprariens),另一种 是莴苣(Lettuce).这对于成对植物的选择是很有用 的.Nedukha等(F1.1.0023)研究了微重力和回转处 理对植物细胞(大豆根细胞和+-Ad,块茎)与真菌病原 体相互作用的影响.与对照相比,微重力下大豆苗 根细胞和低速水平回转处理下土豆小块茎对真菌病 原体侵入都变得更易感染.Mishchenko等(F1.1. 0042)研究了回转处理对于不同地理区域(乌克兰和美 国)小麦的病毒病抗性的影响.囚为空间飞行时, 病毒很有可能存在地面就潜伏下来.不同品种植物 的生长响应是与品种的专一性,病毒感染的存在, 浓度和回转处理有关.实验看到长期的回转处理会 降低病毒的繁殖.该研究提供了一个利用回转处理 改善感染植物状况的例证.Tirranen等(F4.5.0012) 强调生命支持系统中微生物可能带来的不良后果. 提出要采取措施,如用uV处理所有进入系统的物 体,在系统内连续保持大气过压,以防止微生物进 入系统.Tirranen等(F4.1-0031)认为由微生物产生 的代谢物可能控制微生物群落的组成,其中挥发性 代谢产物的作用要大于非挥发性代谢产物的作用, 通过挥发性代谢产物导致微生物之间的相互作用是 一 个普遍的想象.挥发性代谢物的释放决定于培养 物的年龄,培养基中个别成分的浓度,其他微生物 挥发性副产品的产生.此外,植物和微生物,或 者人和封闭系统中的技术设备所产生的挥发性物质 都会影响微生物群落的形成,系统中气体成分和生 长在其中的植物的状态.专门的实验表明挥发性的 微生物代谢产物会累积在环境中,溶解在大气的水 中,并能多日维持它们的生物学作用.研究证实某 些微生物挥发性副产品对植物有毒性,根的生长比 茎的生长更易受抑制. 6空间植物生物学研究的硬件 在空间开展生物学的研究,除了要满足地面研 究的一般技术条件外,还会有一些空间的特殊技术 要求.这些特殊的技术要求是源于空间研究的机 会,体积,重量,能源和信息通道的提供是非常 有限的.空间试验的载荷在发射和回收时的特殊状 态.在空间进行的试验有时会有人照料,而时常或 多数时间可能处于无人照料状态,需要高度的自动 化控制和遥控操作.特别还要顾及到卫星,飞船, 空间实验室或空间站整体的安全性和可靠性.总 之,其研究的技术和条件要求远远高出地面研究的 要求.因此,空间植物生物学的研究是不能没有空 间研究所需硬件的配合和支持的. 在会议中有一些科学家就这一方面的研究进展 进行了交流.Brinckmann(F1.1-0007)介绍了植物空 间研究硬件的新发展.一种欧洲模式栽培系统 (Europeanmodularcultivationsystem.EMCS)为在 国际空间站进行植物的长期或短期实验提供了一个 ——7—— 平台.EMCS有两个离心机(600毫米直径),一个 为1g,另一个为0.001g-2.0g.该系统还具有图像 观察,研究材料固定和冰冻,能旋转时固定样品等 性能.Kiss等(F1.1一ooos)将EMCS用于向性的空间 飞行研究.观察到蓝光和白光下,拟南芥根显示出 负向光性,但是红光诱导正向光性.蓝光和红光受 不同的光受体调节.Zhou等(F4.1-0010)利用先进空 间栽培植物生长单元(ADVASC),一种空间植物生 长单元,在微重力环境中(国际空间站)进行定量的 植物研究.生长单元可以控制温度,相对湿度,光 强,液体营养供应,二氧化碳和乙烯浓度等参数. 生长单元的遥科学性能允许接收资料和图像,传送 指令,监视植物状况.已成功用于国际空间站的研 究,拟南芥完成两次从种子到种子的生命周期,大 豆完成一次从种子到种子的生命周期.Kern等(F1. 1-0015)介绍了对STS一107(返回时爆炸的美国航天飞 机)事故后硬件的恢复和残存的藓类植物培养物进行 的分析.Zaidi等(F1.1-0044)在回转处理条件下,试图 利用神经网络模型观察苗的生长. 事实上,目前适用于空间研究的硬件已远远不 止上述的一些,其中有的已进入商品化程度.根据 美国宇航局(NASA)网站的介绍,美国阿姆斯空间站 一 8一 生物学研究项目(Ames’SpaceStationbiologicalre— searchproject,SSBRP)研制了一种在空间站供长期植 物生长用的生物质生产系统(biomassproduction system,BPS).威斯康星空间自动控制和机器人技术 审~(WisconsinCenterforSpaceAutomationand Robotics,WCSAR)研制了一系列可用于空间植物生物 学研究的硬件,如适用于航天飞机的空间栽培植物 生长室(astrocultureplantgrowthchamber,ASC—GC)和 空间栽培手套箱(astrocultureglovebox,ASC—GB),适 用于空间站的先进空间栽培装置(advanced astroculture,ADVASC)和商用植物生物技术设备 (commercialplantbiotechnologyfacility,CPBF).还 有环境受控植物细胞培养生物反应器(environmentally controlledplantcellculturebioreactor)和专用于密闭 系统中清除乙烯的光催化乙烯降解技术 (photocatalyticethylenedegradationtechnology)等等. 参考资料: 1CommitteeonSpaceResearch(COSPAR),35thScientific Assembly,Parisfrom18to25July2004.电予版(光盘) 2CommitteeonSpaceResearch(COSPAR),COSPARInfor- mationBulletin,NumberI6I,December2004. 注:研究者名字后面的数字,~I1(F1.1)是分报告会 的编号;(F1.1—0001)是论文汇编中的论文编号.