植物模拟微重力效应研究进展

中国园艺文摘

2 0 1 3年第 5期

植物模拟微重力效应研究进展邓素芳，杨有泉，陈敏(福建省农业科学院农业生态研究所，福建福州 5 5 0 0 1 3 )摘要：文章综述了近年来国内外报道的地面模拟微重力对植物生长发育的影响及其应用研究进展，可为今后空

间生物学的研究提供理论参考。 关键词：模拟微重力；机制；植物；生长发育

近年来，航天技术飞速发展，空间试验的广泛进行为

植物的育种研究开辟了一条新的道路，太空中的高真空、 微重力、强辐射、超低温等环境因子为变异的产生提供了 优越的条件，因此，深入研究植物对微重力及其他空间环境的反应及作用机理，是当前空间生命科学研究的重要内容。然而，空间试验费用昂贵、机会难得，而且环境条件不好控制。因此，在地面利用各种各样的试验工具模拟微重力效应进行生物学研究成为科学家们研究的重要课题。

面积、叶干重、果干重、茎根比、胡萝素、叶绿素 a和 b以及品质参数 (总可溶性固形物、果实干物质 )等指标都降低，单株花的数量增加了 3 2%,坐果率降低 4 6%,而花

粉育性及果实种子数没有显著差异，种子发芽力试验表明小汤姆番茄在微重力条件下能够完成个体发育州。

1 . 2模拟微重力对植物细胞结构的影响模拟微重力对植物细胞水平的影响包括对细胞的形态、

结构以及细胞的生长、分化和分裂等。吴敦肃等观察旋转前后的一年生成熟的银苞芋植株，发现微重力下其光合代谢发生了适应性变化：旋转 3 0 d后叶绿体内淀粉颗粒减少， 6 2 d后全部消失，但出现多量电子密度低的球形物质，

国外自 1 8 0 6年开始在地面利用回转器模拟微重力效应以来，在微重力对多种生物系统的遗传、生长发育、衰老等方面的影响，取得了一些进展；而国内对于这方面的研究起步比较晚，并且主要集中在微重力对动植物的生理生化过程的影响。本文介绍了近年来模拟微重力效应对植物生长发育各个方面影响结果的研究进展，旨在为今后空间生物学的研究思路和方向提供理论参考。

旋转 3 0 d的植株根冠分生组织细胞暂停分裂，6 2 d后分裂速度超过对照，主根的长度超过对照的 1倍以上

;旋转植株根冠的分化组织细胞转化为平衡囊细胞，但不能继续转化为分泌细胞，而直接老化，故无胞吐作用。而水平回转对水稻幼苗叶细胞的影响研究结果却不尽相同：叶细胞质膜内钙总量上升、膜外钙总量下降，细胞骨架变得疏松，

1植物响应模拟微重力效应的研究1 . 1 模拟微重力对植物个体发育的影响植物个体的生长、发育、形态建成以及繁殖能力等方面都会受模拟微重力的影响。Na k a mu r a等研究发现模拟微重力促进了李属植物茎的伸长和叶的伸展…。潘毅等

细胞壁变薄并凹凸不平，叶绿体的基粒和线粒体的内嵴也有部分变化阁。Ne d u k h a等利用地面回转实验研究高等植物细胞壁的结构、生化、细胞荧光、以及细胞电化学特征， 结果表明地上部分器官表皮细胞的外壁结构对微重力非常敏感】。刘敏等伽电镜观察表明：在模拟微重力条件下植物细胞出现了质壁分离现象，部分细胞壁扭曲、收缩变形， 部分叶绿体片层结构出现弯曲、排列疏松，内含物溢出， 部分线粒体出现边缘模糊及嵴消失的情况，细胞内淀粉粒明显增多。对马铃薯的研究中还发现在脱离水平回转即模拟微重力处理一周后，电镜观察发现变异的超微结构出现不同程度的恢复“”。Ma i f a等研究认为微重力条件下拟南芥细胞增殖加强，但生长却受抑制，可能是由于细胞周期规律被改变，G 2期缩短导致。

认为微重力环境促使植物试管苗高度增加可能与失重有关， 试管苗脱离地球的引力，植物节间拉长，试管苗高度就可能增加。多数研究认为微重力环境能够增加种子的萌发率，如模拟微重力条件下的玉春萝种子发芽率高，出苗整齐， 出叶速度快，叶多、大，并且采收期长、产量高。在回转器上生长的绿豆幼苗无论根或下胚轴均朝与重力相垂直的水平方向生长，其形态为直线形川。郑慧琼等首次报道了模拟微重力对青菜的花瓣伸展与花开放过程的影响， 与地面静止不同的是，三维回转器上植株的花瓣小、花丝

短，花的开放角度从 6 0。~ 1 5 0。不等，与地面静止对照 6 5。不同。花粉粒大小没有明显的改变，但花粉产量明显降低，而且活力也较静止对照有明显下降。小汤姆番茄在

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. 3模拟微重力对植物代谢的影响植物中很多生理和代谢都对模拟微重力敏感，例如人参细胞经水平回转处理后，细胞的干重和鲜重都大于对照，

模拟微重力条件下表现节间增长，经回转后果实产量、叶

干重尤为明显，在无钙培养基中回转培养 3周，人参皂甙含量几乎是对照的两倍[ 1 3 1 0 Ne d u k h a等研究发现白菜原生质体以 2 r p m的速度水平回转 1 0 d后，形成的细胞壁纤维素减少至对照的 1/ 4,胼胝质含量增加至对照的两倍，

第一作者简介：邓素芳( 1 9 8 2一),女，农学硕士；从事园艺植物生理生态领域研究。

通讯作者：陈敏，研究员。E - m a i l: h e n m i n 8 6 3@ 1 6 3 . c o m 项目来源：福建省自然科学基金计划项目( 2 O l O j O l O￣和2 0 1 1 J O l l O 1 )

并有 2 8%的原生质体不能再生细胞壁。另外，回转处理可以引起胡萝愈伤组织中内源 G As水平上升、总淀粉酶活性提高 (其中主要是 C t一淀粉酶活力增加 )、淀粉粒降解，

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