Life | 震惊！一颗小小芝麻菜种子竟然坐上了火箭！

你知道太空中的植物是怎么生长的吗？

一颗小小的种子离开了地球环境到太空中到底能不能发芽呢？

宇宙环境—微重力、复杂的宇宙射线会不会干扰种子的萌发？

......

这些问题的探索与研究将为我们在外太空培养植物带来许多可能。

来自伦敦皇家霍洛威大学 (Royal Holloway University of London）生物科学系的Gerhard Leubner-Metzger 教授带领他的团队在Life期刊上发表了一篇论文"Rocket Science: The Effect of Spaceflight on Germination Physiology, Ageing, and Transcriptome of Eruca sativa Seeds”，主要研究了太空环境对芝麻菜种子的萌发，衰老和转录组的影响。

该团队将芝麻菜的“火箭种子”（In the ‘Rocket Science’ project, storage of Eruca sativa (salad rocket) seeds for six months on board the International Space Station resulted in delayed seedling establishment）在低湿度的铝箔袋中密封并在国际空间站上保存6个月（图1A）。观察火箭种子的发芽过程(图1B)：种皮破裂（TR）—胚乳破裂（ER）。对比火箭种子和未包装也未在太空中飞行的地球种子发现：火箭种子的TR和ER时间比地球种子分别显著延迟了2.0和1.6小时（图1C）。但是，火箭种子和地球种子的最终发芽率均约为100％，而没有任何异常幼苗，因此太空环境不会降低种子的生存能力。火箭种子的最佳发芽温度约为29 °C（图1D）。

（图1）

对种子的代谢产物进行分析，发现生育酚和叶绿素含量没有变化（图2），这说明太空环境对幼苗的营养品质没有影响。

（图2）

对种子进行人工老化（CAAT）处理发现，太空环境导致种子发芽速度降低和衰老敏感性增加(图3)，但不影响种子最大发芽率。

（图3）

关于对种子的转录组，萌发生理和衰老敏感性的影响，该团队认为干燥火箭种子经历的微重力似乎不是种子老化和种子活力降低的主要因素。他们提出，在银河宇宙射线、俘获的质子和太阳高能粒子产生的低水平电离辐射中暴露，以及飞行过程中的机械振动的协同作用是导致观察到的种子老化的主要因素。国际空间站上吸收的辐射剂量相当于大约50 mGy，比地球表面多100倍[1–3]。在太空飞行中由低水平吸收的空间辐射引起的氧化应激可能导致与衰老有关的转录组变化。

微重力：微重力是指重力或其它的外力引起的加速度不超过10e-5-10e-4g。太空环境就是微重力环境。

宇宙射线：是来自外太空的带电高能次原子粒子。大约89%的宇宙线是单纯的质子，10%是氦原子核（即α粒子），还有1%是重元素。这些原子核构成宇宙射线的99%。孤独的电子（像是β粒子，虽然来源仍不清楚），构成其余1%的绝大部分；γ射线和超高能中微子只占极小的一部分。[4]

因此该团队认为，他们的“火箭科学”项目结果表明，在长期航天飞行中，要保持农作物种子质量的活力，就需要额外的保护。这项研究和许多其他研究表明，在另一个世界上种植农作物的目标或许是可以实现的。

人类在科技巨轮的推动下正在一步一步走向宇宙深处！然而，人类若想更进一步的探索太空，甚至在太空长期生存，生存所需要的食物一定要解决，因此对于在太空环境下植物的培养研究是第一步，也是非常有意义的。

参考文献

1. Anchordoqui, L; Paul, T.; Reucroft, S.; Swain, J. Ultrahigh Energy Cosmic Rays: The state of the art before the Auger Observatory. Int. J. Mod. Phys. A. 2003, 18 (13), 2229.

2. Benton, E.R.; Benton, E. Space radiation dosimetry in low-Earth orbit and beyond. Nucl. Instruments Methods Phys. Res. Sect. B 2001, 184, 255–294, doi:Doi 10.1016/S0168-583x(01)00748-0.

3. Kerr, R.A. Radiation will make astronauts’ trip to Mars even riskier. Science 2013, 340, 1031–1031, doi:10.1126/science.340.6136.1031.

4. Akopova, A.B.; Manaseryan, M.M.; Melkonyan, A.A.; Tatikyan, S.S.; Potapov, Y. Radiation measurement on the International Space Station. Radiat. Meas. 2005, 39, 225–228, doi:10.1016/j.radmeas.2004.06.013.

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Chandler, J.O.; Haas, F.B.; Khan, S.; Bowden, L.; Ignatz, M.; Enfissi, E.M.A.; Gawthrop, F.; Griffiths, A.; Fraser, P.D.; Rensing, S.A.; Leubner-Metzger, G. Rocket Science: The Effect of Spaceflight on Germination Physiology, Ageing, and Transcriptome of Eruca sativa Seeds. Life2020, 10, 49.

Life (ISSN 2075-1729; CODEN: LBSIB7) 是一个国际型开放获取期刊。期刊主题涵盖生命科学的各个方面。Life采取单盲同行评审，一审周期约为17.7天，文章从接收到发表仅需3.9天。

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*翻译作者：Donna Zheng

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