互动科普

在地球环境中，植物是食物链以至生态系统中的关键环节。一方面，植物为动物（包括人类）提供食物，包括碳水化合物、蛋白质、油脂和维生素等；另一方面，植物通过光合作用释放氧气，维持大气中的氧气含量，调节二氧化碳平衡，为我们提供生存所必须的气体环境。

在人类航天员目前可以到达的太空范围内，太阳光是取之不竭、用之不尽的可再生能源。绿色植物可以利用太阳光的能量进行光合作用，生产食物、吸收二氧化碳、释放氧气，同时，可以利用人类生活产生的废弃物，利用蒸腾作用来净化水。因此，在可再生的航天员生命支持系统中，高等绿色植物是物质循环与能量交换的关键。

尽管目前在空间已经进行了多次植物生长试验，但是，要在太空条件下成功地利用植物生产粮食与蔬菜等，为人类长期空间生活提供食物来源，还需要解决许多与植物生长发育有关的环境因子的影响问题，包括微重力的影响。

重力对植物生命活动至关重要

地球表面重力加速度的平均值为9.81米/秒²（记作1g），几乎是一个亘古不变的常量，这个力的影响是地球生物自诞生之日起都必须承受的。

地球上所有的生物都是在1g的重力条件下演化而来的，它们的生长发育、生理与代谢活动、行为特征都与1g的重力相适应，很多生物还演化出专门感知重力的器官或细胞器。特别是绿色高等植物，要依赖重力来引导其生长方向，这也就是通常所说的向重力性（也称向地性）反应。植物向重力性的生理过程十分复杂，科学家们对这一过程的研究已有一百多年。早在19世纪，达尔文父子就出版了《植物运动的力》（The Power of Movement in Plants）一书，专门讨论植物“运动”的奥秘。不过时至今日，植物向重力性过程的调控机制还不完全清楚。

重力参与调控了植物几乎全部的生命过程，比如种子萌发后叶片的开闭、侧枝侧根的发育、开花传粉和种子的形成等。高等植物之所以能够感知重力，是因为在它们的许多器官组织中都演化出了专门感知重力的细胞，也称为平衡细胞。平衡细胞中具有密度较大、可沿重力方向沉淀的淀粉体，淀粉体的沉淀在细胞内可以触发一系列的信号转导，是调控植物向重力性反应的重要因子。

高等植物的根通常具有正向重力性，也就是沿着重力方向向土壤中生长，以获得更多水分与矿物质营养；而茎的负向重力性则使其能够向上伸展生长，以获得更多的阳光。

植物根的向重力性与感重细胞

a是一棵横置24小时的拟南芥幼苗，显示根尖向下弯曲，而下胚轴向上弯曲。b是根尖部位的放大图，根尖从下而上分别为根冠（root cap，RC）、远端伸长区（distal elongation zone，DEZ）、中间伸长区（central elongation zone，CEZ）、成熟区（differentiation zone，DZ）。c为碘化钾染色的根冠部位，紫色部分显示感重细胞中的淀粉体。d为c中一个感重细胞的示意图，其中N是细胞核，ER是内质网，V是液泡，A就是淀粉体。图/Morita MT.

（本文发表于《科学世界》2016年第5期）