辰山植物园杨俊王红霞组在 Plant Com 上发表推进空间农业的综述文章

2025年5月9日，《Plant Communications》在线发表了上海辰山植物园杨俊/王红霞团队联合美国肯塔基大学袁凌教授团队、中国科学院分子植物科学卓越创新中心郑慧琼教授团队和国际竹藤中心江泽慧教授团队题为《Exploring plant responses to altered gravity for advancing space agriculture》的综述文章。该文章系统回顾了植物在变重力环境中的响应机制，并围绕“太空农业”的主题，从变重力实验平台的演进、植物感知重力的分子机制、微重力对植物的多层次影响，到太空农业发展现状与前沿展望进行了全面综述。

（1）研究背景与变重力平台的发展历史

太空的变重力环境对演化于地球的人类及动植物而言是一种逆境胁迫，研究生物如何响应变重力对人类迈向更远深空至关重要。地球的恒定重力给该类研究带来挑战，为此开发了多种模拟或实现微重力的平台，包括地面模拟微重力设施（如回转器和磁悬浮装置）和真实微重力平台（如落塔、抛物线飞机和空间站）。这些平台为微重力基础生物学研究提供了条件（图1）。

图1 模拟微重力和真实微重力平台的发展历程

（2）植物感知重力的分子机制

植物在进化过程中持续受到重力影响。重力信号贯穿植物生长发育全过程。植物对重力的响应称为向重性，大致分为重力感知、信号转导和传导，弯曲生长三个阶段。重力感知中，淀粉-平衡石假说被广泛接受，植物通过平衡细胞中的淀粉体感知重力。信号转导中，LAZY家族蛋白作为信号转导的关键成分，响应淀粉体沉降并启动重力信号转导。弯曲生长响应中，植物激素（如生长素）的不对称分布驱动差异生长，导致植物器官向重性弯曲生长（图2）。

图2植物向重性模型

（3）微重力对植物的多层次影响

文章从表型、细胞和分子三个层面综述了微重力对植物的影响。表型上，微重力下植物表现出根系随机生长、分枝和角果角度增大、开花延迟和种子变小等变化。细胞水平上，微重力导致细胞壁变薄、细胞增殖增强以及平衡石分布分散等。分子水平上，组学技术揭示了微重力对细胞壁重塑、应激反应、活性氧代谢和表观遗传调控等途径的影响（图3）。

图3 微重力对植物的影响

（4）太空农业的发展与展望

最后，文章系统综述了太空农业发展的重要科学技术问题、生物再生生命支持系统（BLSS）、适生植物的筛选及育种等，并展望了太空农业的未来研究方向（图4）。

图4 未来太空农业展望

上海辰山植物园王红霞副研究员、杨俊研究员、肯塔基大学的袁凌教授、中国科学院分子植物科学卓越创新中心郑慧琼研究员和国际竹藤中心江泽慧教授为论文共同通讯作者。上海辰山植物园科研助理聂好真和硕士研究生周吴瑀为论文共同第一作者。上海辰山植物园硕士研究生郑臻颖和张孟州、国际竹藤中心张闻博副研究员和邓雅云工程师为论文的共同作者。该工作得到国家重点研发计划（2021YFD2200505）、上海市科学技术委员会（22JC1401300）、上海市绿化和市容管理局（G252407,G242407,G232405, G222413, 和G222411）的资金支持。