长期离心加速处理促进拟南芥生物量积累并改变分配模式：地上部元素浓度维持稳态的机制研究

为探究长期重力环境改变对植物生长发育的影响，日本研究团队利用自主研制的MK-2离心培养系统，首次完成拟南芥从萌发到成熟期（40天）的10g 持续离心培养。研究发现离心加速使茎干物质密度、叶片单位面积质量（LMA）和根系生物量显著增加，但地上部矿质元素浓度保持稳定，为空间农业中植物重力适应机制和营养调控提供新见解。

　　

在人类探索太空的进程中，植物栽培是构建生物再生生命支持系统的关键环节。尽管早期研究证实植物能在微重力下完成生命周期，但长期重力环境改变对植物生理过程的系统性影响仍是未解之谜。日本研究团队在《Life Sciences in Space Research》发表的研究，通过自主研发的离心培养装置，首次揭示了持续40天10g
离心加速对拟南芥生长发育的深远影响。

研究采用直径0.58米的MK-2定制离心系统（含光照和通风控制），对哥伦比亚生态型拟南芥进行从种子萌发至40日龄的连续培养。通过精密测量茎秆形态学参数、叶片面积扫描（ImageJ分析）、器官干重测定，以及电感耦合等离子体发射光谱（ICP-OES）元素分析，系统评估了生物量分配和矿质营养动态。

研究结果显示，10g
条件下拟南芥表现出典型的重力抵抗响应：茎长度缩短12%但干物质密度增加23%，印证了细胞壁增厚机制。叶片单位面积质量（LMA）提升17%，暗示光合效率增强可能是生物量增加23%的关键驱动。更引人注目的是根系生物量增加34%，导致根冠比和根质量分数（RMF）显著提高，这种"向地性投资"策略可能通过增强锚定功能来抵抗离心力。ICP-OES分析发现，尽管生物量增加，地上部Ca、K等10种元素浓度保持稳定，证明植物在超重力下仍能维持矿质营养稳态。

这项研究首次证实长期离心加速会重塑拟南芥的生物量分配格局，但不同于短期重力刺激实验，持续40天的处理揭示了植物在器官水平和生理功能上的适应性调整。特别值得注意的是，叶片LMA增加与水分利用效率的正相关性，以及根系生物量增加与矿质吸收稳态的协同维持，为设计太空栽培系统提供了双重启示：既要利用重力响应提升产量，又需确保营养均衡。研究团队开发的振动抑制型离心培养装置，克服了早期直接驱动系统的齿槽效应问题，为后续长期重力生物学研究建立了技术标准。

这些发现不仅深化了对植物重力感知通路的理解，更对月球/火星基地的农业实践具有指导价值。当人类尝试利用月壤栽培作物时，该研究证实植物在改变的重力环境下仍能维持必需元素吸收稳态，这为评估太空农业可行性提供了关键数据支撑。未来研究可进一步探索不同重力阈值对作物品质的影响，以及重力信号与激素通路（如生长素和乙烯）的交互机制，为构建适应太空极端环境的植物栽培体系奠定理论基础。