“太空植物”拟南芥

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  2016年11月18日,神州十一号飞船返回地球,带回了随天宫二号前期进入太空的实验植物拟南芥。这是一种什么样的植物?有何“过人”之处,得以有幸进入太空?
  2016年9月,中国发射了天宫二号空间实验室,向建立中国自己的宇宙空间站迈出了重要一步。不久后的10月17日,神州十一号飞船载着两名宇航员成功发射升空,并在两天后与天宫二号完美对接,宇航员开始了天宫为期一个月的工作,开创中国宇航员在轨驻留33天的时间最长纪录。
  当我听到“神十一”要从天宫二号带回拟南芥的消息时,虽然天已近黑,且下着小雨,我还是冒着小雨出门:釆拟南芥。
  虽是深秋,但在地处西南方的成都,应当找得到拟南芥。实际上,拟南芥在成都一年四季都会开花结籽。
  拟南芥和油菜同家族,都是十字花科植物!可能很多成都人都认识,不认识的可能听说过“甘油菜”,拟南芥就是成都人作野菜、作补肝草药的甘油菜!
  从图中“油菜荚”的大小,你就可以知道拟南芥植株和种子的大小。实际上,它就是自然界中十分不起眼的小草!别看它小,在科学家眼中,它可能是太空种植实验最理想的材料之一。
  具体说,拟南芥八大特征决定其成为登上太空实验室“宝座”的最佳选手。
  其一,看似脆弱,实际极具生命活力以及繁殖力。这个特点很重要:在太空,实验物种要经历太空辐射、失重等等一系列与地面不同的生活逆境,首先抗逆不死,然后才能完成其他生理过程。
  其二,光生理学方面,它是典型的长日照植物,与水稻短日照植物形成太空实验的对照关系;两种植物是具有代表性的、典型的受光周期调控的植物。
  其三,目前对于拟南芥生产发育和基因表达情况非常清楚,如果在太空的生长过程中发生变化,很容易识别。
  其七,拟南芥是自花受粉物种,因此在生殖传代过程中种子变异的可能性比异花授粉植物小得多,因而可以保持物种品系的纯粹性。这个特点非常重要。例如白菜、萝卜这些异花受粉作物,在种植中会出现严重的杂化现象,因此一个优良品种在几代后优良品质很快丢失。对育种研究而言,怎样保持一个新材料的特殊品性不会在后代种子中不失,最直接的方法就是自花授粉。这也是基因工程学家特别看重拟南芥的重要原因之一。据报道,这次登上天宫二号的拟南芥中,就有包括转基因材料的不同品种,科学家在对比“天上和地上”两种重力环境中形成植物种子的差异时,不会受到“杂交”因素的干扰。
  其八,拟南芥是表观遗传学研究的重要模式物种。近百年以DNA为中心的遗传学尽管取得绝对的优势,但仍然不能完美解释生物遗传中的所有現象;从另一方面,许多用DNA遗传学不能解释的现象却不断提醒人们,两百年来充满争议的拉马克学说以及半个世纪以来一直被人垢病的“米丘林遗传学”理论,却可以解释这些不符合DNA遗传学的现象。这说明,拉马克学说存在科学实验的证据。例如,米丘林用“引种驯化”方法创造新的苹果品种是缺乏基因遗传学根据的,但事实上,“被驯化”的特征确实会在后代中表现出来。就连声名狼藉的苏联农学家李森科的某些“伪科学”理论[例如他的“春化”(yarovization)理论],也不断在现代科学实验室中获得支持。更惊人的是,过去被主流遗传学认为“荒谬”的电击小白鼠实验(20世纪70年代就有人做过类似的实验),现在获得了确凿可信的结果。这实验的结论是:被连续强化电击的老鼠受到的精神创伤,会在下一代身上表现出来!更通俗地阐述这个结果就相当于是,如果一个人受过严重的肉体和精神的创伤,这个人的后代身上会有一种遗传机制把先辈的创伤保留下来。
  科学家在生物体(植物或动物)中找到了这种遗传的分子机制,确定生物物种如何在DNA序列不发生改变的条件下,物种怎样“获得”并“遗传”新的生物特性。这一科学新领域被称为“表观遗传学(epigenetics)”。
  一年前我在中科院院士评选材料中读到曹晓风博士的工作介绍,内中关于影响拟南芥开花因素的文字触碰到我的“痛处”:1993年我和同事一起去俄罗斯“引种北京大白菜”的失败原因就在于大棚低温引发的白菜苗“春化”,大批菜苗还没出苗圃就开花,最后7公顷大白菜变成一片“战地黄花”!也许这次失败与表观遗传学有一定的关系。
  祝愿小草拟南芥在中国航天生物学研究中有上佳的表现!
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