Regeneron ISEF 2025 最高奖：PLNT026 - 葱属植物在向性和微重力条件下的生长

随着人类探索地外农业并推进可控环境耕作，了解植物如何在改变的非生物条件下整合定向生长信号至关重要。本研究考察了葱属植物（Allium fistulosum）在正常重力、模拟微重力（通过3D回转器；0.02 g、0.10 g、0.25 g）、均质和非均质水分分布以及中等强度磁场（拉力分别为0.10 kg、0.20 kg、0.50 kg、1.00 kg）条件下对水向性、磁向性和重力向性的生长响应。方差分析显示，处理对地上部和根系结构、生物量和叶绿素含量均有显著影响。微重力条件下，地上部长度增加，静磁场（SMF）条件下伸长率增大，这可能是由于定向信号传导中断和细胞周期加速所致。微重力条件下，地上部生物量下降，水分梯度条件下也观察到进一步降低，这可能与脱落酸 (ABA) 生物合成将资源重新分配给根系发育有关。单根微重力条件下，根系生物量和数量增加，推测是由于离子通量增强、活性氧 (ROS) 信号传导以及分生组织中细胞分裂基因的上调所致。微重力导致根系生长随机化，次生根形成减少，这可能是由于平衡石沉积紊乱导致生长素重新分布受损所致。在水分分布不均一的情况下观察到水纹，表现为向高湿度区域的侧枝和伸长。微重力条件下，叶绿素 a 和 b 含量降低，可能是由于质体分化受损所致，而单根微重力条件下则与色素水平升高有关。水分梯度条件下，叶绿素含量降低，可能是由于脱落酸 (ABA) 诱导的抑制。