在太空站種蔬菜好像不太安全？

 

羅曼生菜，萵苣的一種。圖片來源：維基百科

美國致力於在太空站種蔬菜已經不是新聞了，之前他們還確認了太空站種出來的蔬菜與地表種出來的一樣營養。

這當然是好事，可是，最近的研究卻發現，在太空站種蔬菜，要非常小心！

發生了什麼事呢？原來，科學家發現，微重力狀況會讓萵苣（lettuce）的氣孔（stomata）更傾向於張開，而這使得萵苣更容易被病菌感染。

研究團隊如何製造微重力狀態呢？他們使用了一種稱為2-D旋轉儀（clinostat）的設備來模擬微重力環境。透過以每分鐘2圈（2 RPM）和每分鐘4圈（4 RPM）的速度旋轉萵苣，可以創造出類似於太空中微重力的條件。

為什麼這樣轉可以模擬微重力環境呢？原來，這種旋轉可以避免植物細胞內的平衡石（statoliths，一種參與重力感應的胞器，含有密度特別高的澱粉顆粒）停留在固定一處，從而模擬了缺乏重力的狀態。

接著，他們觀察植物在微重力狀況下的狀況。他們發現，在沒有病菌的狀況下，每分鐘2圈的速度會讓植物的氣孔開口變小，但每分鐘4圈的速度對氣孔的開閉沒有多大影響。

可是，如果同時有病菌存在時，不論是每分鐘2圈還是4圈，萵苣的氣孔都沒有辦法關得像有重力狀況一樣小。這會造成什麼影響呢？

研究團隊透過使用共聚焦顯微鏡對葉片組織進行堆疊影像分析，來觀察並量化模擬微重力條件下沙門氏菌的入侵深度。他們發現，在每分鐘4轉（4 RPM）條件下，與未旋轉的對照組相比，沙門氏菌的入侵更深，並且在植物內的菌群密度也更高。這意味著模擬微重力條件下的旋轉，不僅促進了沙門氏菌通過氣孔來入侵，也有利於這些病原體在植物組織內的生長和擴散。

這顯然是個壞消息，但是研究團隊並不氣餒，他們想知道，如果提供植物益菌，能不能讓植物提升防禦力呢？

於是他們加入了枯草桿菌（Bacillus subtilis）UD1022。UD1022是一種植物生長促進根圈細菌（PGPR），過去已知，它透過多種機制對植物有益，能促進生長、增強抗逆性、以及作為生物防治劑對抗病原體。研究團隊的觀察發現，UD1022也能夠限制氣孔張開的幅度，從而限制了沙門氏菌等病原體通過氣孔進入植物內部。

然而，研究團隊發現，在模擬微重力條件下，UD1022對氣孔開口的限制作用受到了強烈的抑制。在每分鐘4轉（4 RPM）的條件下，與未旋轉的對照組相比，UD1022處理的植物其氣孔開口寬度顯著增加。這意味著模擬微重力條件可能會影響UD1022發揮生物防治作用的機制，從而降低了其對沙門氏菌入侵的防控能力。

此外，當UD1022和沙門氏菌共同接種到植物上時，在模擬微重力條件下的旋轉也降低了UD1022抵抗沙門氏菌促進氣孔閉合的效果。這顯示在微重力環境下，植物的自然防禦機制，包括由UD1022介導的氣孔閉合反應，可能會被削弱，從而增加了植物受病原體感染的風險。

總而言之，這項研究提供了對微重力條件下植物-微生物互動的新見解，對於未來如何在太空中持續和安全地生產農作物具有重要意義。這些發現也強調了進一步探索在這些環境下植物生長促進菌和病原體之間交互作用的必要性，以最佳化太空農業系統的設計和管理。

參考文獻：

Totsline, N., Kniel, K.E., Sabagyanam, C. et al. Simulated microgravity facilitates stomatal ingression by Salmonella in lettuce and suppresses a biocontrol agent. Sci Rep 14, 898 (2024). https://doi.org/10.1038/s41598-024-51573-y