老葉的植物王國

  圖片來源：ChatGPT 之前曾經跟大家分享過，佛羅里達大學的團隊成功地 用月球土壤種植阿拉伯芥 （ Arabidopsis thaliana ）。不過，當時他們也觀察到，這些阿拉伯芥在長大後，出現了壓力反應。 我們想要在太空種植物，當然希望它們長得好。所以，接下來當然就是想辦法找出長不好的原因囉。 植物長不好，通常都是養分不夠。而植物最重要的養分，不外乎就是氮（N）、磷（P）、鉀（K）。 雖然「施肥」可能也是一個解方，但是一想到要萬里迢迢地運肥料過去，或許想其他的辦法會更好吧...例如，如果月球土壤中本來就有這些礦物質，只是缺乏對的微生物來溶解它，那麼，提供對的微生物不就行了？只要微生物能持續生長，就可以不用擔心養分不夠了。 最近的一項研究，就是要解決「磷」不足的問題。 在這個研究裡，研究團隊使用了由火山熔岩製成的月球土壤模擬物。它與月球土壤在礦物學特性、物理化學性質和水文特性上都非常相似。 研究團隊選擇了五種磷酸鹽溶解細菌（PSBs），這些細菌能夠將不可溶的無機磷轉化為可溶的形式。它們是： Bacillus megaterium - 大芽孢桿菌 Bacillus subtilis - 枯草桿菌 Pseudomonas fluorescens - 綠膿桿菌 Bacillus licheniformis - 地衣芽孢桿菌 Bacillus mucilaginosus - 黏液芽孢桿菌 這些細菌在農業和環境科學中常見，廣泛應用於肥料和土壤改良。 研究中，研究團隊先對這五種磷酸鹽溶解細菌的磷酸鹽溶解能力進行了測試。實驗結果顯示，在七天的培養後，培養基中的Ca 3 (PO 4 ) 2 被分解，液體培養基中可溶無機磷的濃度相比於培養前顯著增加了212.7%至519.7%（p值小於或等於0.001，每種PSB各6次重複）。這些結果顯示，這五種細菌都有很強的潛力來分解Ca 3 (PO 4 ) 2 中的無機磷元素。但是，黏液芽孢桿菌、大芽孢桿菌 和 綠膿桿菌 表現出較強的磷酸鹽溶解能力，這可能是因為它們能夠分泌胞外黏性物質（如胞外多醣）來形成生物膜。這使得這些細菌能夠通過生物吸附與礦物顆粒緊密結合，形成穩定的細菌-礦物複合體。在這種穩定的胞外微環境中，細菌可以更有效地通過前述機制（包括質子和有機酸）分解和溶解礦物顆粒...

  阿拉伯芥可在月球土壤中生長。圖片來源： Commun Biol 人類若要進行長程太空旅行，一定要想辦法在太空中種植作物。否則光是攜帶食物的空間就要佔去一大部分的太空船空間，真的很不經濟。 過去曾嘗試 在太空站種植作物 ，但所用的介質來自地球，所以雖然取得成功但並不太意外。如果換了其他星球的泥土呢？是不是也能取得成功？ 這個問題在最近得到了初步的答案。佛羅里達大學的研究團隊使用了三次太空任務帶回的月球泥土種植阿拉伯芥（ Arabidopsis thaliana ），證實了植物在月球泥土中可以生長。 由於三次太空任務（阿波羅11, 12, 17）總共只帶回了12克的月球泥土，所以也只能以阿拉伯芥來測試。畢竟，如果不是用全月球泥土就沒有意義了不是嗎？研究團隊用了培養細胞用的小培養盤（48穴培養盤），每盤裝0.9克月球泥土，然後將阿拉伯芥的種子種下。 大多數的種子很快（48-60小時）就發芽了。這讓研究團隊很開心，不過隨著植物逐漸長大，研究團隊發現有些在月球泥土中長大的阿拉伯芥，它們長得比較小也比較慢。分析這些植物的基因表現發現，這些植物的確有出現壓力反應。 研究團隊希望能夠透過更多的轉錄體分析來瞭解，究竟月球泥土對植物造成怎樣的生存壓力，而我們又可以如何緩解這些壓力，讓我們真的可以在月球種田。 參考文獻： A.L. Paul et al. 2022. Plants grown in Apollo lunar regolith present stress-associated transcriptomes that inform prospects for lunar exploration. Commun Biol 5, 382; doi: 10.1038/s42003-022-03334-8