植物是求生专家，可通过控制根的生长方向来充分利用周边资源；也可以利用特殊细胞探测重力，调节生长素（又称荷尔蒙）在体内的分布，刺激自身和重要部位的生长发育。然而最大的问题在于弄清这些生长素在细胞层面传输的机理。为了研究这一问题，日本研究人员检测了黄瓜幼苗在国际空间站这种极弱重力（或称“微重力”）条件下的发芽情况 。
之所以选择黄瓜作为实验对象，是因为黄瓜和其他诸如甜瓜、南瓜、西葫芦等“葫芦科”幼苗一样，都有特殊突状物，即胚栓(Pegs)。胚栓的形成受重力影响。植物生长早期形成的“胚栓”可以帮助幼苗从坚硬的种皮中剥离开来，并在幼苗生根的时候像锚一样将其固定在土壤中。
日本东北大学 生命科学研究院（Tohoku University's Graduate School of Life Sciences）所属宇宙环境适应生态实验室(the Space and Adaption Biology Laboratory)成员高桥秀幸（Hideyuki Takahashi）介绍道，把发芽之前的种子竖放、胚根朝下，或者让种子在微重力的条件下生长，胚栓都会长在侧面。但是如果把种子平放，朝上的胚栓会受重力影响，生长放缓。
据《自然微重力》 （Nature Microgravity）期刊报道，高桥秀幸及其团队的最新研究利用了国际空间站培育出的黄瓜样本。该团队指出，CsPIN1重力敏感型蛋白质是上述过程的主要影响因素。先前的地球实验已经指出，这类蛋白质具有促进生长素运输的作用。
为开展进一步研究，研究人员把黄瓜种子装入特殊设计的罐子中，送入空间站。容器当中的吸水泡沫塑料已充分灌溉，正在出芽的幼苗就种在细胞生物实验设备的微重力隔间中，培养24小时。一组黄瓜幼苗保持微重力，另一组额外施加了两个小时的1g离心力作为重力刺激。
实验过程中面临的重大挑战是必须找到合适的固定剂 将空间站出芽的幼苗“冻结”，以便将样本带回地球仔细研究。因为空间站的安全条例禁止使用由乙醇、氯仿和冰醋酸合成的标准固定剂。经研究测试之后，科学家开发出了另一种替代品，该制剂由冰醋酸、乙醇和蒸馏水混合而成。
日本研究人员再次拿到黄瓜幼苗后，便用染色技术精确标记了由重力刺激造成的细胞活动变化情况。通过使用显微镜检查幼苗的横切面，科学家发现蛋白质CsPIN1（在染色过程中被标记）受重力影响后发生重新分布。具体而言，蛋白质位置的变动基本发生在黄瓜幼苗的根茎过渡区（Transition Zone）当中，而过渡区正是“胚栓”生长的区域。除此之外，蛋白质位置的变动也刺激了细胞管的形成，使生长素得以从过渡区的一侧输送到另一侧。
高桥补充道，“这样的结果说明了植物生长素水平受重力影响而降低的原因，从而解释了为何水平放置的黄瓜幼苗，其上部胚栓生长受到抑制。”简言之，这些发现揭示了种子的生长机理，种子可以根据自身朝向及重力因素控制“胚栓”的生长，从而大幅提升自身的存活率。这项研究将有助于人类进一步了解植物的生命原理。
（编译 田儒雅）
