微重力及模拟微重力对植物生长的影响

重力对地球上生物的生长、发育、代谢及繁殖等具有重要影响.植物细胞的重力敏感性已被众多研究所证明,在空间微重力环境或地面模拟微重力环境下,植物表现特殊的微重力反应.微重力或模拟微重力会对植物体生长产生一系列的影响.综述微重力及模拟微重力对植物生长的影响,并对近期这一领域的研究进行了概括.     

微重力与生物学

阐述了重力、微重力和微重力生物学的概念,微重力对人体、植物、动物和微生物的影响。介绍了我国在研究空间生物学方面的进展和前景。     

模拟微重力条件下大鼠肝细胞的三维培养及其功能

采用肝脏原位灌流法分离大鼠肝细胞,以血纤维蛋白膜作支架,在RWVB回转器提供的模拟微重力条件下,对肝细胞进行三维培养。肝细胞经连续培养28h后,细胞仍呈球状,并获得了三维培养条件下大鼠肝细胞团（约为200－300个／细胞团）。三维培养的肝细胞在培养期间具有持续分泌ALB和TBA的功能,而单层培养的肝细胞仅在接种后18d内具有一定分泌功能,之后细胞逐渐衰老死亡。三维培养的肝细胞培养至28d时仍可检测到G6PD,PFK,PGM三种糖代谢关键酶基因的转录,而单层培养的肝细胞在接种后第6d就检测不到PFK,PGM的转录。结果表明,模拟微重力条件下三维培养的肝细胞在培养期间不仅能维持正常细胞形态,而且具有稳定的分泌功能和糖代谢功能,而单层培养的肝细胞分泌功能显著下降,糖代谢功能出现异常。     

微重力下天花粉蛋白晶体生长初探

报导了国内首次在微重力下进行蛋白质晶体生长的试验.与地面对照实验所生长的晶体相比较,在空间生长的多数天花粉蛋白晶体具有较完整的外形,初步展示了微重力条件对蛋白质晶体生长所具有的优越性.     

微重力和宇宙射线对某些微生物的影响

随着科学的发展,人造卫星的发射成功,人类开始迈向空间,为揭示太空的真实情况,国内、外学者已进行了大量的探索工作(鲁子贤 1988)。我们利用我国发射的人造卫星进行了搭载试验。本文报道空间环境对微生物生长与遗传性状影响的     

微重力条件下细胞培养和组织工程研究进展

随着空间生命科学研究的发展,人们将细胞、组织培养技术与微重力环境相结合产生了组织工程研究的一个新领域——微重力组织工程。模拟微重力条件下细胞培养和组织构建研究表明,微重力环境有利于细胞的三维生长,形成具有功能的组织样结构,培养后的三维组织无论从形态上还是基因表达上都更接近于正常的机体组织。这种微重力对细胞的作用效应,将可能为未来组织工程和再生医学研究提供一条新途径。该文概述了近十年来国内外微重力组织工程相关研究的最新进展。     

模拟微重力条件下大鼠肝细胞三维培养支架材料的筛选(简报)

组织工程是一门新兴的边缘学科,它是利用体外培养的人体功能细胞与适当的细胞外基质或支架材料相结合,然后将其移植到体内病损部位以期达到修复目的。微重力组织工程(Microgravity Tis-sue Engineering)是近年来由美国空间生物技术研究人员开创的一个独特研究领域,其核心技术是建立微重力条件下哺乳动物细胞三维(Three Dimen-sion)培养体系。利用外壁转动生物反应器(RotatingWall Vessel Bioreactor,RWVB)模拟微重力培养环境,减少培养液对细胞产生的机械剪切力,增加细胞营养的补充,加速代谢产物的排除,因此可以大大改善离体细胞的培养条件,使在普通重力培养条件下只能二维贴壁生长的哺乳动物细胞表现出三维增殖与分化,这类分化的细胞团可进一步形成有功能的     

微重力对血管及血管内皮细胞的影响

血管系统功能紊乱是微重力诱导立位耐力不良发生的重要因素之一。血管内皮细胞是覆盖在血管内壁上组成血管管腔面的一层单层细胞,是血管壁的重要组成部分,并且在血管功能调控中起到渗透屏障、调节舒缩等重要作用。近年研究发现,微重力可对不同部位的血管系统和血管内皮细胞产生不同的影响,比如可使脑动脉缩血管反应性增加、舒血管反应性下降,颈动脉和腹主动脉缩血管和舒血管反应性下降,肺动脉缩血管反应性下降、舒血管反应性增加,肠系膜动静脉和下肢动脉缩血管反应性下降。另外,微重力可促进大血管来源的内皮细胞生长,但抑制微血管来源的内皮细胞的生长。本文就微重力对血管及血管内皮细胞影响的研究进展作一概述。     

微重力诱变大肠杆菌快速生长突变株特性

利用旋转培养装置处理大肠杆菌,筛选生长曲线发生变化、提前进入对数期的突变菌株,对菌株进行基因芯片的表达谱分析和质谱分析,研究微重力条件下微生物的生理代谢变化和对微重力条件的适应机制。结果发现突变菌株有114个差异表达基因,其中99个基因表达上调。表达上调基因主要集中在ABC转运系统、糖代谢、三羧酸代谢、磷酸转移酶系统、核酸代谢、脂类代谢等方面。质谱分析从蛋白水平上验证了这个结果。表明经过微重力处理可以筛选到生长加快的菌株,生长加快是菌株相关代谢水平上调的结果。空间微重力通过对微生物生长代谢相关基因的影响来使菌株适应空间环境。     

微重力组织工程的产生与发展

概述了微重力组织工程的产生与发展趋势。动物细胞培养技术为研究细胞的形态、结构、功能与遗传特性 ,揭示细胞分裂、组织分化、器官组织形成等生命科学领域的基本问题发挥了巨大作用 ;大规模动物细胞培养技术已广泛应用于生物制药、生产疫苗以及生物学诊断试剂。但是 ,常规培养技术无法实现由细胞重建组织这一构想。微重力组织工程利用旋转培养器产生的微重力环境与动物细胞培养技术相结合 ,使组织重建成为可能 ,成为生命科学发展史上的一个新的里程碑。     

模拟微重力对肺动脉和胸主动脉的影响

目的 :通过对模拟微重力 (SM)、肺动脉 (PA)和胸主动脉 (TA)局部调节机理研究 ,为大小循环动脉对SM适应机理和SM后立位耐力降低机理研究积累资料。方法 :XXH 2 0 0 0型小循环心功能检测仪检测人体头低位 6°卧床(HDT) 7d心肺循环功能变化。 - 30°尾部悬吊 (TS)大鼠模拟微重力 (microgravity ,M)的生理效应 ,测量 7d、1 4dPA和TA的反应性。结果 :人体HDT初期每搏PA(hz)、静脉 (hc)容量和左心前负荷 (hc/hz)均显著增加 ,96～ 1 4 4h大小循环均出现超调现象 ,前者出现时间早、幅度大。 7d尾部悬吊大鼠 (TS7)与对照组 (CON)比PA舒张反应显著增强 ,TS1 4有降低趋势。TS7TA与CON比舒张反应显著增强 ,TS1 4轻度升高。TS7PA收缩反应与CON比轻度降低 ,TS1 4显著降低。TS1 4TA收缩反应显著降低。去VECPA对KCl、苯肾上腺素和硝普钠的反应在所有组间无差异。结论 :SM对大小循环动脉影响不同 ,可能是SM时局部调节功能降低的重要表现 ,主要由于动脉血管内皮细胞功能变化 ,对立位耐力降低可能有贡献     

微重力环境影响植物生长发育的研究进展

微重力是最独特的空间环境条件之一,研究微重力对不同植物种类以及不同植物部位的影响是空间生物学的重要内容之一,对于建立生物再生式生命保障系统意义重大。生物再生式生命保障系统是未来开展长期载人空间活动的核心技术,其优势在于能在一个密闭的系统内持续再生氧气,水和食物等高等动物生活必需品,植物部件是生物再生式生命保障系统的重要组成部分。了解和掌握微重力对植物生长发育的影响,有助于采取有效的作业制度确保其正常生长发育和繁殖,是成功建立生物再生式生命保障系统的首要关键。该文就植物在空间探索中的地位和作用,地面模拟微重力的装置以及国内外有关微重力对植物的影响做一综述。现有的研究结果包括,未来长期的载人航天任务需要植物通过光合作用为生物再生式生命保障系统提供部分动物营养、洁净水以及清除系统中的固体废物和二氧化碳;三维随机回旋装置是目前地面上模拟微重力效应的主要装置之一,尤其适用于植物材料的长期模拟微重力处理;国内外有关微重力对植物影响的报道生理生化水平多集中在植物的生长发育和生理反应,比如表型变化或者与重力相关的激素或者钙离子的再分配,细胞或亚细胞水平主要有细胞壁、线粒体、叶绿体以及细胞骨架等,基因和蛋白质表达水平的研究对象主要为拟南芥。由于实验方法和材料之间的差异,微重力对不同植物或者植物不同部位在各个水平的影响效果并不一致,未来需要开展更多的相关研究工作。     

回转器模拟微重力刺激对不同品系稻田鱼腥藻代谢特性的影响

以稻田鱼腥藻空间搭载克隆株 (AoSR1 6)、回复再搭载克隆株 (AoSR1 6 1 7)和原始出发株 (AnabeanaoryzaHB2 3)为材料 ,通过回转器模拟微重力刺激实验 ,对不同品系稻田鱼腥藻的微重力生物学效应进行了分析。结果发现 ,模拟微重力刺激对稻田鱼腥藻不同品系均表现出一定的生长刺激效应 ,尤为空间飞行后的克隆株更为明显。比较三个品系在微重力刺激下的光合与呼吸活性 ,原始出发株的光合与呼吸活性明显高于空间搭载株。在回转器培养情况下 ,具有高固氮酶活性的克隆株 (AoSR1 6和AoSR1 6 1 7)所固定的氮 ,除了用于藻细胞正常的生命活动外 ,主要用于其生长增强效应 ,而藻胆蛋白累积量和氨分泌量较之对照培养时要少得多。对回转器培养后的稻田鱼腥藻进行单克隆分离 ,结果没有出现类似于空间搭载实验的性状分离现象。     

微重力条件下骨矿盐丢失机理

微重力环境下骨矿盐丢失机理的研究是航天医学重要研究领域之一。骨矿盐的丢失是成骨细胞发化功能低下,成骨细胞基因表达型发生改变,使成骨细胞活性降低,导致骨持中骨钙素（ＢＧＰ）含量和碱性磷酸酶活性降低,氨基多糖含量增加,骨胶原形成异常的结果。微重力环境的下骨髓腔内脂肪含量增加,骨髓基质细胞数量减少和骨组织对骨生长因子敏感性降低是成骨细胞分化功能降低的重要原因。     

模拟微重力条件下大鼠肝细胞三维培养支架材料的筛选（简报）

组织工程是一门新兴的边缘学科,它是利用体外培养的人体功能细胞与适当的细胞外基质或支架材料相结合,然后将其移植到体内病损部位以期达到修复目的。微重力组织工程(Microgravity Tissue Engineering)是近年来由美国空间生物技术研究人员开创的一个独特研究领域,其核心技术是     

模拟微重力生物效应回转器的研制与应用

研制出一种在地面从事微重力生物学、医学实验模拟用的新型回转器。它可用来模拟空间微重力的生物效应,进行植物种苗、微生物、小动物和各种细胞培养的实验。文中对该仪器的工作原理、构造及研制应用情况分别作了具体说明。     

在地面进行微重力生物学实验模拟用的回转器

生物的生长、发育都处于重力作用之下。解除重力的作用,以研究重力对生物的效应,有助于阐明生命科学中的许多基本问题。到了空间时代,人们才可能使生物较长时间处于微重力条件之下进行此类研究。     

模拟微重力效应对心肌细胞一氧化氮水平的影响及其相关机制的研究

空间微重力导致的心肌收缩功能下降是航天医学的重要问题, 其发生机制尚不清楚. 采用电子自旋共振(ESR)、免疫细胞化学和核酸原位杂交等技术研究了模拟微重力效应对心肌细胞一氧化氮(NO)水平、诱导型一氧化氮合成酶(iNOS)表达的影响及其调控的信号转导途径, 以探讨模拟微重力影响心肌细胞收缩功能的可能机制. 结果表明, 模拟微重力导致心肌细胞NO水平增高, iNOS蛋白及其mRNA表达上调; 非选择性的蛋白激酶抑制剂staurosporine和选择性的蛋白激酶C ( PKC )抑制剂calphostin C均可显著抑制模拟微重力下心肌细胞NO水平增高, 说明模拟微重力对iNOS表达的调节至少是部分地依赖于PKC途径. 结果提示, 心肌细胞NO途径对模拟微重力条件敏感, 该途径可能在模拟微重力影响心肌细胞收缩功能的机制中发挥重要作用.     

微重力植物细胞生理学研究进展

本文介绍1985年以来微重力植物细胞生理学飞行试验和地面模拟研究进展。     

模拟微重力诱导的细胞微丝变化影响COL1A1启动子活性

细胞骨架系统是细胞内的重力感受系统。已知微重力导致的细胞形态、功能、信号传导等多种变化均与细胞骨架系统变化有关,但微重力对相关基因调控的影响知之甚少。本研究以构建的基因工程细胞株（EGFP-ROS）为对象,以回转器模拟微重力效应,利用增强型绿色荧光蛋白（enhanced green fluorescence protein,EGFP）荧光半定量和细胞微丝荧光染色分析技术,探讨回转模拟微重力条件下,细胞微丝系统对Ⅰ型胶原α1链基因（collagen type Ialpha chain 1 gene,COL1A1）启动子活性的影响。空间飞行和回转模拟微重力后,细胞微丝解聚、张力纤维减少,表明微重力可降低细胞微丝结构的有序性,诱导细胞骨架重排。适合剂量的细胞松弛素B处理EGFP-ROS细胞诱导微丝骨架解聚,同时导致COL1A1启动子活性增加,细胞荧光强度增强,并呈现剂量依赖性。因此,一定程度的细胞微丝系统破坏将导致COL1A1启动子活性的增强,证明细胞微丝骨架系统参与了微重力对COL1A1启动子活性调节,且在微重力信号传导中起重要作用。