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擬 南 芥 （Arabidopsis thaliana）在國際空間站（ISS）微重力環境下從種子到種子的生長和發育研究。研究團隊通過兩次實驗，成功在微重力條件下培育了兩代擬南芥，并詳細分析了微重力對植物形態、種子質量以及基因表達的影響。

研究使用了ADVanced AStroCulture (ADVASC) 植物生長單元，能夠在微重力環境下支持植物生長數月。實驗分為兩次，第一次實驗的種子在ISS上生長并返回地球，第二次實驗使用了在微重力下生長出的種子進行后續實驗。實驗過程中，植物生長環境的溫度、濕度、光照、二氧化碳和乙烯水平等參數都被嚴格控制。

1. 結構與配置

模塊化設計：ADVASC由兩個單Middeck-Locker插入模塊組成，可以安裝在ISS的EXPRESS Rack上。一個模塊包含植物生長室，另一個模塊包含控制單元和支持系統。

- 主要子系統：

環境室：提供一個封閉、環境可控的植物生長空間。

溫濕度控制單元：維持生長室內的溫度和濕度。

光照模塊：提供植物生長所需的光照。

液體和營養輸送系統：通過埋在生長介質中的多孔管向植物輸送水和營養。

大氣成分控制單元：控制生長室內的氣體成分，包括二氧化碳和乙烯水平。

計算機控制和數據管理系統：實現生長單元的自動化控制和數據采集。

2. 生長室規格

根托盤尺寸：內部尺寸為20.3 cm × 19.7 cm × 3.1 cm（長×寬×深）。

生長室高度：34.3 cm。

生長介質：使用烘焙的顆粒狀煅燒粘土（arcillite），顆粒大小不一，范圍從0.5 mm到4 mm。這種介質能夠保持良好的通氣性和水分保持能力，有助于植物根系的生長。

種植技術：采用兩種種植技術。一種是在arcillite和不銹鋼篩網之間放置雙層紗布，用于固定種子；另一種是使用填充了棉紙的“卡盒"，將種子固定在卡盒中。

3. 環境控制

溫度和濕度：生長室內的溫度維持在22°C，濕度為70%，并保持16小時光照/8小時黑暗的周期。

光照：使用定制的紅藍LED燈陣列，提供光合有效輻射，強度為230/25 µmol m^-2 s^-1（紅/藍）。

二氧化碳和乙烯控制：CO2水平在實驗初期超過了ADVASC的最大傳感器限制3000 ppm，但濃度為500 ppm。乙烯水平通過紫外光激活的改性二氧化鈦（TiO2/ZrO2）薄膜光催化劑降低到100 ppb以下。

4. 自動化與遠程控制

自動化程度：實驗盡可能自動化，減少宇航員的干預。水和營養通過多孔管從營養庫輸送到arcillite基質中。

遠程控制：實驗從威斯康星大學麥迪遜分校的WCSAR實驗室通過遙測技術控制。

5. 實驗周期

生長階段：實驗的生長階段持續46天，之后切斷根托盤的水分供應，使生長室干燥，準備關閉、轉移至航天飛機并返回地球。

營養補充：在實驗期間，營養庫中的水通過從蒸發蒸騰流中冷凝的水不斷補充。在四個時間點，從營養庫中移除300 mL液體，并用半強度Hoagland溶液替換。

6. 地面對照實驗

地面對照實驗在威斯康星大學進行，使用與太空飛行硬件相同的工程復制設備。所有尺寸、光照、溫度、濕度和控制設定點都與太空飛行實驗相同，但比太空飛行實驗晚幾天開始。

7. 優勢與改進

環境控制：ADVASC通過高流量的強制空氣流通和乙烯去除技術，顯著改善了植物生長環境，減少了以往實驗中常見的植物缺氧和乙烯積累問題。

植物生長：該生長單元能夠支持植物在微重力環境下生長數月，為長期太空任務中的植物種植提供了重要的技術支持。