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簡(jiǎn)介

擬南芥屬于被子植物門(mén)，雙子葉植物綱。 二年生草本，我國(guó)內(nèi)蒙、新疆、陜西、甘肅、西藏、山東、江蘇、安徽、湖北、四川、云南等省區(qū)均有發(fā)現(xiàn)。擬南芥的優(yōu)點(diǎn)是植株小、結(jié)子多。擬南芥的基因組是目前已知植物基因組中zui小的。擬南芥是自花受粉植物，基因高度純合，用理化因素處理突變率很高，容易獲得各種代謝功能的缺陷型。

科研價(jià)值

由于有上述這些優(yōu)點(diǎn)，所以擬南芥是進(jìn)行遺傳學(xué)研究的好材料，被科學(xué)家譽(yù)為“植物中的果蠅”。

栽培管理

溫室和生長(zhǎng)室中生長(zhǎng)

1．1　播種和發(fā)芽

擬南芥可在非無(wú)菌條件下，生長(zhǎng)在土壤或人工配制的各種培養(yǎng)基中。作為栽植的容器，可根據(jù)各自條件置于花盆或格狀分離的多穴塑料盤(pán)中。常用的混合物有泥炭蘚、營(yíng)養(yǎng)土、蛭石和珍珠巖等，例如珍珠 巖∶蛭石∶泥炭蘚 =1∶1∶1的混合物，表土、堆肥或腐殖質(zhì)土∶珍珠巖或蛭石 =1∶1，1∶2或 2∶1的混合物。如果用于營(yíng)養(yǎng)研究則可以蛭石類(lèi)惰性物質(zhì)作培養(yǎng)介質(zhì)，施以配有營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的水溶液。栽培擬南芥的介質(zhì)均要求有良好的排水性，因此一般混合砂子、蛭石等惰性介質(zhì)，保持良好的排水，防止過(guò)濕引起真菌和昆蟲(chóng)幼蟲(chóng)滋生。播種前土壤混合物進(jìn)行高壓滅菌處理 30min，以殺死可能存在于混合物中的任何害蟲(chóng)。在把土壤混合物置于花盆或其他容器中后，將整個(gè)容器置于水或營(yíng)養(yǎng)液中，靠毛細(xì)管作用浸濕介質(zhì)，然后將處理洗凈來(lái)的種子，用尖頭燒融后的移液管小心移至土表，均勻播下。如果播種量較大，可用濃度為 0．1g/100mL瓊脂或砂子事先均勻混合后播種。種子發(fā)芽期間必須保持高濕度，故容器可用塑料膜復(fù)蓋，保持一周左右方可揭去。^[1] 

將播有種子的容器移至低溫或相應(yīng)低溫條件下，在 2～4℃下 放置 2～4d，從而于吸脹條件下破除種子休眠，這對(duì)新鮮收獲的擬南芥種子尤為必要。對(duì)大多數(shù)擬南芥品系來(lái)說(shuō)其種子是中度休眠 的，收獲已久的這類(lèi)生態(tài)型的擬南芥種子可免于低溫處理，而有些生態(tài)型甚至需長(zhǎng)達(dá)7d的 低溫 處理。干種子的低溫處理往往是無(wú)效的。

低溫處理后，將盆移至溫室或生長(zhǎng)室，在 22℃ 左右發(fā)芽，夜溫可比日溫低2℃，用 2000lx的熒光燈給予光照，光周期為18h光 /6h暗（也可24h光照^[2]  ），在 5d左右可見(jiàn)擬南芥發(fā)芽。擬南芥發(fā)芽需光，故防止種子被土覆蓋。

1．2　生長(zhǎng)發(fā)育條件的控制^[3] 

擬南芥一般是冬性一年生植物，自然條件下種子在秋 天發(fā)芽，幼年期度 過(guò)冬天，花分生組織在春季分化，種子在夏季成熟脫落。大多數(shù)實(shí)驗(yàn)室栽植的擬南芥品種在發(fā)芽后 4周開(kāi)花，而在 4～6周后采集種子。不同擬南芥生態(tài)型其發(fā)育進(jìn)程快慢、開(kāi)花時(shí)間早晚、何時(shí)成熟等除了取決于遺傳性以外，也受外界環(huán)境條件的影響。

1．2．1　光

光對(duì)擬南芥生長(zhǎng)的影響涉及光強(qiáng)和光周期兩個(gè)方面。以光強(qiáng)度說(shuō)，在生長(zhǎng)室中一般zui適光的光強(qiáng)度為120～150μmol/（㎡ · s）（1μmol/（㎡· s）=5燭光 =0．217W/m 2 =53．8lx），這可通過(guò)熒光燈，配以白熾光來(lái)達(dá)到。在 夏天溫室中，60%蔭影有助于光強(qiáng)控制和溫度調(diào)節(jié)，高光強(qiáng)或直接太陽(yáng)光照射對(duì)較老植株可以忍受，而年幼植株避免強(qiáng)光。

擬南芥在連續(xù)照光和 長(zhǎng)日下開(kāi)花加快，短日時(shí)開(kāi)花被 阻遏或延遲，這表 明擬南芥開(kāi)花需要長(zhǎng)日照光周期，一般至少12h的光照。在冬季溫室中可補(bǔ)充早晚的光照，以滿足光周期需要，一般給以16h光照，8h暗期為宜。連續(xù)光照可促進(jìn)生殖循環(huán)，略微提早開(kāi)花，但使葉數(shù)減少及降低種生成，而較短日照有利于營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)。

1．2．2　溫度

溫室和生長(zhǎng)室的溫度應(yīng)予以控制，zui適生長(zhǎng)溫度 為25℃ 左右，稍低的溫度也是允許的。當(dāng)水分供應(yīng)充足時(shí)，植物甚至能在高達(dá)34℃ 時(shí)生長(zhǎng)，但會(huì)減少受精。較老的植物能忍受高溫，但保持25℃對(duì)整個(gè)生長(zhǎng)周期是有利的。當(dāng)種子形成時(shí)，生長(zhǎng)室溫度宜設(shè) 定在25℃，而溫室溫度宜在23℃，夜溫可比日溫低2～4℃為宜。^[2] 

對(duì)于許多遲開(kāi)花的擬南芥生態(tài)型來(lái)說(shuō)，幼苗期要給以 4℃左 右處 理一 個(gè)時(shí)期（如幾周），以完成春化作用，從而在長(zhǎng)日下促進(jìn)開(kāi)花。而對(duì)于常用的擬南芥生態(tài)型 Landsbergerecta和 Columbia則 不需作春化處理就能 開(kāi)花。 必須注意這里的低溫春化處理是不同于播種時(shí)破除休眠的低溫處理，破除休眠的低溫處理又稱層積處理（stratification）。

1．2．3　水分

在種子發(fā)芽后的頭幾周里，理想的供水是來(lái)自毛細(xì)管由下至上的滲水，只有當(dāng)土壤呈現(xiàn)干旱時(shí)適時(shí)灌溉。過(guò)量供水會(huì)引起土表藻類(lèi)和真菌的生長(zhǎng)。在擬南芥頭兩片真葉開(kāi)始伸展之前必須避免干旱，當(dāng)真葉長(zhǎng)出后，灌水頻率可相應(yīng)減少，如每周一或兩次，而至長(zhǎng)角果充實(shí)階段必須保證水分供應(yīng)，以利于種子形成。澆水時(shí)待90%左右的穴盤(pán)或花盆*干燥之后進(jìn)行。^[2]  不僅土壤供水狀況影響到擬南芥的生長(zhǎng)發(fā)育，而且濕度也會(huì)影響水分供給。雖然濕度的增加（如 50% ～60%）會(huì)大大減少土表干旱的影響以及發(fā)芽著的幼苗脫水危害，但一般說(shuō)來(lái)擬南芥植株，包括幼苗都能忍受低濕度，處在蓮座狀階段的植株可在不同濕度下生長(zhǎng)，當(dāng)長(zhǎng)角果進(jìn)入成熟階段時(shí)，較低濕度（如 <50%）是有利的。

1．2．4　營(yíng)養(yǎng)

正常情況下只要配置合適的土壤混合物，就并非必須供給營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，但是貧瘠的營(yíng)養(yǎng)狀況會(huì)降低植株高度，使它提早開(kāi)花，并使種子著生減少。在生長(zhǎng)發(fā)育的后期階段補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)將會(huì)增 加種子著生，并產(chǎn)生較健壯的植 株。當(dāng)植株呈現(xiàn)出輕微淡綠色時(shí)，表明營(yíng)養(yǎng)供給不 足，則應(yīng)立即施以營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，正常健壯的擬南芥植株是亮暗綠色的。

1．2．5　防止雜交

擬南芥是自交授粉的，為了保持?jǐn)M南芥品系的純化，必須防止溫室或生長(zhǎng)室中各品系之間的雜交。為此可根 據(jù)各自實(shí)驗(yàn)室條件進(jìn)行設(shè)置。例如，保持生長(zhǎng)環(huán)境的清潔，從而防止經(jīng)昆蟲(chóng)載體而導(dǎo)致的雜交機(jī)會(huì)。栽植時(shí)注意各品系種植之間的距離（如 20cm），從而防止來(lái)自不同品系的花互相接觸。在長(zhǎng)成植株后，可采取適當(dāng)措施，防止植株倒伏，以致互相接觸。

無(wú)菌培養(yǎng)

擬南芥之所以作為模式植物，其中一個(gè)原因 在于可以在培養(yǎng)皿滅菌條件下進(jìn)行突變體篩選。此外，在許多擬南芥研究方面也需要做無(wú)菌培養(yǎng)。無(wú)菌培養(yǎng)在擬南芥研究中的應(yīng)用可歸納為以下幾方面：

（1）有利于突變體篩選 　突變體篩選是遺傳和分子研究中十分重 要的手段，用無(wú)菌培養(yǎng)來(lái)篩選突變體有許多有利之處。首先，對(duì)大量擬南芥誘變處理的種子很容易進(jìn)行生活力記錄。其次，生長(zhǎng)在培養(yǎng)皿中的植物可在人工控制的條件下穩(wěn)定生長(zhǎng)，以致使實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)得以實(shí)現(xiàn)，這種突變體篩選方法十分類(lèi)似于微生物突變體篩選的操作。例如對(duì)一些特殊化合物、除草劑、生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑的敏感性可在同一野生型生長(zhǎng)阻遏的背景下進(jìn)行篩選，而如果在土壤條件下對(duì)這些化合物進(jìn)行測(cè)試，則很難達(dá)到一致的生長(zhǎng) 條件，會(huì)受到各種因 素影響。再次，無(wú)菌培養(yǎng)下培養(yǎng)皿中的篩選還可在下一代同樣條件下重新測(cè)試和進(jìn)行遺傳分析。

（2）在分子水平分析時(shí)，常需經(jīng)基因工程的方法 取得轉(zhuǎn) 基因植物，而轉(zhuǎn)基因植物獲得過(guò)程中，常采用抗生素篩選等手段，這就必須將 抗生素置于培養(yǎng)基中，在無(wú)菌條件下，使轉(zhuǎn)化有外源基因的個(gè)體存活，而淘汰未轉(zhuǎn)化的組織。

（3）一些實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中，為達(dá)到某種目的，必須進(jìn)行無(wú)菌培養(yǎng)，例如在用無(wú)菌或無(wú)真菌的組織進(jìn)行組織培養(yǎng)，種子發(fā)芽測(cè)試等。

（4）一些突變體由于缺少了或降低了對(duì)生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑的敏感性，或 者缺少了特殊代謝途徑中的某個(gè)基因，而 生長(zhǎng)十分弱時(shí)，必須在特殊培養(yǎng)基上發(fā) 芽和生長(zhǎng)，然后才轉(zhuǎn)入土壤中繼續(xù)生長(zhǎng)。^[1] 

2．1　無(wú)菌培養(yǎng)的培養(yǎng)基組成

zui普遍的培養(yǎng)基是1倍或0.5倍濃度MS培養(yǎng)基，其中加入瓊脂達(dá) 0．6% ～0．8%的濃度，可另加蔗糖至 0% ～3%。也有實(shí)驗(yàn)采用 GamborgB5培養(yǎng)基。以下列出一種培養(yǎng)基配方：

培養(yǎng)基組成　zui終濃度

MS基本培養(yǎng)基鹽類(lèi) 4．4mg/mL

蔗糖 10mg/mL

肌醇 100μg/mL

硫胺素 1．0μg/mL

吡哆醇0．5μg/mL

煙酸 0．5μg/mL

MES[2－（N－嗎啉代）乙磺酸] 0．5mg/mL

在上述配制溶液中，加入 1mol/LKOH調(diào) pH至 5.7，在加入適量瓊脂或蔗糖后，滅菌，貯存。當(dāng)需鋪平板時(shí)，將貯藏培養(yǎng)基置于微波爐中熔化，即可將其倒至培養(yǎng)皿中。0.8%瓊脂濃度有利于在不傷根的情況下取出培養(yǎng)的小植株，并移植至土壤。蔗糖用作碳源，有利幼苗茁壯生長(zhǎng)，但對(duì)只需短時(shí)間發(fā)芽生長(zhǎng)的處理可免去蔗糖成分。

2．2　種子滅菌和播種

種子表面滅菌可采用漂白劑、乙醇等，另可附加 SDS，TritonX－100等。例如，將擬南芥種子用含 0．001% ～0．2% SDS的 50%漂白劑處理 10min，或 者將種子在 50%乙醇中浸潤(rùn)1min再用漂baifen處理。其中SDS也可用 0．1% TritonX－100代替，zui終用無(wú)菌水淋洗晾干。如果滅菌過(guò)程不采用漂baifen，可將種子在50%乙醇和 0．5% Triton中放置 3min，再用 95%乙醇淋洗，并令其快速風(fēng)干。

病蟲(chóng)害及其防治

作為模式植物栽培時(shí)，為了使植株正常生長(zhǎng)，培養(yǎng)出有代表性的群體以及潛在的新突變體在早期篩選過(guò)程中不致因病蟲(chóng)害侵襲而使 表型丟失，因此必須注意病蟲(chóng)害防治。只要采取適當(dāng)?shù)拇胧?，溫室或生長(zhǎng)室的病蟲(chóng)害是可以預(yù)防的。病蟲(chóng)害可能來(lái)自土壤，種子或操作人員本身。防治的原則應(yīng)以防為主，殺滅為輔。zui積極的措施是保持培養(yǎng)環(huán)境的清潔。

常見(jiàn)擬南芥病蟲(chóng)害及一般癥狀

1．蟲(chóng)害

1．1　蚜蟲(chóng)（aphid）

蚜蟲(chóng)聚集在葉和花 莖上，在莖、葉上分泌密 露，咬食幼小組織致使葉扭曲，嚴(yán)重時(shí)可引起萎蔫甚至死亡。

1．2　薊馬（thrip）

葉上呈現(xiàn)銀色或白色斑點(diǎn)，此薊馬科害蟲(chóng)在花序上積聚，并使受精受阻。

1．3　蘑菇蠅（mushroom fly）

在地上部未有明顯傷害情況下植株長(zhǎng)勢(shì)弱，葉變黃，在根組織上可見(jiàn)到灰白的蛆，蛆在根上覓食。成年蠅聚集在植株周?chē)?，有時(shí)以蠅斑呈現(xiàn)。

1．4　紅蜘蛛（redspidermite）

在干、熱條件下易侵染，葉被造成銀色斑點(diǎn)，嚴(yán)重時(shí)植株變黃，萎蔫。葉下表面被細(xì)白絲線懸浮的baifen蒙蓋。

1．5　白蠅（whitefly）

在葉下表面呈現(xiàn)，成 蟲(chóng)是 小白蠅。若 蟲(chóng)為淺綠色。它通過(guò)吸食汁液侵害植物，侵染導(dǎo)致植株長(zhǎng)勢(shì)減弱，萎蔫，死亡。

2．病害

2．1　白fen?。?/span>powderymildew）

在葉花莖、長(zhǎng)角果上呈現(xiàn)baifen斑，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成植株萎蔫，死亡。

2．2　灰霉病（botrytis）

灰色毛狀霉菌呈現(xiàn)在植株表面，葉隨之腐爛，有時(shí)可能伴隨物質(zhì)的降解。^[3]