基本介紹
- 中文學名：擬南芥
- 拉丁學名：Arabidopsis thaliana (L.) Heynh.
- 別稱：鼠耳芥
- 二名法：Arabidopsis thaliana (L.) Heynh.
- 界：植物界
- 門：被子植物門
- 綱：雙子葉植物綱
- 亞綱：五椏果亞綱
- 目：山柑目
- 科：十字花科
- 族：南芥族
- 屬：擬南芥屬
- 種：擬南芥
- 分布區域：全球除少量地區外均廣泛分布
形態特徵,主要價值,栽培技術,溫室中生長,無菌培養,病蟲害及防治,
形態特徵
一年生細弱草本，高20-35厘米，被單毛與分枝毛。莖不分枝或自中上部分枝，下部有時為淡紫白色，莖上常有縱槽，上部無毛，下部被單毛，偶雜有2叉毛。基生葉蓮座狀，倒卵形或匙形，長1-5厘米，寬3-15毫米，頂端鈍圓或略急尖，基部漸窄成柄，邊緣有少數不明顯的齒，兩面均有2-3叉毛；莖生葉無柄，披針形，條形、長圓形或橢圓形，長5-15 (-50) 毫米，寬1-2 (-10) 毫米。花序為疏鬆的總狀花序，結果時可伸長達20厘米；萼片長圓卵形，長約1.5毫米，頂端鈍、外輪的基部成囊狀，外面無毛或有少數單毛；花瓣白色，長圓條形，長2-3毫米，先端鈍圓，基部線形。角果長10-14毫米，寬不到1毫米，果瓣兩端鈍或鈍圓，有1中脈與稀疏的網狀脈，多為桔黃色或淡紫色；果梗伸展，長3-6毫米。種子每室1行，種子卵形、小、紅褐色。花期4-6月。
我國內蒙、新疆、陝西、甘肅、西藏、山東、江蘇、安徽、湖北、四川、雲南等省區均有發現。擬南芥的優點是植株小、結子多。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。
主要價值
由於有上述這些優點，所以擬南芥是進行遺傳學研究的好材料，被科學家譽為“植物中的果蠅”。
栽培技術
溫室中生長
1. 播種和發芽
擬南芥可在非無菌條件下，生長在土壤或人工配製的各種培養基中。作為栽植的容器，可根據各自條件置於花盆或格狀分離的多穴塑膠盤中。常用的混合物有泥炭蘚、營養土、蛭石和珍珠岩等，例如珍珠岩∶蛭石：泥炭蘚 =1：1：1的混合物，表土：堆肥或腐殖質土：珍珠岩或蛭石 =1：1，1：2或 2：1的混合物。如果用於營養研究則可以蛭石類惰性物質作培養介質，施以配有營養物質的水溶液。栽培擬南芥的介質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，保持良好的排水，防止過濕引起真菌和昆蟲幼蟲滋生。播種前土壤混合物進行高壓滅菌處理 30 min，以殺死可能存在於混合物中的任何害蟲。在把土壤混合物置於花盆或其他容器中後，將整個容器置於水或營養液中，靠毛細管作用浸濕介質，然後將處理洗淨來的種子，用尖頭燒融後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後播種。種子發芽期間必須保持高濕度，故容器可用塑膠膜覆蓋，保持一周左右方可揭去。
將播有種子的容器移至低溫或相應低溫條件下，在 2～4℃下 放置 2～4 d，從而於吸脹條件下破除種子休眠，這對新鮮收穫的擬南芥種子尤為必要。對大多數擬南芥品系來說其種子是中度休眠的，收穫已久的這類生態型的擬南芥種子可免於低溫處理，而有些生態型甚至需長達7 d的低溫處理。乾種子的低溫處理往往是無效的。
低溫處理後，將盆移至溫室或生長室，在 22℃ 左右發芽，夜溫可比日溫低2℃，用 2000lx的螢光燈給予光照，光周期為18 h光 / 6 h暗（也可24 h光照），在 5 d左右可見擬南芥發芽。擬南芥發芽需光，故防止種子被土覆蓋。
2.生長發育條件的控制
擬南芥一般是冬性一年生植物，自然條件下種子在秋天發芽，幼年期度過冬天，花分生組織在春季分化，種子在夏季成熟脫落。大多數實驗室栽植的擬南芥品種在發芽後4周開花，而在4～6周后採集種子。不同擬南芥生態型其發育進程快慢、開花時間早晚、何時成熟等除了取決於遺傳性以外，也受外界環境條件的影響。
2.1 光
光對擬南芥生長的影響涉及光強和光周期兩個方面。以光強度說，在生長室中一般最適光的光強度為120～150μmol/（㎡ · s），這可通過螢光燈，配以白熾光來達到。在 夏天溫室中，60%蔭影有助於光強控制和溫度調節，高光強或直接太陽光照射對較老植株可以忍受，而年幼植株避免強光。
擬南芥在連續照光和長日下開花加快，短日時開花被 阻遏或延遲，這表明擬南芥開花需要長日照光周期，一般至少12 h的光照。在冬季溫室中可補充早晚的光照，以滿足光周期需要，一般給以16 h光照，8 h暗期為宜。連續光照可促進生殖循環，略微提早開花，但使葉數減少及降低種生成，而較短日照有利於營養生長。
2.2 溫度
最適生長溫度 為25℃ 左右，稍低的溫度也是允許的。當水分供應充足時，植物甚至能在高達34℃ 時生長，但會減少受精。較老的植物能忍受高溫，但保持25℃對整個生長周期是有利的。當種子形成時，生長室溫度宜設 定在25℃，而溫室溫度宜在23℃，夜溫可比日溫低2～4℃為宜。
對於許多遲開花的擬南芥生態型來說，幼苗期要給以4℃左右處理一個時期（如幾周），以完成春化作用，從而在長日下促進開花。而對於常用的擬南芥生態型Landsbergerecta和Columbia則不需作春化處理就能 開花。 必須注意這裡的低溫春化處理是不同於播種時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）。
2.3 水分
在種子發芽後的頭幾周里，理想的供水是來自毛細管由下至上的滲水，只有當土壤呈現乾旱時適時灌溉。過量供水會引起土表藻類和真菌的生長。在擬南芥頭兩片真葉開始伸展之前必須避免乾旱，當真葉長出後，灌水頻率可相應減少，如每周一或兩次，而至長角果充實階段必須保證水分供應，以利於種子形成。澆水時最好待90%左右的穴盤或花盆完全乾燥之後進行。不僅土壤供水狀況影響到擬南芥的生長發育，而且濕度也會影響水分供給。雖然濕度的增加（如 50% ～60%）會大大減少土表乾旱的影響以及發芽著的幼苗脫水危害，但一般說來擬南芥植株，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，當長角果進入成熟階段時，較低濕度（如 <50%）是有利的。
2.4 營養
正常情況下只要配置合適的土壤混合物，並非必須供給營養物質，但是貧瘠的營養狀況會降低植株高度，使它提早開花，並使種子著生減少。在生長發育的後期階段補充營養物質將會增 加種子著生，並產生較健壯的植 株。當植株呈現出輕微淡綠色時，表明營養供給不 足，則應立即施以營養物質，正常健壯的擬南芥植株是亮暗綠色的。
2.5 防止雜交
擬南芥是自交授粉的，為了保持擬南芥品系的純化，必須防止溫室或生長室中各品系之間的雜交。為此可根 據各自實驗室條件進行設定。例如，保持生長環境的清潔，從而防止經昆蟲載體而導致的雜交機會。栽植時注意各品系種植之間的距離（如 20 cm），從而防止來自不同品系的花互相接觸。在長成植株後，可採取適當措施，防止植株倒伏，以致互相接觸。
無菌培養
（1）有利於突變體篩選 突變體篩選是遺傳和分子研究中十分重 要的手段，用無菌培養來篩選突變體有許多有利之處。首先，對大量擬南芥誘變處理的種子很容易進行生活力記錄。其次，生長在培養皿中的植物可在人工控制的條件下穩定生長，以致使實驗設計得以實現，這種突變體篩選方法十分類似於微生物突變體篩選的操作。例如對一些特殊化合物、除草劑、生長調節劑的敏感性可在同一野生型生長阻遏的背景下進行篩選，而如果在土壤條件下對這些化合物進行測試，則很難達到一致的生長條件，會受到各種因素影響。再次，無菌培養下培養皿中的篩選還可在下一代同樣條件下重新測試和進行遺傳分析。
（2）在分子水平分析時，常需經基因工程的方法取得轉基因植物，而轉基因植物獲得過程中，常採用抗生素篩選等手段，這就必須將抗生素置於培養基中，在無菌條件下，使轉化有外源基因的個體存活，而淘汰未轉化的組織。
1. 無菌培養的培養基組成
最普遍的培養基是1倍或0.5倍濃度MS培養基，其中加入瓊脂達 0.6% ～0.8%的濃度，可另加蔗糖至 0% ～3%。也有實驗採用 Gamborg B5培養基。以下列出一種培養基配方：
培養基組成 最終濃度
MS基本培養基鹽類 4.4mg/mL
蔗糖 10mg/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
在上述配製溶液中，加入 1mol/LKOH調 pH至 5.7，在加入適量瓊脂或蔗糖後，滅菌，貯存。當需鋪平板時，將貯藏培養基置於微波爐中熔化，即可將其倒至培養皿中。0.8%瓊脂濃度有利於在不傷根的情況下取出培養的小植株，並移植至土壤。蔗糖用作碳源，有利幼苗茁壯生長，但對只需短時間發芽生長的處理可免去蔗糖成分。
2. 種子滅菌和播種
種子表面滅菌可採用漂白劑、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 10 min，或者將種子在 50%乙醇中浸潤1 min再用漂白粉處理。其中SDS也可用 0.1% TritonX－100代替，最終用無菌水淋洗晾乾。如果滅菌過程不採用漂白粉，可將種子在50%乙醇和 0.5% Triton中放置3 min，再用 95%乙醇淋洗，並令其快速風乾。
病蟲害及防治
作為模式植物栽培時，為了使植株正常生長，培養出有代表性的群體以及潛在的新突變體在早期篩選過程中不致因病蟲害侵襲而使表型丟失，因此必須注意病蟲害防治。只要採取適當的措施，溫室或生長室的病蟲害是可以預防的。病蟲害可能來自土壤，種子或操作人員本身。防治的原則應以防為主，殺滅為輔。最積極的措施是保持培養環境的清潔。
常見擬南芥病蟲害及一般症狀
1. 蟲害
1.1 蚜蟲（aphid）
蚜蟲聚集在葉和花莖上，在莖、葉上分泌密露，咬食幼小組織致使葉扭曲，嚴重時可引起萎蔫甚至死亡。
1.2 薊馬（thrip）
葉上呈現銀色或白色斑點，此薊馬科害蟲在花序上積聚，並使受精受阻。
1.3 蘑菇蠅（mushroom fly）
在地上部未有明顯傷害情況下植株長勢弱，葉變黃，在根組織上可見到灰白的蛆，蛆在根上覓食。成年蠅聚集在植株周圍，有時以蠅斑呈現。
1.4 紅蜘蛛（redspidermite）
在乾、熱條件下易侵染，葉被造成銀色斑點，嚴重時植株變黃，萎蔫。葉下表面被細白絲線懸浮的白粉蒙蓋。
1.5 白蠅（whitefly）
在葉下表面呈現，成 蟲是 小白蠅。若 蟲為淺綠色。它通過吸食汁液侵害植物，侵染導致植株長勢減弱，萎蔫，死亡。
2. 病害
2.1 白粉病（powderymildew）
在葉花莖、長角果上呈現白粉斑，嚴重時會造成植株萎蔫，死亡。
2.2 灰霉病（botrytis）
灰色毛狀黴菌呈現於植株表面，葉隨之腐爛，有時可能伴隨物質的降解。
