拟南芥室内培养技术

技术与方法

拟南芥室内培养技术１，３

１　

①李俊华　　２张艳春　　１徐云远　　１种　　康②　　　３王　　辉

（中国科学院植物研究所光合作用与环境分子生理学重点实验室　　　　北京　　　　１０００９３）

２　

（华东师范大学生物学系　　　　上海　　　　２０００６２）　　　　　３　（西北农林科技大学农学院　　　　杨凌　　　　７１２１００）

摘要　　　　　本文报道了室内培养拟南芥的一些简便易行的改进技术。采用我们改进的营养土、蛭石、素沙混合培养介质和直播方式培养拟南芥，　并根据其生物学特性在温度、空气湿度、土壤水分和光照等方面给予适当管理，能培养出生长更健壮、更好地满足实验要求的拟南芥植株。此外还介绍了播种、浇水、生育期调节、种子保存、病虫害防治和防混杂等环节的一些技巧措施。与其他培养方法相比，此法不仅简便、效果好，而且适合较简易的培养条件。关键词　　　　　拟南芥，培养技术

Ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　　Ｉｎｄｏｏｒ　Ｃｕｌｔｕｒｅ　Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ　ｆｏｒＡｒａｂｉｄｏｐｓｉｓｔｈａｌｉａｎａ１，３　

１

ＬＩ　Ｊｕｎ－Ｈｕａ　　　２ＺＨＡＮＧ　Ｙａｎ－Ｃｈｕｎ　　　１ＸＵ　Ｙｕｎ－Ｙｕａｎ　　　１ＣＨＯＮＧ　Ｋａｎｇ②　　　３ＷＡＮＧ　Ｈｕｉ

（Ｔｈｅ　Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｏｆ　Ｐｈｏｔｏｓｙｎｔｈｅｓｉｓ　ａｎｄ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ　Ｐｈｙｓｉｏｌｏｇｙ，　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　　ｏｆ　　Ｂｏｔａｎｙ，

ｔｈｅ　　Ｃｈｉｎｅｓｅ　　Ａｃａｄｅｍｙ　　ｏｆ　　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，　　Ｂｅｉｊｉｎｇ　　１０００９３）

２

（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　　ｏｆ　　Ｂｉｏｌｏｇｙ，　　Ｅａｓｔ　Ｃｈｉｎａ　　Ｎｏｒｍａｌ　　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，　　Ｓｈａｎｇｈａｉ　　２０００６２　）

３

（Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ａｇｒｏｎｏｍｙ，　　Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔ　ＳｃｉＴｅｃｈ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ　ａｎｄ　Ｆｏｒｅｓｔｒｙ，　　Ｙａｎｇｌｉｎｇ　　７１２１００）

Ａｂｓｔｒａｃｔ　　　　　Ａｒａｂｉｄｏｐｓｉｓ　ｔｈａｌｉａｎａ　ｉｓ　ａ　ｍｏｄｅｌ　ｐｌａｎｔ　ｉｎ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｆ　ｇｅｎｅｔｉｃｓ，　ｍｏｌｅｃｕｌａｒ　ｂｉｏｌｏｇｙ　ａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔａｌ　ｂｉｏｌｏｇｙ．　　Ｓｅｖｅｒａｌ　ｃｕｌｔｕｒｅ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ，　ｈｏｗｅｖｅｒ，　ｅｘｉｓｔ　ｉｎ　ｍａｎｙ　ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ　ｏｆ　　ｏｕｒ　ｃｏｕｎｔｒｙ．Ｗｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ　ｓｏｍｅ　ｉｎｄｏｏｒ　ｃｕｌｔｕｒｅ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ　ｏｆ　Ａｒａｂｉｄｏｐｓｉｓ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ．　Ｔｈｅ　ｍｏｄｉｆｉｅｄｐｒｏｔｏｃｏｌ　ｐｒｏｖｉｄｅｄ　ａｎ　ａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅ　ｉｎｄｏｏｒ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ　ｆｏｒ　Ａｒａｂｉｄｏｐｓｉｓ　ｇｒｏｗｔｈ　ａｎｄ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ．　Ｉｔｅｍｐｈａｓｉｚｅｄ　ｃｕｌｔｕｒｅ　ｍｅｄｉｕｍ，　ａｉｒ　ｈｕｍｉｄｉｔｙ，　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｐｈｏｔｏｐｅｒｉｏｄ．Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ　　　　　Ａｒａｂｉｄｏｐｓｉｓ　ｔｈａｌｉａｎａ　，　　Ｃｕｌｔｕｒｅ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ

拟南芥（Ａｒａｂｉｄｏｐｓｉｓ　ｔｈａｌｉａｎａ）我国分类学者又称之为鼠耳芥，　是十字花科拟南芥属植物，由于其具有生育期短、个体小及基因组小等特点，长期以来被作为分子生物学、发育生物学和遗传学研究的模式材料，尤其是作为第一个经完全测序的有花植物，其基因组全序列在２０００年底完全测定并公开发表后，更加激发了人们对其基因结构与功能进行更为详尽研究的兴趣（黄

①国家自然科学基金资助项目（３０１７００９４）。②通讯作者。Ａｕｔｈｏｒ　ｆｏｒ　ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｅｎｃｅ．　Ｅ－ｍａｉｌ：ｃｈｏｎｇｋ＠ｎｓ．ｉｂｃａｓ．ａｃ．ｃｎ

作者简介：李俊华，男，１９７７年出生，硕士研究生，目前从事植物花发育的分子生物学和植物遗传育种研究。种康，博士，中国科学院植物研究所研究员，博士生导师。研究方向：植物发育功能基因组学。王辉，西北农林科技大学教授，博士生导师。研究方向：小麦遗传育种。收稿日期：２００３－０３－１３　　　接受日期：２００３－０６－１６　　　责任编辑：孙冬花

２０２２１（２）

娟和李家洋，２００１）。虽然我国对于拟南芥的研究起步晚，研究的规模小，但是由于拟南芥作为模式植物的独特的优点，在许多植物学和农学等相关的实验室中，它已越来越多的被运用，其研究成果将有助于加深对其他植物相关信息的认识和理解，甚至直接应用于重要农作物的改良。实验过程中，培养好拟南芥是一个十分重要的环节。然而，拟南芥种子小，幼苗弱，对生长环境又有一定要求，这给它的培养带来了一定困难。目前，国内很少有实验室具备国外人工气候室培养拟南芥具备的全方位调控条件，在拟南芥培养方面存在成活率低，虫害严重，培养周期长等问题。本文提供笔者在与同行交流和长期实践中总结的在简易条件下培养拟南芥的一套简便、规范和高效的方法技巧，以供同行参考。

１　　　　材料与方法实验材料是拟南芥（Ａｒａｂｉｄｏｐｓｉｓ　ｔｈａｌｉａｎａ　（Ｌ．）　Ｈｅｙｎｈ）　Ｗａｓｓｉｌｅｗｓｋｉｊａ生态型，　选用了４种培养方法，即移栽法（陈敏和白书农，１９９５）、蛭石培养法、蛭石和营养土混合培养法和本实验室改进后的培养方法。

（１）移栽法：种子表面消毒后播于ＭＳ无菌培养基上光照培养，４周后将苗移栽到培养土（市售花卉营养土）和蛭石按体积比１：１混合的培养介质中，用塑料保鲜膜将盆覆盖２　ｄ以缓苗；（２）蛭石培养法：将种子直接播于蛭石中，覆膜５　ｄ，生育期内浇灌ＭＳ营养液；（３）蛭石和营养土混合培养法（１：１法）：　将种子直播于营养土和蛭石按１：１混合的培养介质中，覆膜５　ｄ；（４）３种基质培养方法：将种子直播于营养土、蛭石和素沙按体积比１：１：１均匀混合的培养介质中，覆膜５　ｄ。在２２℃、人工光照（白色荧光灯，１６　ｈ光照，８　ｈ黑暗，光照强度为６３　ｍＥ．ｓ－１．ｍ－２）和空气相对湿度为６５％的培养间中培养。

２　　　　结果与讨论２．１　　　　培养方法的比较拟南芥在４种培养方法下的生长情况如表１所示。移栽法种植的拟南芥在移栽后需要经过一定时间的缓苗期才能转入正常生长，此过程使拟南芥成活率降低并且发育延迟，在培养土中扎根浅，导致其长势差；另外，移栽法种植拟南芥操作费工，对实验技术有一定要求，必须在前期培养基培养阶段完全避免污染。蛭石培养法培养拟南芥因蛭石不含养分，必须在拟南芥全生育期内人工提供养分；蛭石本身质地疏松，但浇水后却变黏重，通透性变差，易生真菌和藻类，造成烂根和根系活力降低，因此此法培养的拟南芥仍然成活率不高，苗弱，影响到了后期的开花结果。蛭石和营养土混合培养法是目前国内许多实验室使用的方法。实

表１　　　　不同培养方法的拟南芥生长情况

Ｔａｂｌｅ　１　　　　Ｇｒｏｗｔｈ　ｏｆ　Ａｒａｂｉｄｏｐｓｉｓ　ｔｈａｌｉａｎａ

培养方法成活率

ＣｕｌｔｕｒｅＳｕｒｖｉｖａｌｍｅｔｈｏｄ　ｒａｔｅ（％）

始花时间开花时株高莲座直径果荚长度每荚种子数

Ｔｉｍｅ　ｎｅｅｄＨｅｉｇｈｔ　ｗｈｅｎ　Ｄｉａｍｅｔｅｒ　ｏｆＬｅｎｇｔｈ　ｏｆＳｅｅｄ　ｎｕｍｂｅｒ　ｆｏｒ　　ｆｌｏｒｅｓｃｅｎｃｅ　ｆｌｏｗｅｒｉｎｇｔｈｅ　ｒｏｓｅｔｔｅ　ｔｈｅ　ｓｉｌｉｑｕｅ　ｐｅｒ　ｓｉｌｉｑｕｅ

　（ｗｅｅｋｓ）（ｃｍ）（ｃｍ）　（ｃｍ）

　　　　（１）７０５￣６４．５￣６．０１．８￣３．４０．８￣１．０２０￣３０　　　　（２）７５６￣７３．１￣４．８１．７￣３．５０．８￣１．０２０￣３０　　　　（３）８０８￣９９．２￣１０．５４．５￣６．５１．２￣１．４４５￣５５　　　　（４）１００４５．０￣６．１３．３￣４．２１．１￣１．２３０￣３５（１）．　Ｔｒａｎｓｐｌａｎｔａｔｉｏｎ；　（２）．　Ｖｅｒｍｉｃｕｌｉｔｅ；　（３）．　　Ｖｅｒｍｉｃｕｌａｔｅ　ｐｌｕｓ　ｎｕｔｒｉｔｉｖｅ　ｓｏｉｌ；　（４）．　　Ｔｈｒｅｅ　ｍｅｄｉｕｍ

生活周期Ｌｉｆｅ　ｃｙｃｌｅ　（ｗｅｅｋｓ）１２￣１６１２￣１６１３￣１７８￣１０

２００４

李俊华等：拟南芥室内培养技术

２０３

验发现，该法使用的培养基质过分黏重，通透性差，易积水，这些都易导致烂根及“烧苗”，造成幼苗夭折；从实验结果看，此法培养的拟南芥苗期长势弱，但营养生长逐渐变旺盛，生殖生长延缓，生活周期过长，不利于加快实验进程。采用３种基质培养法所使用的培养介质，既有拟南芥苗期根系生长所需的透水和透气性，又能为拟南芥后期生长持续提供养分，且水、肥和气供应均衡一致，因此在这种培养介质上培养的拟南芥成活率高，生长健壮，生长发育进程快且整齐，有关指标符合国际上文献报道中的标准，因此能最好地发挥拟南芥个体小和生育期短的优点，且降低了实验的系统误差。因此３种基质培养法可作为实验用拟南芥的简便易行且效果好的方法。２．２　　　　播种种子播前需在湿润条件下置４℃冰箱内低温处理３￣４　ｄ，对于已在冰箱内保存一个月以上的种子可不必低温处理。将准备好的培养基质填入培养盆中，微振使之平整，盆土不可装太满，土面到盆沿留约１．５　ｃｍ距离（图１），用水从盆底的孔将盆土浸湿。为使种子直播均匀和提高播种速度，可用蘸湿少许的竹签沾取单粒种子点播于培养介质表面。播时注意控制密度，每株拟南芥占约５　ｃｍ２空间即可。播后不需覆土。２．３　　　　培养条件２．３．１　　　　温度　　　　拟南芥在２２℃上下生长较好，温度过高（高于２８℃）则开花结实受到一定影响，因此应特别注意避免培养间或培养箱在夏季长时间断电或发生空调故障而使温度失控。拟南芥在温度高时生长快，温度低时生长慢，因此可根据实验目的和进程安排通过选择不同的培养温度来调节拟南芥的生长速度（最低可在０￣４℃条件下放置，此时拟南芥几乎停止生长）。２．３．２　　　　空气相对湿度　　　　拟南芥喜湿润。为保持种子萌发时需要的较高空气湿度，播种后用塑料保鲜膜将盆覆盖（膜上扎数个通气孔），出苗后揭开（出苗约需５　ｄ）。如需移栽，在移栽后也应覆膜２　ｄ。生长环境的空气相对湿度比较高时拟南芥才能生长良好，否则结实少，植株瘦弱，叶易干枯。在２２℃培养时培养室的ＲＨ值最好不低于５０％，如有人工气候室条件，最好将ＲＨ值保持在８０％以上。

２．３．３　　　　土壤水分　　　　拟南芥不耐旱，缺水时应及时浇水。培养盆可放于平底托盘上，浇水时往托盘中加水，使水从盆底部的孔上渗，这样可避免直接往培养基质上浇水时冲倒小苗。应该注意的是要严格控制浇水次数，盆土不干不浇。浇水过多则不利于壮根，介质表面易生藻类及苔藓，更为有害的是过湿的盆土易招蝇类（特别是一种称之为蘑菇蝇的昆虫）在基质表面繁殖蛆类幼虫，这些虫子可咬食根和莲座叶，尤其对幼苗危害大。

２．３．４　　光照　　拟南芥在长光照下开花早（韩玉珍等，１９９８），生长周期短。一般采用１６　ｈ光照和８　ｈ黑暗条件培养拟南芥。在２４　ｈ光照条件下培养的拟南芥略显瘦弱，开花期提前至２１　ｄ，此外未见其他生长异常现象。光周期也可用来调控拟南芥的生长，如在８　ｈ光照和１６ｈ黑暗的短光照条件下，拟南芥营养生长期延长，开花晚（约需８周），但营养积累多。

图　１　　　　培养装置示意图

Ｆｉｇ．　１　　　　Ｃｕｌｔｕｒｅ　ｐｏｔ

２．４　　　　收种及种子保存果荚变黄后直接剪取收种。国外有专门的塑料种子

２０４２１（２）

收集装置出售，这种装置是由一个与透明塑料圆筒连为一体的漏斗状部件与套在圆筒中的塑料薄膜筒组成的（图２），可以防止种子混杂散失，适合用于需要对种子进行单株收获的实验。将种子小心收集到１．５　ｍＬ离心

图２　　　　种子收集装置及其使用

Ｆｉｇ．　２　　　　Ｓｅｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｅｅｄｓｃｏｌｌｅｃｔｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ

图３　　　　种子保存装置Ｆｉｇ．　３　　　　Ｓｅｅｄｓ　　ｓｔｏｒａｇｅ

　ｓｙｓｔｅｍ

管中，在管盖上扎１￣２个通气孔，管上注明材料名称、来源和收获日期等。收种时

注意防止种子混杂。关于种子保存，我们的做法是：在５０　ｍＬ离心管或其他可密封容器中装入干燥剂（如石灰和硅胶），上铺２￣３层吸水纸（铺吸水纸的目的是为了防止硅胶等干燥剂可能有的对种子的不良影响），放入装有种子的离心管，密封（图３），先于４℃放置，一周后转入－２０℃冰箱保存。用此法保存的种子在两年后仍保持了９０％以上的发芽率。２．５　　　　其他管理措施关于病虫害防治，除控制浇水外，在拟南芥出第一对真叶后用竹签将培养介质表面拨松（小心不要伤及苗），此措施可有效减少蘑菇蝇蛆的繁殖，提高成活率。一旦发现恶性病虫害，应及早将感染的植株全部移出，避免传染到正常植株。有条件的实验室可定期对培养间进行２４　ｈ升温（５５℃）杀虫，或用７０％酒精涂擦所有培养架，用１０％漂白粉溶液擦洗地面，此法可杀死虫卵和霉菌孢子。

种植不同基因型的拟南芥时，应注意防止交叉传粉和种子混杂。对于前者，因拟南芥是自花授粉植物，在花期将不同基因型的植株分开，进行人工隔离即可；对于后者则应特别小心，　在播种及收种等环节要仔细做好记录，如在植物培养架上培养，应将大苗放在下层，小苗放在上层，以避免成熟种子散落到其他盆中，造成污染。

另外，可于拟南芥四叶期和花期各追施一次１／２ＭＳ营养液。培养室使用空调时，注意不能将空调风直接吹到植物上，我们用纸遮在培养架上，挡去直向风，效果颇佳。

３　　　　结语以我们改进后的培养基质直播拟南芥，在水分、温度和湿度等方面根据拟南芥的生物学特性给予合适的管理和调节，辅以播种、浇水、种子保存、病虫害防治和防混杂方面的技巧措施，不仅简便易行，而且可以培养出生长健壮、更好地满足实验要求的拟南芥材料。

参　　　　考　　　　文　　　　献陈敏，　白书农，　１９９５．　拟南芥培养经验点滴．植物生理学通讯，　３１：　４３６～４３８黄娟，李家洋，　２００１．　拟南芥基因组研究进展．　微生物学通报，　２８（３）：　９９～１０１

韩玉珍，李睿，孟繁静，　１９９８．　拟南芥开花的光周期调节．　植物生理学通讯，３４：　４０１～４０６