阿拉伯芥

十字花科鼠耳芥属植物

阿拉伯芥（学名：Arabidopsis thaliana）是一种细长而直立的植物，羽状多叶，茎高度达40厘米。二年生草本，总状花序顶生，花瓣4片，直径约3毫米，白色，匙形，果实豆荚形，长1～1.5厘米，薄，轻微向上弯曲，成熟时开裂；种子1－2行，呈卵形，长约1毫米，成熟时红褐色；子叶背倚胚根。花期3～5月。阿拉伯芥被广泛作为花的发育模型之研究。有几个优点使其成为研究有花植物的遗传、细胞、分子生物学的典型。丹麦研究学者培育出一种经过基因改造的阿拉伯芥，这种植物能对埋藏在地面下地雷释放出的气味做出明显的反应，因此有望成为未来军事上的一种新型扫雷技术。

形态特征

阿拉伯芥是一种细长而直立的植物，羽状多叶，茎高度达40厘米。二年生草本，基生叶有柄呈莲座状，叶片倒卵形或匙形；茎生叶无柄，披针形或线形。总状花序顶生，花瓣4片，直径约3毫米，白色，匙形，雄蕊6枚，花药黄色，雌蕊圆柱状，花柱短，柱头凹陷；果实豆荚形，长1～1.5厘米，薄，轻微向上弯曲，成熟时开裂；果瓣有1中脉及侧脉；种子1－2行，呈卵形，长约1毫米，成熟时红褐色；子叶背倚胚根。花期3～5月。

阿拉伯芥的特点是植株小（1个茶杯可种植好几棵）、每代时间短（从发芽到开花不超过6周）、结子多（每棵植物可产很多粒种子）、生活力强（用普通培养基就可作人工培养）。其基因组是目前已知植物基因组中最小的。每个单倍染色体组（n=5）的总长只有7000万个碱基对，即只有小麦染色体组长的1/80，这就使克隆它的有关基因相对说来比较容易。阿拉伯芥是自花受粉植物，基因高度纯合，用理化因素处理突变率很高，容易获得各种代谢功能的缺陷型。例如用含杀草剂的培养基来筛选，一般获得抗杀草剂的突变率是1/100000。由于有上述这些优点，所以阿拉伯芥是进行遗传学研究的好材料，被科学家誉为“植物中的果蝇”。

地理分布

分布于印度、日本、中亚、北美洲、西伯利亚、非洲、伊朗、朝鲜、欧洲以及中国大陆的中南、西北、华东、西部等地，生长于海拔300米至4,700米的地区，一般生于山坡、平地、河边以及路边。中国内蒙、新疆、陕西、甘肃、西藏、山东、江苏、安徽、湖北、四川、云南等省区均有发现。

生物特征

阿拉伯芥是一种十字花科植物，广泛用于植物遗传学、发育生物学和分子生物学的研究，已成为一种典型的模式植物，其原因主要基于该植物具有以下特点：

（1）形态个体小，高度只有3Ocm左右；

（2）生长周期快，从播种到收获种子一般只需6周左右；

（3）种子多，每株每代可产生数千粒种子；

（4）形态特征简单；

（5）基因组小，只有5对染色体。

虽然阿拉伯芥在许多方面“简单”，但它的大多数基因与其他“复杂”的植物基因具有很高的同源性，另外，由于这种植物的全部基因组测序已经完成，因此可以预测，阿拉伯芥在植物学所有领域的研究中将发挥更大的作用。

模式生物

这种小小的有花植物，是在植物科学，包括遗传学和植物发育研究中的模式生物之一。其在农业科学中所扮演的角色正彷佛小鼠和果蝇在人类生物学中的一样。尽管阿拉伯芥在农业上并无多少直接的贡献，但有几个优点使其成为研究有花植物的遗传、细胞、分子生物学的典型。

阿拉伯芥基因组之小有利于基因定位和测序。其基因组大约为12,500万碱基对和5个染色体，在植物中算是小的。在2000年，阿拉伯芥成为第一个基因组被完整测序的植物。在探明至今已发现的25,500个基因的功能上已作出了非常多的工作。

植株之小于生活周期之短同样也是阿拉伯芥的优点。实验室常用的许多品系，从萌芽到种子成熟，大约为六个星期。植株之小方便其在有限的空间里培养，而单个植株能产生几千个种子。此外，其自花传粉的机制也有助于遗传实验。所有这些都使阿拉伯芥成为遗传研究的模式生物。

利用根瘤农杆菌把DNA转化进阿拉伯芥基因组已是常规操作。而利用称为“floral-dip”的方法并不涉及组织培养和植株再生。1873年，亚历山大·布朗第一次用文献记录了阿拉伯芥的突变体。然而，直到1943年，阿拉伯芥作为模式生物的潜能才有文献记录。这个突变体在称为AGAMOUS，而这个突变的基因也在1990年被克隆分离出来。

丹麦研究学者培育出一种经过基因改造的阿拉伯芥，这种植物能对埋藏在地面下地雷释放出的气味做出明显的反应，因此有望成为未来军事上的一种新型扫雷技术。研究人员表示，掩埋在地面下的地雷会散发出二氧化氮气味，而这种植物对二氧化氮很敏感，在与受二氧化氮污染的土壤接触大约三周后，它的叶子会渐渐地由绿色变成红色，这样，人们就可以通过观察地面上的阿拉伯芥的生长状况来判断地面下有没有地雷。厄斯特高说，解决播种问题的方法之一就是以飞机撒种。他们已成功培植出这种基因改造阿拉伯芥，并与丹麦军方合作，希望在年内进行局部试验并争取在2年内在丹麦或海外进行实地试验。

繁殖培育

基本原理

在一般的温室或人工气候室条件下，从阿拉伯芥种子的春化至第一批角果成熟大约需8周左右时间。当然，也可以通过改变生长条件以达到使阿拉伯芥提前或推后开花结实的目的。如延长每天的光照时间，可使阿拉伯芥明显地提前开花结实，利用每天接近24小时的光照条件培养，甚至在6周左右即可收获第一批成熟角果。阿拉伯芥的这一特性使实验工作周期大大缩短，特别是对于许多遗传分析工作，比利用一般的高等植物材料（如麦类、豆类作物）可以成倍地节约时间。

阿拉伯芥是野生的双子叶草本植物，在野外自然条件下一般春季萌发，到夏季即种子成熟。应该说阿拉伯芥的生长发育对环境条件并无十分特殊的要求，因此在实验室条件下的种植及管理也相对比较简单。但国内许多实验室反映，阿拉伯芥的培养较为困难，幼苗时发生死亡、或抽薹后植株生长瘦弱等现象经常发生；而且经常发生较严重的虫害等。本节根据数年来培养阿拉伯芥的一些体会，简述实验室条件下培养阿拉伯芥的一般方法及应该注意的问题。

温室条件

如果有条件较好的日光温室（包括夏季有降温装置、冬季的晚上可以增温等），可以直接在温室内培养阿拉伯芥。但如果没有现成可用的温室，而新建温室又投资太大，可选择一般实验楼的普通房间稍加改装即可作为阿拉伯芥的培养室。

（1）温度条件：适宜阿拉伯芥生长的温度在18℃至22℃之间，一般高温以不超过25℃为宜。有条件的情况下，可以利用可控温的制冷/加热机组作为培养室的温度控制装置。最简单的方法是利用冷暖两用式空调机，空调机的功率大小可根据培养室的面积和光源功率的大小而定。根据经验，一间12平方米左右大小的培养室，按照不大于5 kw的日光灯光源配置（作为主要散热源的日光灯镇流器部分可安装在培养室外），有2台1.5匹的空调机就能满足北京地区四季条件下培养室内的温度调节。如果选用功率较大的特殊光源，可在生长室内装一玻璃隔层，将隔层与用于培养阿拉伯芥的空间之间尽可能密封，用通风的方式将隔层内的光源散热消除。

除非所从事的研究工作有特殊要求，阿拉伯芥的一般培养过程对光质的要求也不严格，仅用一定密度的日光灯管就可以达到要求。在培养室内可摆放多层培养架，每层安装5至6支40 w的日光灯即能达到所需光照强度。

（2）光照条件：阿拉伯芥的生长不需要很强的光照，将生长室内的光照强度控制在80 。

（3）湿度：在阿拉伯芥幼苗期，培养室内最好保持相对湿度在75%至80%之间。待阿拉伯芥长至2对以上真叶后，只要维持一般的湿度即可，不必特别增加湿度。增加培养室内湿度可用一般的市售家用加湿器即可。如果室内培养的阿拉伯芥生长期各不相同，可采用对幼苗局部塑料薄膜保湿的方法，而不必将整个培养室维持在较高湿度。

种子处理

在播种前最好将种子进行消毒、春化处理。可用0.5% 次氯酸钠和0.01% Triton-X 100混合液将种子消毒10分钟，再用无菌水清洗3-4次，以免植株发生病害。对于有时需要在无菌条件下培养的幼苗，可采用同样的方法对种子进行消毒。种子的春化处理并不是必必需的，但春化处理可以有效地提高种子的发芽率。对种子的春化处理可以直接在一般的冰箱里（4℃左右）进行，将消毒后的种子在湿润条件下春化2至3天后可进行播种。

种植管理

待幼苗长出至少2对真叶后，可适当进行间苗使植株间有一定间隔距离，以保证植株个体生长健壮、结实饱满。培养阿拉伯芥经常会遇到蚜虫的危害，可根据虫情用稀释2000至3000倍的爱福丁或虫螨齐克交替使用以灭虫。为防止病虫害，还应注意对所用营养土的灭菌、灭虫卵处理，特别是对在使用过程中曾发生病虫害的营养土应该进行处理或废弃不再使用。），黑暗/光照周期为12/12小时或10/14小时，光照强度为80―120 °C之间为宜（勿超过25°C―22°播种时可将春化后的种子直接播于预先浸湿的营养土（可在花市购得）与蛭石的混合物中，种子应播于混合土的近表面（切忌深播）。为保证出苗整齐，每一位点可播数粒种子。为保持湿度，在播种后可用塑料薄膜将盆（或育苗盘）覆盖，待幼苗长出2对真叶后再将薄膜去掉。培养室温度以20°C为标准。

注：阿拉伯芥图册网址

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