神奇的模式植物--拟南芥

拟南芥与油菜、萝卜、卷心菜等同为十字花科植物，向下细分为鼠耳芥属。拟南芥又名鼠耳芥、阿拉伯芥、阿拉伯草，拉丁文名为Arabidopsis thaliala (L.) Heynh。拟南芥作为一种草本植物广泛分布于欧亚大陆和非洲西北部。在我国的内蒙、新疆、陕西、甘肃、西藏、山东、江苏、安徽、湖北、四川、云南等省区均有生长。我国古人常将身边的一些卑微、低贱之物“视若草芥”，拟南芥早先也就是一种无声无息、名不见经传的小草。拟南芥既不好吃、也不好看，对人类毫无经济价值。但近一百年来，随着生物学和经典遗传学的蓬勃发展，科学家们逐渐注意到它的研究价值。长期以来，科学家一直希望在植物中找到像动物中的黑腹果蝇（Drosophila melanogaster）那样繁殖快、易于在实验室培养、适于遗传操作的实验材料，进而从根本上改变植物遗传学研究的长期落后状况。

拟南芥植株较小（一个8cm见方的培养钵可种植4-10株）、生长周期短（从发芽到开花约4-6周）、结实多（每株

植物可产生数千粒种子）。拟南芥的形态特征分明（图1），莲座叶着生在植株基部，呈倒卵形或匙形；茎生叶无柄，呈批针形或线形。侧枝着生在叶腋基部，主茎及侧枝顶部生有总状花序，四片白色匙形花瓣，四强雄蕊。长角果线形，长约1-1.5cm，每个果荚可着生50-60粒种子。

图1 拟南芥的形态

这些特点使得拟南芥的突变表型易于观察，为突变体筛选提供了便利。拟南芥是典型的自交繁殖植物，易于保持遗传稳定性。同时，可以方便的进行人工杂交，利于遗传研究。

拟南芥的另一个优点是易于转化。经过不断的实践，浸花法（floral tip）已成为拟南芥转化最常用的方法。对生长5-6周已抽苔的拟南芥打顶来促进侧枝生长（图2A），待花序大量产生时将其在含有转化辅助剂silwet和蔗糖的农杆菌溶液中浸泡几分钟（图2B），3-4周后对转化植株收种子（图2C）。在含有合适抗生素的平板上对种子进行筛选，能够健康生长的幼苗为转基因植株（图2D）。这种转化方法不需要组织培养和再生植株的过程，操作简便、转化效率较高，为研究人员建立突变体库、改变目的基因的表达特征以及开展

互补验证等实验提供了便利。

图2 拟南芥转化过程（浸花法）

拟南芥基因组小，由五对染色体组成。其基因组序列已于2000年由国际拟南芥基因组合作联盟联合完成，这是第一个实现全序列分析的植物基因组。拟南芥基因组约为12,500万碱基对，包含约2.6万个基因，编码约2.5万种蛋白质。通过物理（如辐射处理）、化学（如EMS诱变）及生物（如利用植物内源转座子或者根瘤农杆菌将DNA片段转入拟南芥基因组）的手段，已获得大量的发生在不同基因位点的突变体。研究人员建立了若干种质资源中心，方便了突变体的获取和交流。如今拟南芥已成为全球应用最广泛的模式植物，被誉为“植物中的果蝇”。

图3 微笑的拟南芥

经过科学家们长期的研究，对拟南芥发育过程的认识取

得了长足的进步，其应用价值也逐渐得到认可，下面举两个例子。

增加粮食产量和提高粮食作物对于干旱等灾害天气的耐逆性是植物研究的重要问题。我国水资源短缺，而且水资源时空分布极不均衡，整个北方地区尤其是西北地区干旱缺水十分严重。近年来极端气候事件增加，对粮食生产造成很大威胁。因此，提高作物的抗旱能力对于保障我国农业经济的可持续发展和粮食安全具有重要意义。科学家从拟南芥的功能基因研究出发，在水稻中过量表达拟南芥HARDY （HRD）基因，最终实现了提高水稻的水分利用效率，增强抗旱能力[1]。拟南芥中功能获得性突变体hrd-D叶片深绿、根系发达、多个非生物胁迫相关基因的表达水平提高，抵抗干旱和高盐环境的能力显著增强，突变体中HRD基因表达量升高。HRD在水稻中的超表达可以增加水稻叶片的生物量和维管束鞘细胞的数目，提高光合效率，降低蒸腾，从而增强水分利用效率和抗旱能力。

生长素是一类低分子量的植物激素，它通过调节细胞分裂、伸长和分化对植物生长发育的各个方面发挥重要的调节作用。在拟南芥中生长素通过依赖于泛素分子的蛋白降解途径发挥功能，调控下游基因表达。早在1993年人们鉴定到

拟南芥分枝增加的突变体axr1, 发现AXR1蛋白参与依赖于泛素分子的蛋白降解途径[2]。AXR1能够激活泛素样蛋白RUB1，并促进RUB1与SCFTIR1复合体中CUL1蛋白的结合。AXR1蛋白的突变使RUB1与CUL1的结合降低，SCF 复合体功能降低，进而带来对生长素响应的降低[3]。随后在动物中鉴定了RUB1的同源物Nedd8，研究表明Nedd8同样是SCF复合体发挥功能所必需的[4]，而SCF功能紊乱与多种人类疾病如癌症、阿尔兹海默症等密切相关[5]。由此可见，拟南芥中生长素信号途径的研究对于认识人类某些疾病的

发病机理提供了重要帮助。

模式植物的选择和利用对于开展遗传分析、基因克隆和功能研究意义重大，拟南芥由于其植株小、结实多、生命周期短、基因组简单、遗传操作简便，近四十年来由田野里不起眼的小草成为植物研究领域最耀眼的明星。全世界有超过六千家实验室正在对拟南芥的生长发育及其对环境应答的

过程开展深入研究。它在粮食增产、农作物耐逆、环境保护等领域做出了重要贡献，让我们记住这棵小草，记住神奇的模式植物——拟南芥。

(李家洋研究组

供稿)

参考文献：

1.Karaba A., Dixit S., Greco R., et al. (2007) Improvement of water use efficiency in rice by expression of HARDY, an Arabidopsis drought and salt tolerance gene. Proc Natl Acad Sci USA 104: 15270-5.

2.Leyser H.M., Lincoln C.A., Timpte C., et al. (1993) Arabidopsis auxin-resistance gene AXR1 encodes a protein related to ubiquitin-activating enzyme E1. Nature 364: 161-4.

3.Parry G. and Estelle M. (2006) Auxin receptors: a new role for F-box proteins. Curr Opin Cell Biol 18: 152-6.

4.Petroski M.D. and Deshaies R.J. (2005) Function and regulation of cullin-RING ubiquitin ligases. Nat Rev Mol Cell Biol 6: 9-20.

5.Jones A.M., Chory J., Dangl J.L., et al. (2008) The impact of Arabidopsis on human health: diversifying our portfolio. Cell 2008. 133: 939-43.

拟南芥植物组织培养

拟南芥植物组织培养 WTD standardization office【WTD 5AB- WTDK 08- WTD 2C】

拟南芥组织培养一、种子消毒：方法一：将拟南芥种子置于1 .5 ml eppendorf 管(微量离心管)中，加入1 ml 蒸馏水，4C春化3 d，70 %（v／v ）乙醇1mi n、7 %（v／v ）次氯酸钠10 mi n 浸泡消毒，并用无菌水冲洗5 次。方法二：在超净工作台内，用无菌蒸馏水浸泡1 min，然后用80％乙醇消毒90s，最后用无菌蒸馏水冲洗3～5次备用。消毒完毕的种子可以用200ul的tips吸去洗涤液，然后在超净工作台上挥发掉残余水分、洗涤液。方法三、取野生型拟南芥种子放人离心管内，75％乙醇清洗后，无菌蒸馏水清洗1—2次，转入无菌离心管；5％次氯酸钠溶液浸泡5—6 min，用无菌蒸馏水清洗3～4次，加入1 ml无菌水，用移液枪接种。二、选用的培养基选用1/2MS培养基对种子进行培养。（MS和1/2MS都可以，1/2MS就是大量元素减半，其他东西和ms培养基是一样的量。糖可以加，会长得比较好，但是也很容易污染。如果在平板上要生长时间比较长，需要做一些实验的，比如根的发育，最好不要加。）也可以用MS+30 g／L蔗糖的固体培养基。（我想两种培养基都接种上，比作对比确定好坏）。 MS培养基配料表：三：接种方法拟南芥种子消毒后，用移液枪吸取拟南芥种子和水的混合物，均匀地在MS 生长培养基的培养皿平板上滴落，并使之形成两条平行的直线。（如不行，可适当添加琼

脂）。四、培养得无菌苗接种后置于光照培养箱(型号：GXZ．500C；培养光照条件为16小时光照，8小时黑暗，培养温度为22℃中竖直培养。3天后即可取材用于器官离体再生实验。萌发5天后，在超净工作台中，用镊子将苗移栽到装有1／2 MS培养基的50ml三角瓶中（每瓶4--6棵，视情况而定），于短日照条件下培养30天左右获得无菌苗。（短日照光照条件8小时光照，16小时黑暗，长日照光照条件为16小时光照，8小时黑暗，培养温度均为22℃。）此处获得无菌苗的时间有异议，应该为2--3周？五、外植体的选取 B5 + 5 mg／L2 ，4-D+ 0 .5 mg／L KT 培养基上诱导愈伤组织,莲座叶作外植体出愈慢，出愈率低，愈伤组织质量较差；叶柄、下胚轴和根作外植体出愈快，且愈伤组织质量好，后期易分化。由于叶柄、下胚轴相对较短，难于收集，为了便于操作，减少污染，试验中采用根作为外植体诱导愈伤组织和诱导分化试验。所取外植体的大小为5mm左右，不宜过大或过小。滴落种子形成的两条直线位于平皿的上半部，可以避免伸长的根被培养基中渗出的水分所淹。无菌苗的苗龄太短不易得到足够多的外植体，苗龄太长则外植体脱分化的时间明显延长，最适苗龄以2 --3 周为宜。六、胚性和非胚性愈伤组织的诱导 1、以MS 为诱导培养基, 附加2, 4一D 2mg/L,KT、NAA各L,水解酪蛋白300mg/L，6%蔗糖，琼脂， 2、接种幼穗长度为1--2cm 左右, 置于2 8 ℃恒温箱内暗培养。

模式植物拟南芥

模式植物拟南芥个体特征拟南芥英文名Thale Cress拉丁名Arabidopsis thaliaba,又名鼠耳芥，阿拉伯芥，阿拉伯草。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；花期3～5月。拟南芥是在植物科学，包括遗传学和植物发育研究中的模式生物之一。其在植物学中所扮演的角色正仿佛小白鼠在医学和果蝇在遗传学中的一样，其原因主要基于该植物具有以下特点： ●植株形态个体小，高度只有30cm左右，1个茶杯可种植好几棵； ●生长周期快，每代时间短，从播种到收获种子一般只需6周左右； ●种子多，每株每代可产生数千粒种子； ●形态特征简单，生命力强，用普通培养基就可作人工培养； ●基因与大多数植物基因具有很高的同源性，能代表大多数的特点。 ●拟南芥的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。 ●拟南芥是自花受粉植物，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”。[ 在植物形态建成研究中，经典的例子是花发育的ABC模型。在结构上，拟南芥的花与大多数开花植物相似，由四轮基本的花器官组成：从外向里分别为花萼、花瓣、雄蕊及雌蕊。ABC模型中的A、B、C分别指的是控制不同花器官发育的三大类基因，其中A类基因决定了花萼的特征；A类+B类基因共同作用决定了花瓣特征；B类+C类基因共同作用决定了雄蕊特征；C类基因单独作用决定了雌蕊心皮的特征，同时也终止花器官在第四轮形成之后继续分化(A)。在野生型花器官中，这三类基因的表达产物大体按照它们所各自决定的花器官位置，分布于相应的区域。当其中某个基因发生突变之后，它所控制的区域则会发育出其他类型的花器官。A、B、C三大类基因都编码转录因子，在花原基的发育过程中会由外到

拟南芥原生质体制备转化方法整理

溶液配制 1、纤维素酶解液：

2、PEG4000溶液（一次配置可以保存五天，但是最好现用现配，每个样品需100μl PEG4000溶液，可根据实验样品量调整溶液配置总量）

3、W5 溶液 4、MM G溶液

5、WI溶液拟南芥原生质体制备转化方法整理一、土培室播种种植的拟南芥。二、生长良好情况下在未开花前用于取材叶片制备原生质体。三、剪取中部生长良好的叶片用刀片切成0.5 -1 mm宽的叶条。四、将切好叶条掷入预先配置好的酶解液中（每5-10 ml酶解液大约需10-20片叶子）。并用镊子帮助使叶子完全浸入酶解液。

五、用真空泵于黑暗中抽30分钟。（此时可配制PEG4000溶液，200和1000 ul 枪头去尖使操作时吸打缓和。）六、在室温中无须摇动继续黑暗条件下酶解至少3个小时。当酶解液变绿时轻轻摇晃培养皿促使原生质体释放出来。（此时预冷一定量W5溶液）七、显微镜下检查溶液中的原生质体，拟南芥叶肉原生质体大小大约30-50 um。八、在过滤除去未溶解的叶片前用等量的W5溶液稀释含有原生质体的酶液。九、先用W5溶液润湿35-75 um的尼龙膜或60-100目筛子，然后用它过滤含有原生质体的酶解液。十、用30毫升的圆底离心管100g，1-2分钟离心沉淀原生质体。尽量去除上清然后用10ml 冰上预冷的W5溶液轻柔重悬原生质体。十一、在冰上静至原生质体30分钟。以下操作在室温23℃下进行

十二、100g离心八至十分钟使原生质体沉淀在管底。在不碰触原生质体沉淀的情况下尽量去除W5溶液。然后用适量MMG溶液（1m）重悬原生质体，使之最终浓度在2X105个/ml。十三、加入10 ul DNA（10-20微克约5-10kb的质粒DNA）至2ml离心管中。十四、加入100 ul原生质体（2x104个），轻柔混合。十五、加入110 ul PEG溶液，轻柔拍打离心管完全混合（每次大约可以转化6-10个样品）。十六、诱导转化混合物5-15分钟（转化时间视实验情况而定，要表达量更高也许需要更高转化时间）。十七、室温下用400-440 ul W5溶液稀释转化混合液，然后轻柔颠倒摇动离心管使之混合完好以终止转化反应。十八、室温下用台式离心机100g离心2分钟然后去除上清。再加入1ml W5溶液悬浮清洗一次，100g离心两分钟去上清。

LYH综述模式植物拟南芥的初步研究

本科毕业论文(设计)文献综述题目模式植物拟南芥的初步研究姓名刘云慧学号062101033 专业生物工程指导教师陈春丽职称副教授中国·武汉二○一○年五月

模式植物拟南芥的初步研究摘要：拟南芥（Arabidopsis thaliana）属于十字花科(Brassicaceae)。由于其具有其他植物无法替代的特点，拟南芥是一种著名的研究有花植物的遗传、细胞、发育、分子生物学研究的模式植物。另外，拟南芥基因组是第一个经过完全测序的高等植物基因组,这就奠定了拟南芥研究的必要性和重要性。在过去的20年中，拟南芥作为模式植物广泛用于植物生命科学研究。关键词：拟南芥；模式植物；基因组；研究拟南芥(Arabidopsis thaliana)属十字花科，与白菜、油菜、甘蓝等经济作物同属一科。拟南芥本身并无明显的经济价值，但拟南芥的全基因组测序工作于2000年完成，是个其成为植物界第一个被完整测序的物种[1]，使得它越来越多地被作为一种模式生物加以研究。拟南芥的研究历史在自然界中，拟南芥主要分布于温带，一般生长在野外干燥的土壤中。历史上对拟南芥科学研究的记载最早可追溯至16世纪，由德国学者Thal在德国北部的哈茨山区中首次发现并记录了这个物种。19世纪分类学家Heynhold将其命名为Arabidopsis thaliana。现在人们在世界各地共收集到750多个拟南芥生态型，这些生态型在形态发育、生理反应方面存在很大差异。在拟南芥的众多生态型中最常用的三种是Landsberg erecta(Ler)、Columbia(Col)、Wassilewskija(Ws)。在1873年，Braun报道了他在柏林郊外发现的一种拟南芥突变体，这可能是拟南芥研究历史中所发表的最早一项在分类学之外的研究工作。Laibach在1907年首次报道的对拟南芥染色体的研究并最终确定了拟南芥具有5条染色体。Laibach于1943年详细阐述了拟南芥作为模式生物的优点，并在他之后的工作中大力推动了对拟南芥的研究。1986年，Meyerowitz实验室首次报道了对拟南芥中一个基因的克隆。同年，Horsch实验室报道了根癌农杆菌介导的T-DNA对拟南芥进行的遗传转化[2]。在之后的几年中，相继报道了T-DNA插入突变基因的克隆、基于基因组图谱的基因克隆。这些突破使人们逐渐认识到拟南芥作为实验材料对植物生命进行探索的价值。 1.拟南芥的特点拟南芥作为一种模式植物,具有其它植物无法替代的优点:(1)生长周期短, 整个生长周期,从发芽、莲座叶的长成,到主花序的形成、第一粒种子的成熟可在6周内完成;(2)基因组小,125Mbp(水稻基因组430Mb,玉米基因组4500Mb),约25900个基因;(3)基因组仅有5条染色体,113亿个碱基对,其染色体数量是玉米的1/20;(4)具有双子叶植物的所有特性,整个生命周期同样经过细胞的分裂、生长发育、分化、衰老、死亡等一系列生物学现象;(5)有效的农杆菌介导转化途径,易获得大量的突变体和基因组资源;(6)在有限的空间内可大量种植，体形小,占地少，成熟植株一般15cm～20cm高,莲座叶长度不超过5cm；(7)收获大量的种子每株拟南芥可产生多达5000粒种子；(8)生活力强，用普通培养基就可作人工培养[3]。由于有上述这些优点，所以拟南芥是进行遗传学研究的好材料。

拟南芥原生质体的制备及转化

拟南芥原生质体制备转化操作流程主要试剂 1. 纤维素酶解液：试剂 15ml酶液体系 1．1-1.5﹪Cellulase R10 (YaKult Honsha)0.225g干粉 2．0.2-0.4﹪Mecerozyme R10 (YaKult Honsha)0.045g干粉 3．0.4M mannitol1.09g干粉 4．20mM KCl1 ml 0.3 M KCl母液 5．20mM MES,pH5.7，1 ml 0.3 M MES,pH5.7母液 6．加入10ml 水 7．55℃水浴加热10分钟（钝化酶，提高酶的可溶性），冷却至室温后加入以下试剂8．10mM CaCl，1 ml 0.15M CaCl2 9．5 mM β-Mercaptoethanol（可选用）1ml 75mM β-Mercaptoethanol母液(Sigma A-6793) 10．0.1﹪BSA，1 ml 1.5﹪BSA（4℃保存） 11．用0.45μm滤膜过滤后使用，酶液是淡棕色的澄清溶液。 2. PEG溶液（40%, v/v）（一次配置可以保存五天，但是最好现用现配，每个样品需100ul PEG4000溶液，可根据实验样品量调整溶液配置总量） PEG4000( Fluka, #81240)……………1g………………………………….4g 水…………………………………………………0.75ml…………………………..3g 0.8 M Mannitol…………………………..0.625ml…………………………2.5ml 1 M CaCl2或Ca(NO3)2………………..0.25ml………………………….1ml 约1.2ml 3. W5 溶液（1000ml） 154mM NaCl, NaCl9g 125mM CaCl2, CaCl2.H2O18.4g 5mM KCl, KCl0.37g 2mM MES（PH 5.7），MES0.39g pH to 5.8 with KOH，高温高压灭菌20分钟，室温保存。 4. MMG溶液 MaMg溶液（500ml） 15mM MgCl2，MgCl0.71g 4 mM MES(PH5.7)MES0.39g 0.4 M mannitol，Mannitol36.5g 用KOH调pH 5.7，高温高压灭菌20分钟，室温保存。 5. WI溶液 WI(200ml) 0.5M mannitol，mannitol18.217g 4mM MES,pH5.7，MES0.156g

拟南芥Arabidopsis

拟南芥的基础探索生科二班李俊龙 20131678 一、拟南芥属的种类及分布拟南芥属拥有众多种类，包括拟南芥、大夏拟南芥、短茎拟南芥、毛果拟南芥、柔拟南芥、直立拟南芥、西藏拟南芥等等。这里就不介绍世界范围拟南芥属的分布了，下图标出了中国国内拟南芥属的分布[1]。二、拟南芥的形态拟南芥Arabidopsis （L.） Heynh ，拟南芥属，十字花科，白花菜目。双子叶植株，叶片互生，总状花序，花萼、花瓣各4片，雄蕊6枚，4长2短，子房有两层心皮，中间是假隔膜，高度只有3Ocm 左右[2]。拟南芥拟南芥花样拟南芥果实

三、拟南芥的培育拟南芥生长的适宜温度白天为22℃-24℃,夜温最好比日温低2℃,适宜的湿度为60-70%,生长期适宜的光强为150μmol·s-1·m-2.拟南芥在日照长于12小时下才会开花,一般拟南芥生长室的日照长度定于14-16h为佳。 1．准备发苗培养基: 1/2 MS,Sucrose:10g/L,pH5.7,agar:0.7-0.8%.灭菌后,在超净台上分装入培养皿. 2．种子消毒有两种方法：一种是湿法NaClO水溶液消毒:种子放在 1.5ml试管中, 加入1ml10%NaClo,混匀,消毒5min,用无菌水洗5次以上(用移液枪吸)，湿法消毒后的种子要马上播；另一种是干法8%NaClO 酒精溶液，此时需用95%的酒精来配制8%NaClO 酒精溶液。在8%NaClO 酒精溶液中消毒6-8min。然后用无水酒精洗种子5次以上，吸干无水酒精后，在超净工作台上吹干透后再密闭保存。 3．播种：对湿法NaClO水溶液消毒种子用移液枪将种子吸到培养皿上,可多加些水,将种子铺均匀(不要太密,太密根缠在一起不好移苗),用移液枪吸干水,在超净台上让培养皿干了；对干法消毒的种子，用无菌牙签将种子点播到培养基上。用Parafilm密封盖子后,请用牙签或镊子在上下两处各打4个小孔以通气。最好是在每皿<30株这样的密度下,让其生长两周后再移苗. 4.移苗及后续管理: 如果培养基质用花泥，将花泥装入花盆,将花盆放入有水的塑料周转框中,框中的水就会通过花盆底部的孔渗上来,待花盆中的基质湿透后即可移苗.小心轻轻用镊子从培养皿中连根取出小苗,把苗种入花泥中.移苗结束后,用保鲜膜覆盖1-2天后揭膜，如果苗很弱，则在此基础上还需多覆盖1天.在花泥中种植时，苗期不需要添加营养液，开始抽苔时请及时添加营养液，一般需要添加2次，每次加入1升拟南芥营养液，2次添加最好间隔一段生长时期（7-10天），由于花泥有较好的吸附缓释能力，对间隔时间长短没有严格要求。如果盆栽密度较大或框中花盆数量较多则需要多加一次营养液。对于花泥种植来说，不要在塑料周转框中始终保持水层,一次吸足水分后，可以隔4-6天后再加水让其吸足水分，在开始收籽期,不再需要过多的水分,可保持塑料周转框干燥,此时每隔7-10天加一次水即可. 5．收籽: 在种荚变黄,变干时可以收籽.将种子抖落在纸上,用金属滤网过一下以除去杂质,将种子装入写了标记的小纸袋中,放于干燥的环境中让种子进一步干燥后,封存于1.5ml试管中，切记越干越好，长期保存的种子必需要干燥保存到4℃[3]。拟南芥作为一种模式植物，它的研究将会对植物界乃至生物界都将产生很大程度的影响。参考文献 [1]《石河子大学学报（自然科学版）》2001期02版王绍明李学禹 [2]《拟南芥》2004.6 曹仪植 [3]《植物学通报》2004年02期李俊华张艳春徐云远种康王辉

GFP转基因拟南芥的培养及荧光观察

GFP转基因拟南芥的培养及荧光观察实验原理： 1.GFP报告基因全称为绿色荧光蛋白（Green fluorescent protein，GFP），简称GFP，20世纪60年代在水母中发现的发光蛋白。由238氨基酸组成的单链多肽，在蓝光或紫外光激发下发出绿色荧光，用于蛋白质在活细胞中的准确定位及动态变化观察（分泌蛋白的分选、亚细胞定位） 2.目的基因 MAP65-1，是一种微管结合蛋白，可以根据拟南芥叶片表皮细胞、保卫细胞，下胚轴和根部细胞中微管骨架的分布情况来推断目的基因是否存在。 3.表达载体： ?植物表达载体的构建→导入农杆菌自我复制→浸染花粉转入拟南芥； ?卡那霉素抗性培养基筛选， ?卡那霉素: 抗生素影响植物细胞叶绿体和线粒体的蛋白合成,引起植株黄化死亡. ?卡那霉素能对转基因植物进行筛选实质上是通过卡那霉素抗性基因起作用的。转基因植物由于含有卡那霉素抗性基因而抑制了卡那霉素的作用，所以通过卡那霉素,转化体就很容易从非转化体中筛选出来。 GFP转基因植株野生型植株GFP转基因植株转基因植株 1/2MS培养基1/2MS卡那抗性培养基实验材料：

GFP转基因拟南芥种子及野生型种子；1/2MS培养基；1/2MS卡那抗性培养基； 75％乙醇；10％NaClO；无菌水。实验步骤： 1.种子春化（加蒸馏水放入4℃冰箱中过夜）； 2.75％乙醇消毒1min（混匀，尽量将液体吸净，动作要快）； 3.10％NaClO消毒10min （混匀，尽量将液体吸净，动作要快）； 4. 无菌水洗三遍，用牙签将种子点在培养基表面（每皿4-5颗种子尽量均匀）； 5.封膜，做好标记，平放于培养架上培养。实验结果：黄化正常拟南芥下胚轴的叶绿体从数量和正常黄化苗在叶肉细胞和保卫细胞中，转基因拟南芥观察到绿色荧光标记，但在野生型中未观测到该少等长势不优良的现象，是因为野生型不存在卡那抗性基因，而转基因植株存在卡那抗性基因，所以可以将转基因植株在卡那抗性培养基中筛选出来；在转基因拟南芥中，荧光标记在不同位置亮度效果不同，我们认为可能是与不同位置微管分布情况和微管结合蛋白对不同位置的结合效果不同有关。注意事项：严格无菌操作. 消毒过程动作要快. 枪头不要重复使用，物品不要拿出超净台. 点种时每个位置尽量只点一颗子. 操作时尽量避免说话和人员走动. 注意小组内的配合和小组间的协调.

综合实验(拟南芥)

不同浇水频率对拟南芥生长的影响
作学
者：罗玉玲号：20102501014
专业班级：生物科学 10 生物科学 4 班课程名称：植物生理学实验指导老师：叶庆生、黄胜琴、冷佳奕实验时间：2012-12-6 至 2013-1-10

不同浇水频率对拟南芥生长的影响
罗玉玲
(华南师范大学生命科学学院生物科学 10 科学四班广州天河 510631) 摘要：本实验主要探究三个不同浇水频率对拟南芥生长的影响，实验结果表明：处理一、二即分别隔 2 天、4 天浇水一次，拟南芥生长良好，植株根系发达，茎秆硬直，叶鲜绿、大，含水量高，脯氨酸含量在正常范围之内，无干旱胁迫. 处理三即隔 6 天浇水一次，植株生长明显受到抑制，根系极其不发达，叶片软、薄，含水量少，脯氨酸含量超出正常水平 3 倍，受到严重胁迫.由此知隔 2~4 天浇水一次有利于拟南芥生长，隔 6 天浇水一次则严重影响拟南芥的生长. 关键词：拟南芥，脯氨酸，浇水，干旱
The influence of different watering frequency to Arabidopsis’s growth
Luo Yu-Ling (South China Normal University college of life science Guangdong Guangzhou 510631)
Abstract: This study explores the influence of three different watering frequency to Arabidopsis’s growth, and the experimental results show that processing one and two namely every 2 days or 4 days watering once, Arabidopsis growth is good. The plant root system developed, stalks hard straight, green, big, high water content and the Proline content in the normal range, no drought stress. Processing three namely every 6 days a water, plant growth obvious is restrained, the root underdeveloped, blade soft, thin, water content, and the Proline content less than normal level 3 times, serious stress. We know every 2 ~ 4 day watering a conducive to Arabidopsis growth, and every 6 days watering is seriously affect the growth of Arabidopsis thaliana. Key words: Arabidopsis thaliana; Proline; watering; drought 水是生命之源，是一切生物赖以生存的基础。植物的一切正常活动也只有在含有一定量水分的条件下才能进行，否则就会受到阻碍，甚至死亡.陆生植物主要由根部吸收水分，然后通过地上部分（尤其是叶片）的蒸腾作用散失水分，以保持稳态，而叶与根系之间的水势梯度是植物从土壤中吸取水分的动力，当土壤水势小于叶片水势时，植物便不能从土壤中获得水分，从而影响生长，因此控制植物生长环境中土壤的湿 [1-4] 度很重要 . 拟南芥是十字花科拟南芥属植物，近年来拟南芥以其个体小、生长周期短以及基因组小等特点而成为分子遗传学研究的模式植物.拟南芥的另一个优点是容易被诱发，目前已经从拟南芥中分离出几千种突变体，这些突变的获得为揭示植物生长规律起了非常重要的作用 . 然而，水分供给对拟南芥的光合作用影响很大，影响植物有机物的积累，植株的生长。而当受到干旱胁迫时，植物体内脯氨酸的含量会显著增加。植物体内脯氨酸含量在一定程度上反映了植物的抗逆性，因此可以测定脯氨酸含量作为抗旱育种的生理指标
[6-8] [5]
.根据以上分析，我们设计了本实验，主要想通过观察不同浇水频率下拟南芥的形态以及测定植物体
内的一些生理生化值（含水量、叶面积、叶绿素含量、根长、株高、脯氨酸含量等）来确定最佳的浇水周期，从而制定出合理的供水方案。
1.
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材料与方法

绿色荧光蛋白转入拟南芥愈伤组织

绿色荧光蛋白转入拟南芥愈伤组织引言：拟南芥(Arabidopsis thaliana)属于十字花科，与甘蓝、白菜和油菜同科。由于拟南芥具有植株很小(株高约15 Cllfl)、生活周期很短(42～56 d)、种子丰富(每株3000粒以上)、易于繁殖和人工诱变等优点，早在1943年它就被选为模式植物进行研究；1980年公布了它的遗传图谱；1997年公布了拟南芥线粒体基因组，这是有花植物中第1个完整的线粒体基因组分析；2000年拟南芥国际合作组织完成了其核基因组全长测定，是迄今唯一完成全部基因组序列测定的植物。拟南芥在植物进化中处于相当高的位置，在拟南芥中发现的一些重要调节基因都能在其他植物中找到它们的同源基因。因此，如果从比较容易的拟南芥人手，获得的基因研究成果可以更容易地向农作物转化，表现出可观的经济效益。绿色荧光蛋白（GFP）最早是由Shimomura等[1]从多管水母中分离出来的一种荧光蛋白。主要存在与水母、水螅和珊瑚等腔肠动物体内。其特点在于发光无需底物或辅助因子，其发光的主要原因是因为其独特的一级结构[2]。GFP作为一种报告基因还具有无种属特异性、分子量小、容易与其他蛋白形成融合蛋白、不损害细胞、易检测、可用于活体观察等特点[3]。本实验就是利用了其荧光和活体检测的优点对转化效率进行评测。目前有关于GFP的研究多见于其在细胞中的瞬时表达[4,5]，但是它本身的发光是依赖于其特有的氨基酸序列，而且很容易和其他蛋白进行融合表达，因此可以将GFP蛋白和目的蛋白进行融合表达，通过荧光显微镜对目的蛋白在细胞或组织中的表达情况进行直接观察。这种方法相与传统的免疫荧光方法相比可以直接进行活体观察，且样品处理及观察更加简便。一、实验原理 1.培养拟南芥愈伤组织 1.1配制培养基时，为了使用方便和用量准确，通常采用母液法进行配制，即将所选培养基配方中各试剂的用量，扩大若干倍后再准确称量，分别先配制成一系列的母液置于冰箱中保存，使用时按比例吸取母液进行稀释配制即可。 1.2愈伤组织原指植物体的局部受到创伤刺激后，在伤口表面新生的组织。它由活的薄壁细胞组成，可起源于植物体任何器官内各种组织的活细胞。在植物体的创伤部分，愈伤组织可帮助伤口愈合；在嫁接中，可促使砧木与接穗愈合，并由新生的维管组织使砧木和接穗沟通；在扦插中，从伤口愈伤组织可分化出不定根或不定芽，迸而形成完整植株。在植物器官、组织、细胞离体培养时，条件适宜也可以长出愈伤组织。其发生过程是：外植体中的活细胞经诱导，恢复其潜在的全能性，转变为分生细胞，继而其衍生的细胞分化为薄壁组织而形成愈伤组织。愈伤组织诱导的成败关键主要不是外植体的来源和种类，而是培养条件，其中激素的种类和浓度最为重要。诱导愈伤组织常用的生长素是2，4-D，IAA和NAA，常用的细胞分裂素是KT和6-BA。愈伤组织形成的过程分为3个时期：诱导期、分裂期、分化期（形成期）。愈伤组织的生长是发生在不与琼脂培养基接触的表面。 1.3调节培养基的酸碱性至PH5.8。由于培养基的PH值直接影响到培养物对离子的吸收，因而过酸或过碱都对植物材料的生长有很大的影响。此外，PH还影响到琼脂培养基的凝固情况。所以，当培养基配制好后应立即进行PH值的调整。培养基若偏酸时用氢氧化钠（1mol/L）来调节，若过碱就用盐酸（1mol/L）来调

模式植物拟南芥T-DNA插入突变体的鉴定

模式植物拟南芥T-DNA插入突变体的鉴定摘要：通过本次实验，了解了拟南芥T-DNA插入突变体鉴定的原理，掌握了DNA提取技术、PCR技术以及电泳鉴定技术，对拟南芥的基因型做出判断。实验首先提取拟南芥的DNA，将获得的DNA进行PCR扩增，将扩增好的DNA加入上样缓冲液后与DNAmarker一起进行电泳，用凝胶成像系统对凝胶进行处理，可以看到大小不同的DNA条带分离。通过这种方法鉴定出拟南芥是否为突变体。关键词：T-DNA插入突变体、DNA提取、PCR、电泳鉴定、凝胶成像系统 1.前言拟南芥作为生物学研究的模式植物，由于其易于种植、生活周期短、遗传背景清晰、易于转基因操作等特点，已被广泛应用于植物学的各种基础和应用研究领域中。同时，拟南芥T—DNA饱和突变体库的建立和T-DNA侧翼序列的确定，为功能基因组学提供了丰富、有效的遗传材料。 2.实验 2.1实验目的（1）提取植物基因组DNA的方法；（2）PCR操作方法；（3）琼脂糖凝胶分离核酸方法。 2.2实验原理 Ti质粒是土壤农杆菌的天然质粒，该质粒上有一段特殊的DNA区段，当农杆菌侵染植物细胞时，该DNA区段能自发转移进植物细胞，并插入植物染色体DNA中。所以Ti质粒上的这一段能够转移的DNA被叫做T-DNA。将Ti质粒进行改造，将感兴趣的基因放进T-DNA区段中没通过农杆菌侵染植物细胞，实现外源基因对植物的遗传转化。

T-DNA插图到植物染色体上的什么位置，是随机的。如果T-DNA插入进某个功能基因的内部，特别是插入到外显子区，将造成基因功能的丧失。所以利用农杆菌Ti质粒转化植物细胞，是获得植物突变体的一种重要方法。用PCR方法鉴定T-DNA插入船和突变体。农杆菌Ti质粒转化植物细胞后，在获得的后代分离群体汇总，有T-DNA插入的纯合突变体，杂合突变体和野生型。在突变体研究中，需要的材料是纯合突变体，所以必须从分离群体中将纯合突变体鉴定出来。 “三引物法”的原理如图1所示，即用三种引物（LP、BP、RP）进行PCR扩增，野生型植株目的基因的两条染色体上均为发生T-DNA插入，所以其PCR产物仅有一种，分子量约为900bp（即从LP到RP）；纯合突变体植株目的基因的两条染色体上均发生T-DNA插入，而T-DNA 本身的长度约为17kb，过长的模版会阻抑目的基因特异扩增产物的形成，所以也只能得到1种以LB与LP（或RP）为引物进行扩增的产物，分子量约为410+N bp（即从LP或RP到T-DNA 插入位点的片段），长度为300+N bp,再加上从LB到T-DNA载体左边界的片段，长度为110bp）；杂合突变体植株只在目的基因的一条染色体上发生了T-DNA插入，所以PCR扩增后可同时得到410+N bp和900bp两种产物。上述3种情况的电泳结果差异明显，能有效区分不同基因型的植株。此法的有点事可同时鉴定出纯合突变体并确证T-DNA的插入情况。 “双引物法”的基本原理与“三引物法”相似，即采用特异引物扩增目的基因片段和T-DNA插入片段，通过比对扩增结果进行突变体的鉴定。具体方法图2所示：首先以基因组 DNA为模版，用一对特意产物（LP和RP）扩增目的基因片段，初步鉴定出纯合突变体（图

拟南芥

拟南芥培养方法的进展研究拟南芥( Arabidopsis thaliana) 是十字花科拟南芥属植物, 虽然没有经济价值, 但具有生育期短, 植株个体小及基因组小等特点, 因而长期以来一直被用来作为分子生物学和传统遗传学研究的模式实验材料, 作为高等植物中具有最少基因组的物种,在科学研究中的地位也是极为重要得。为了与国际接轨, 近年来国内已引入了拟南芥作为实验材料。室内培养不仅可以得到试验所需的材料,也可以打破自然条件的限制对拟南芥进行各种诱导,为拟南芥新品种的培养和种性的改良提供便利条件,掌握拟南芥室内培养技术对顺利开展植物发育生物学的研究具有重要的意义。但是, 拟南芥属于较难培养的植物,许多因素制约着它的正常生长和发育，比如，拟南芥种子特别小, 幼苗很弱, 易夭折, 给它的培养带来一定的困难。目前,国内很少有实验室具备国外人工气候室培养拟南芥的全方位调控条件, 在拟南芥培养方面存在成活率低、培养周期长等问题。因此, 掌握拟南芥的培养技术非常重要。拟南芥室内培养方法研究拟南芥室内培养一般从种子春化开始,经历消毒、育苗、移栽、后期管理、种子收集及保存等阶段。通常采用水培和土培两种方法。1种子的春化春化作用(verna lization)是某些高等植物具备成花能力所必需的,即通过适当长度和强度的冷处理诱导开花抑制蛋白基因沉默,从而使植物

具备开花能力.近年来的研究已经表明春化过程中特定抑制蛋白表达沉默的原因部分是由于染色体上特定位点的组氨酸的共价修饰. 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。 2种子的消毒拟南芥种子的消毒主要是用次氯酸钠溶液和酒精，不同浓度的溶液对种子上的病毒和细菌有不同的杀灭作用，结合文献资料，在本人第二课堂的实验中（《拟南芥三种培养方法的比较》），对比了三种不同的消毒方法，探索消毒方法旨在寻找出一种对拟南芥种子伤害最小，并且最有效的消毒方法。三种方法分别如下 2.1 70%的酒精消毒处理5分钟，然后用2.6%的次氯酸钠溶液消毒处理10分钟 2.2 75%的酒精消毒处理1分钟，1%的次氯酸钠溶液处理10分钟 2.3 5%的次氯酸钠溶液消毒处理5分钟。实验用品器材：培养皿，记号笔，封口膜，酒精棉，废液缸，移液枪（配枪头多个），EP管，酒精灯，镊子，吸水纸，玻璃棒，电热套，无菌操作台，高压湿热灭菌锅。试剂：MS培养基原料(见附录)，次氯酸钠溶液，酒精（实验室的次

拟南芥的实验方案种植

拟南芥的实验室种植方案————蛭石培养法一．实验原理拟南芥是十字花科植物，个体小，生活周期短，种植和生长不受季节限制，自花传粉，是植物实验常用的模式植物。蛭石是一种天然、无毒的矿物质，在高温作用下会膨胀的矿物。它是一种比较少见的矿物，属于硅酸盐。有离子交换的能力，它对土壤的营养有极大的作用。栽培介质需要有良好的排水性和透气性，以防止过湿引起真菌和昆虫幼虫的滋生。使用泥炭土，蛭石，珍珠岩的混合土壤作培养介质能达到良好的效果。二．实验材料和试剂花盆、铲子、小型喷水壶、薄膜、橡胶手套、尖嘴洗瓶、滤纸、烧杯、营养液、蛭石、泥炭土、珍珠岩、人工培养箱、4?Ｃ冰箱。三．实验步骤

（2）种子处理春化种子：将种子放置于烧杯内，4?Ｃ冰箱下，保持3-4天。（3）土壤混合物的配置泥炭土：蛭石：珍珠岩=1：1：1。用铲子放入花盆中，用营养液浇灌至湿润。 2.播种：将种子倒在滤纸上，轻轻震荡纸张，可均匀播撒，用薄膜（既保证所需温度又保证所需湿度）封住花盆口，薄膜扎孔（以便后继浇灌营养液）。 3.培养：（1）人工培养箱，温度23?Ｃ，光强240 μmol·m-2·s-1，16h光照, 8 h 黑暗, 相对湿度60%~70%。（2）在培养时浇培养液，用尖嘴洗瓶浇灌，1-2天浇一次。（3）种子发芽后，及时揭开薄膜，幼苗生长过程中及时浇灌营养液和适宜的水分。四. 实验结果预测 3-4天后种子可发芽，此时，及时揭去薄膜，继续培养植株，作实验观察。五．注意事项（1）实验过程中佩戴橡胶手套。（2）幼苗浇灌水分不易过量，以避免根部缺氧死亡。（3）种子播种时要均匀。（4）配置土壤混合物时，要保持珍珠岩完整和土质蓬松。五. 参考文献和资料翟中和，丁明孝，王喜中.细胞生物学（第四版）.高等教育出版社。刘金亮. 拟南芥实验室常用的种植方法.西北师范大学，生命科学学院，730070。张庆友，孙新月，兰伟，许树成，祝雪兰. 拟南芥实验室种植栽培要领. 生物学通报. 2015年第50卷第七期。刘守伟，刘士勇. 拟南芥室内培养技术研究. 东北农业大学学报. 2007年4月第38卷第2期38（2）:279～281。

模式植物拟南芥遗传应用综述

模式植物拟南芥遗传应用综述摘要：拟南芥作为一种比较经典的“模式植物”，在研究相关的其他生物的生命活动规律中，因其结构简单，相似性高，而表现出其他生物无法比拟的优越性，成为了科学家们最理想的研究对象。本文分别从问题的提出、历史的发展、现状的分析和前景的预测四个方面对拟南芥在科学界的地位及作用进行了综合性的总结和叙述。关键词：拟南芥；模式植物；遗传；应用一、前言纵观过去和现在，科学界对拟南芥的重视程度以及拟南芥在生物遗传学的地位有着巨大的差异。尤其是近几年来，科学界对拟南芥的热衷程度日渐加深，完全不同于90年代以前的冷淡。而且现在的科学家们对于拟南芥的研究方向是各种各样的，越来越广泛。本文就是对拟南芥在不同研究课题下所起的作用、在遗传应用上所表现的优越性进行一个总结性的综述，探讨产生此种现象的原因，从而得出此种作物在生物学上的大致研究方向，并作出相应的前景预测，让我们对它的研究潜力进行进一步的挖掘，让它的贡献更大化。此外，也希望通过本文，让大家对拟南芥在过去和现在的发展有一个更加清楚的了解，把握住大致的脉络，并对今后的研究提供相应的指导和帮助。二、历史的发展：虽然孟德尔以豌豆为实验材料开创了现代遗传学, 后来麦克林托克又研究了玉米, 发现了惊人的“跳跃基因”, 但总的来说, 这些植物都不是研究分子遗传学的良好材料。高等植物通常需要较大的种植面积, 特殊的条件, 而且繁殖周期长。更糟的是, 植物的基因组通常都很大（例如, 玉米的基因组比果蝇的大两个数量级）, 使人们难以分离到特定的基因[1]。因此, 虽然K’Roberts早就认为植物是研究发育的良好系统,但迄今为止, 在研究植物的细胞分化和形态发生等方面一直进展迟缓。长期以来, 分子生物学家们一直希望能在植物中找到象动物中的黑腹果蝇(Drosophila me-lanogaster)那样繁殖快, 易于在实验室中培养,并能用分子生物学和遗传学技术进行广泛研究的实验材料,以便从根本上改变植物遗传学研究的长期落后状况。1985年4月13-19日在美国科罗拉多州召开的植物遗传学UCLA上, 科学家们宣布, 他们终于确定了植物王国中的“果蝇”—拟南芥，而这也奠定了拟南芥在将来时期的地位。 2.1拟南芥的研究进度以及介绍拟南芥(Arabidopsis thaliana) 是一种极普通的草本植物，常用俗名鼠耳芥，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。近年来，植物科学中许多有价值的发现几乎都是以拟南芥为实验材料取得的，因此它被誉为植物界的“果蝇”。拟南芥具有以下主要特点:(1)形态个体小，高度只有30 cm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。早在1907年，Strasburger就利用拟南芥研究了染色体的连续性。他的学生Laibach于同年发现拟南芥间期核中的异染色质体的数目与其中期染色体数相同，这种现象在植物界中是比较少见的。拟南芥的染色体数目为2n=10，其

植物组织培养

园林植物组织培养 Landscape Plant Tissue Culture 一、常用术语 1.植物组织培养(Plant tissue culture) 是指将植物的离体器官(根、茎、叶、花、果实、种子等）、组织（花药、胚珠、形成层、皮层、胚乳等）、细胞（体细胞、花粉细胞等）以及去除细胞壁的原生质体，放在离体无菌条件下，在人工控制的环境条件下，培养在人工配制的培养基上，使其生长、分化并成长为完整植株的过程。 2.外植体（explant) 由植物（母体）上取来作离体培养的材料。 3.初代培养（first culture, initial culture) 最初接种在培养基上的外植体的培养。 4.继代培养（subculture) 将获得的增殖的培养体（芽、茎段或带愈伤组织的丛芽团块等）移植到新鲜的培养基上再次或反复多次的切割移植培养。 5.继代周期（period of sub-culture) 前后两次继代培养的间隔时间（天数）,一般28d。 6.增殖培养（proferlliation culture) 己分化芽、小球茎（芽丛或小球茎团常称为团块）和无性细胞胚再继续进行增殖的培养。所用的培养基则为增殖培养基。 7.增殖系数（proferliation index) 后一次培养物（芽或团块）的数量比前一次培养物增加的倍数。（如10—100，index=9) 8.脱分化（dedifferentiation) 如果初始接种在培养基上的外植体，不是通过芽原基萌发的途径直接生长，而是首先形成愈伤组织，再进行分化为不定芽或无性胚时，这种初始培养被称为脱分化，所用的培养基称脱分化培养基。（己分化的细胞回复到分生状态） 9.分化培养（differentiation culture) 经过脱分化阶段的外植体（形成愈伤组织或肉眼看不到的愈伤组织），转移到另一培养基上分化出芽（或小球茎）或胚时，则称为分化培养。所用培养基称分化培养基。 10.生根培养（rootting culture) 诱导生根形成完整植株就是生根培养。所得到的完整植株叫组培苗（plantlet)。培养过程中没有形成完整植物的培养物叫microcutting。 11.愈伤组织（callus）植物体的局部受到创伤刺激后，在伤口表面新生的组织。它由活的薄壁细胞组成，可起源于植物体任何器官内各种组织的活细胞。 12.胚状体离体培养条件下，没有经过受精过程，但是经过了胚胎发育过程所形成的胚状类似物，此现象无论在体细胞培养还是生殖细胞培养中均可以看到，因而统称为体细胞或胚状体。二、植物组织培养的基本原理 (一)植物的再生现象 1.有性繁殖：雌雄配子——合子——胚——植株。 2.无性繁殖：不通过雌雄配子的结合，而是用其母体的一部分来进行繁殖。（大蒜分瓣繁殖，土豆芽繁殖，唐昌蒲子球繁殖）基于对自然状态下某些植物可以通过无性繁殖产生后代的观察，人们便产生了这样一种想法：即能否将植物体的一部分在适当的条件下培养成一个完整的植物体。为此许多植物科学工作者开始了培养植物组织的尝试。最初的问题仍然是集中在植物细胞有没有全能性和如何使这种全能性表现出来。

拟南芥的一般生物学特性

一、拟南芥的一般生物学特性 1. 形态学描述拟南芥（Arabidopsis thaliana）为十字花科拟南芥属。一年生细弱草本植物（图21-1 A）。株高15至30厘米，随生长环境或培养条件变化。基生叶多数，长圆形或椭圆形，呈莲座状排列。茎生叶具短柄或无柄。总状花序顶生，花瓣白色；雄蕊6枚，花药黄色；雌蕊圆柱状。长角果线形，长约10至16毫米，成熟时开裂。种子呈卵形，长约1毫米，成熟时红褐色。有关拟南芥的各种形态特征、形态发生及个体发育的过程等在许多文献中已有很详尽的描述，为研究人员利用拟南芥为实验材料提供了很好的基础和方便。 2. 个体小、易于栽培管理与其它大多数高等植物相比，拟南芥的个体较小。成熟个体株高在15至30厘米之间。由于个体小，很容易在面积有限的温室或人工气候室内大批量地种植。特别是对于一些有特殊要求的研究工作，甚至可以在培养器皿中完成生活史（如有时需要在无菌条件下进行培养等）。而且，拟南芥对生长条件的要求并不十分严格，这一特点使得在实验工作中很容易实现拟南芥的栽培管理。 3. 生长周期较短在一般的温室或人工气候室条件下，从拟南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拟南芥提前或推后开花结实的目的。如延长每天的光照时间，可使拟南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。拟南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。二、拟南芥的普通遗传学特性 1. 既可自交、又可人工杂交在自然条件下，拟南芥是典型的自交繁殖植物，这使得拟南芥在种植繁种过程中得以保持其遗传上的稳定性。同时在实验过程中，根据研究目的又可方便地实施人工杂交，使得遗传分析工作很容易完成。 2. 种子结实量大虽然拟南芥植物个体较小，但其种子结实量非常之大。一个角果可结实数十至上百粒种子；在生长良好的情况下，单株结实量可达上万粒之多！这使得很容易进行后代的遗传分析工作，也很容易扩增所需突变体的种子库。 3. 容易被诱变产生所需突变体拟南芥在正常条件下通过自交产生后代，在遗传上表现出较高的稳定性。但拟南芥在特殊条件处理后较易发生突变，如利用物理的（如辐射处理）、化学的（如EMS处理）、及遗传转化（如T-DNA插入）等方法进行人工诱变处理，可获得具有各种不同表型性状的突变体。利用这些人工诱变方法产生的突变是随机的，可进一步通过对突变体库的有目的筛选而获得所需的突变体。 4. 染色体结构通过对细胞周期的中期（metaphase）染色体观察，可以清晰地辨认单倍体拟南芥有5条染色单体（2倍体为10条染色体）。对拟南芥遗传图谱的连锁关系分析，也证实了单倍体拟南芥包含5个遗传连锁群。除去着丝粒、端粒等区域及一些重复序列，目前已经完成测序的第一条至第五条染色体的DNA序列长度依次为29.1 Mb、19.6 Mb、23.2 Mb、 17.5 Mb、26.0 Mb（总长为115.4 Mb），而包括所有序列在内的拟南芥单倍体基因组总长约为125 Mb（注：此数据为2000年12月14日《自然》杂志公布的数据，随着拟南