拟南芥全人工光源栽培条件研究

        摘要：以哥伦比亚野生型拟南芥（Arabidopsis thaliana）为材料，在全人工光源条件下，对影响拟南芥生长的光、温、播种方式等因素进行了比较，测定不同条件拟南芥的叶片增长速度、抽薹时间、单株种子产量，以此来衡量拟南芥生长状况。结果表明，拟南芥生长适宜光照度为8 000～12 000 lx;每天最适宜光照时间为9 h;适宜温度为19 ℃;直播更适合苗期营养生长。

        关键词：拟南芥（Arabidopsis thaliana）;叶片增长速度;单株种子产量;全人工光源

        中图分类号：S482.4; ; ; ; ;文献标识码：A

        文章编号：0439-8114（2019）23-0130-02

        DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2019.23.030; ; ; ; ; ;开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

        Study on total artificial illumination cultivation conditions of Arabidopsis thaliana

        ZHANG Zhi-gang，WANG Kai-mei，WU Zhao-yuan，WAN Zhong-yi，ZHANG Zhun-xia

        （1.Hubei Biopesticide Engineering Research Center/The Branch Center of Biopesiticide，Hubei Agricultural Scientific and Technological Innovation Center，Wuhan 430064，China）

        Abstract： The wild-type Arabidopsis thaliana （Col） was used as a material， under the conditions of total artificial light source， the factors affecting the growth， temperature and sowing mode of A. thaliana were compared; the leaf growth rate， convulsion time and seed yield per plant of A. thaliana under different conditions were determined to measure the growth of A. thaliana. The results showed that the suitable light intensity of A. thaliana was 8 000～12 000 lx; the optimum light length was 9 h; the suitable temperature was 19 ℃; the direct seeding was more suitable for seedling vegetative growth..

        Key words： Arabidopsis thaliana; leaf growth rate; yield per plant; total artificial illumination

        拟南芥（Arabidopsis thaliana）作为遗传学和植物发育研究中的模式生物，在分子生物学及遗传育种学研究中应用极广，在除草剂作用机理研究以及除草剂筛选中的应用也越来越多。拟南芥各种突变株、野生株的繁殖和资源保藏所进行的栽培主要在日光温室中进行。由于季节变化，日光温室中的光照强度波动很大，引起拟南芥种子产量不稳定，种子收获时间也不易控制。在全人工光源条件下的栽培可以摆脱拟南芥生长对季节、气温、光照等条件的依赖，及时获得稳定的种子资源。拟南芥严格自花受粉的特点也为室内全人工光源栽培提供了便利。室内全人工光源条件下，拟南芥的营养生长及生殖生长时间周期可以根据需要调整，也便于栽培中病虫害防治，保证种子资源的一致性和稳定性。

        1; 材料与方法

        1.1; 试验材料

        1.1.1; 拟南芥; 拟南芥为哥伦比亚野生型，由湖北省生物农药工程研究中心微生物资源研究室保存。种子保存在具透气塞的玻璃管中，保存温度8 ℃。

        1.1.2; 主要仪器、设备; 光照度计、日光灯管组（单支30 W，0.4 m距离光照为3 000～3 500 lx）、人工气候室（光、温可调）、无菌操作台。

        1.1.3; 培养土; 市售东北泥炭土、河沙、珍珠岩。

        1.1.4; 试剂; 75%乙醇、2%次氯酸钠溶液，用于种子表面处理的试剂;50%多菌灵可湿性粉剂，作为杀菌剂。

        1.2; 试验方法

        1.2.1; 拟南芥种子除菌处理及培养土制备; 称取3 g拟南芥种子，置于15 mL离心管中，用75%乙醇浸泡30 s，快速移出，经2%次氯酸钠溶液浸泡10 min，以无菌水反复振荡、浸洗5次以上，移除積水，摊开置于无菌吸水纸上，在无菌操作台吹干，备用[1]。泥炭土、河沙、珍珠岩混匀，加入适量水配成培养土[2]。培养土分装于9 cm口径的塑料花盆中，以齐平花盆口为准。

        1.2.2; 播种; 拟南芥种子播种前与无菌河沙混合，便于播种和播种后的种子保湿。将与河沙混合后的种子直接播种于培养土表面，每盆播种量20～30粒。

        1.2.3; 直播与移栽对拟南芥生长的影响[3]; 在直径9 cm花盆中装入培养土后，每盆播种20～30粒，移入人工光源培养室培养。1周后待幼苗长出两片真叶后进行处理。处理1，直接拔掉多余幼苗，间苗后每盆保留2株幼苗;处理2，选择壮苗进行移栽，每盆移栽2株幼苗。24盆为1组，每处理3组。每周二记录各盆中幼苗叶片数，持续记录到第七周。记录叶片增长数及7周后幼苗成活率。培养条件为温度19 ℃，相对湿度70%～80%，每日光照9 h，光照度6 000 lx[4]。

        1.2.4; 光照时长对拟南芥生长的影响[5]; 采用直播的方法播种，每个花盆定植1株幼苗，24株为1组，每处理3组。每日光照时间分别为24、18、12、9 h。记录抽薹率达60%的时间及单株种子产量。培养条件为温度19 ℃，相对湿度70%～80%，光照度6 000 lx。

        1.2.5; 温度对拟南芥生长的影响[6]; 每个花盆直播定植1株幼苗，24株为1组，每处理3组。分别在15、19、25、30 ℃培养，记录第五周叶片增长数、抽薹率达60%的时间及单株种子产量。培养条件为相对湿度70%～80%，每日光照时间为9 h，光照度6 000 lx。

        1.2.6; 光照度对拟南芥生长的影响[7]; 每个花盆直播定植1株幼苗，24株为1组，每处理6组。设计光照度为4 000、6 000、8 000、10 000、12 000 lx。实测光照度为播种当天光源开启后4 h实测值。因抽薹后有部分植株死亡，单株种子产量以成活株统计，死亡株不统计。记录叶片增长数、抽薹率达60%的时间及单株种子产量。培养条件为温度19 ℃，相对湿度70%～80%，光照9 h/d。

        2; 结果与分析

        2.1; 直播与移栽对拟南芥生长的影响

        拟南芥种子小（千粒重12 mg），幼苗纤细。直播不易均匀，移栽损伤幼苗。结果（表1）显示，移栽后的幼苗有2周的恢复期。恢复期间，叶片增长停止，并且有20.8%的幼苗死亡。直播间苗幼苗持续生长，无死苗。

        2.2; 光照时长对拟南芥生长的影响

        拟南芥为短日照植物。人工光照条件下，光照时长增加可促使其营养生长期变短。结果（表2）显示，随着光照时间减少，拟南芥抽薹推迟，单株种子产量增加。

        2.3; 温度对拟南芥生长的影响

        不同温度对拟南芥幼苗的叶片数增长影响不明显。5周后，30 ℃的幼苗开始抽薹，单株种子产量低。随着培养温度的降低，幼苗的抽薹时间延后，单株种子产量提高（表3）。

        2.4; 光照度对拟南芥生长的影响

        全人工光源条件下，光照度的上限受限。因为光源自身发热等原因，灯管的安装密度也不能过大。灯管和幼苗40 cm距离时，光照强度上限为12 000 lx。结果（表4）显示，随着光照度升高，拟南芥幼苗的抽薹时间提早，种子平均株产量提高。

        3; 小结与讨论

        全人工光源条件下的温度、每日光照时长、光照度对拟南芥的营养生长和生殖生长都有一定的影响。可以根据不同试验要求，通过光、温的调控，及时获得需要的植株或种子。例如，为了快速获得叶片或者种子，可以通过增加光照时间，适当提高培养温度来缩短营养生长时间;而以收获更多种子为目标，则要使用较低温度，适当减少光照时间和提高光照度延长拟南芥的营养生长期，积累更多养分，进而获得更多种子。全人工光源培养条件下，在植物生长后期由于养分的累积，培养土中真菌生长较快，会影响根系的正常呼吸和吸收功能，适当施用抗菌剂可以延长植物花期，提高种子产量。

        参考文献：

        [1] 张志元，罗永兰，官春云.油菜种子内生菌的检测及杀菌消毒处理方法[J].湖北农业科学，2005（1）：52-55.

        [2] 张国增，安国勇，宋纯鹏，等.不同培养条件对拟南芥根细胞膜片钳记录的影响[J].植物学通报2005，22（1）：27-31.

        [3] 王秀荣，沈宏，严小龙.拟南芥室内繁种技术研究[J].华南农业大学学报（自然科学版），2002（3）：94-95.

        [4] 李; 玲，刘炳福，刘开泉，等.冬季拟南芥土培室与大棚培养技术的对比研究[J].山东农业科学，2010（10）：55-57，61.

        [5] 赵术珍，毕玉平.拟南芥室内繁种技术的改進[J].山东农业科学，2011（3）：50-51.

        [6] 刘守伟，刘士勇.拟南芥室内培养技术研究[J].东北农业大学学报，2007（2）：279-281.

        [7] 郁晓敏，方; 萍，朱日清.拟南芥直播水培法[J].植物生理学通讯，2004（1）：81-82.