高压水枪湿土法和瓶旋转播种法加速温室批量拟南芥的栽培进程

张小明 刘天猛 勾雪娇 杨永平 胡向阳

摘要[目的] 为了寻找适用于温室批量拟南芥栽培过程中快速且经济实用的盆栽土浇湿方法和播种方法。[方法] 结合温室批量拟南芥栽培中土壤要求特点和播种特点，摸索出实用、简易且快速的批量盆装土浇湿方法和播种方法——高压水枪湿土法和瓶旋转播种法。高压水枪湿土法采用简单的覆水、穿透、浇湿和浇平四步，能快速备好用于播种或移栽等盆装湿土；瓶旋转播种法利用自制播种瓶，采用简易的旋转、挤压和倾倒等操作，能快速播种。[结果] 使用高压水枪湿土法浇湿50托盘1 000盆土只需约35 min，浇好的盆装土具有土壤湿润、通气性好、基质分布均匀和表面平整等优点，利于种子播撒、萌发和移栽幼苗成活与正常生长；使用瓶旋转播种法播种50托盘1 000盆土仅需15 min，播种后种子疏密一致、分布较均匀。[结论]利用这两种方法，加上后期日常管理，可快速培养出大量生长健壮、表型稳定和符合实验要求的拟南芥，加快了实验室科研项目推进的速度。高压水枪湿土法对其他温室栽培植物如花卉、蔬菜和果树幼苗等移栽前的盆装土浇湿适用， 瓶旋转播种法对其他微小种子的播撒也有重要参考价值。

关键词拟南芥；温室栽培；盆装土；高压水枪；备土；播种

中图分类号S316；Q94-336文献标识码A文章编号0517-6611（2015）34-010-05

拟南芥（Arabidopsis thaliana）又称鼠耳芥、阿拉伯芥、阿拉伯草，是十字花科（Crucifer）拟南芥属（Arabidopsis）植物，具有显花植物的全部特征，且具有基因组小、植株矮小、结构简单、生长周期短、繁殖系数高、生活力强和自花授粉等优点。它是植物遗传学、分子生物学和发育生物学等研究的模式植物，被科学家誉为“植物界中的果蝇”[1-5]。作为基因组已知的模式植物[6-7]，拟南芥在植物功能基因组学的研究中发挥非常重要的作用[8-9]，已被国内外许多实验室广泛栽培[10]。

在涉及拟南芥的各种试验过程中，培养好拟南芥是一个关键环节，而拟南芥种子小，幼苗弱，易夭折，喜湿润，不耐旱[11-12]，在通气性好、腐殖质含量丰富和较湿润的土壤中才能良好生长[13]。它对生长环境尤其对土壤有较高的要求，这给拟南芥的培育带来一定的困难[14]。国内外已对拟南芥的栽培方法进行大量研究，目前实验室拟南芥的栽培方法主要有水培法和土培法两种[11，15]。水培法可提供充足的营养和水分。对于一些有特殊栽培要求的来说，它可以排除栽培介质的干扰，培养出健壮植株[16-19]，但由于培养装置一般较复杂、能耗较大、培养条件要求高和成本较高等缺点，限制了它的应用范围。目前，常用的方法是土培法。该方法又有两种方法。一种是移栽法，即先将低温处理后的种子点在无菌培养基上，约10 d后再移栽到土壤中；另一种是土壤直接培养法，即把低温处理后的种子直接播撒在土壤中[11，14-15]。移栽法育苗对无菌要求高，移栽操作费时、费工，移栽后幼苗成活率低、扎根浅等。而土壤直接培养法有操作简便、对种子无菌要求低、种子出苗后长势整齐等优点，是目前国内实验室普遍采用的方法[11]。

在土壤直接培养法方面，目前有关土壤基质的组成、配比等的不同对拟南芥生长发育影响的研究已较多[11-15，20-26]。各实验室基本都有较适合当地拟南芥生长发育的土壤基质组成和配比，符合拟南芥对土壤基质的要求。而培育拟南芥的土壤基质通常都有较难用水渗透的问题，需要特别的加水搅拌操作才能达到湿润目的。湿润、通透性好的土壤基质制备这一环节对拟南芥萌发和后期正常生长很重要[15，20]，但由于过程简单、技术含量低而重视不多。目前，针对土壤湿润方法、湿润土壤通气性好坏和浇湿后土壤基质是否均匀等方面的报道很少，部分实验室甚至直接在土壤基质表面加水湿润后播种[14]。这种方法可能对种子萌发影响的不大，但对幼苗后期的正常生长可能会有较大影响。有的实验室采用向托盘中加水让盆底的孔将盆装土浸湿的方法来湿土[12，15，21-22，25]。这种方法难以保证土壤基质内部渗透充分，对种子萌发和后期生长有一定影响，且该方法对较难渗透的土壤基質几乎不起作用。现在一般实验室采用普通的先加水拌土再装盆（湿基质装盆）或先将土装盆再用木棒加水逐个搅拌浇湿（干基质装盆再湿土）等方法制备盆装湿土，然后用于播种或移栽幼苗[20，27]。由于以上湿土方法存在工作量大、耗时长、土壤黏结、通透性差或基质分布不均匀等问题[27]，寻找一种简易、快速且符合拟南芥生长要求的盆装土浇湿方法显得十分必要。

种子播撒也是土壤直接培养法批量栽培拟南芥中的一个重要环节。如何快速播种且保证播种疏密适当和一致等对后期的日常管理十分重要[15]，直接影响后期间苗的工作量和植株长势，但由于该环节操作简单而易被忽视。尽管如此，不少实验室对播种方法已有一定探讨。已报道的方法有直接散播法、湿竹签沾种点播法、土壤种子混合播撒法、琼脂水悬浮种子牙签点播法、蒸馏水悬浮种子牙签点播法和琼脂水悬浮种子移液枪点播法等[11-12，14，21-23，26-27]。由于这些播种方法存在耗时长、种子成簇生长、幼苗弱、难移栽、间苗伤根、长势不一致或移栽成活率低等问题[22，27]，寻找一种实用、快速、能保证播种后种子出苗一致且疏密适当等的播种方法是相当必要的。

在前人和所在实验室研究的基础之上，结合温室批量拟南芥栽培过程中的土壤要求特点，笔者将日常用于清洗的高压水枪引入盆装土的浇湿过程中，利用其能产生高速的水柱和水流等特点，摸索出一种新的盆装土浇湿方法——高压水枪湿土法，结果极大地提高了温室备土的速度和质量；同时，根据批量拟南芥栽培的播种特点，利用生活中废弃的饮料瓶瓶身的弹性形变和受压出水的速度灵活、易控等特点，将其应用到批量种子的播撒中，摸索出一种经济实用的播种方法——瓶旋转播种法，加快了批量种子的播种速度和播种质量。这2种简易、快速方法的使用加速了温室批量拟南芥的栽培进程，从而加快实验室科研项目推进的速度。

1材料与方法

1.1材料

供试材料为Columbia生态型拟南芥（Arabidopsis thaliana）种子。

土壤基质由进口品氏泥炭土、腐殖土和蛭石按体积比1∶1∶1混合均匀而成。

其他器材有托盘（内/外规格：50.0/58.0 cm *33.5/40.0 cm*4.0 cm），小花盆（上/下直径9.5 cm/7.0 cm，高8.0 cm），高压水枪，喷壶，水管，饮料瓶等（图1）。

1.2方法

1.2.1高压水枪湿土法。

高压水枪浇湿盆装土法，简称高压水枪湿土法，主要包括覆水、穿透、浇湿和浇平等步骤（图2）。

（1）覆水。用喷壶或接有管子的喷壶嘴将待浇湿的盆装土和托盘中覆上一层水，以防穿透过程中土壤溅出。

（2）穿透。将高压水枪接上管子，打开水龙头，调节水龙头水流大小，再调节高压水枪水柱大小，使其水柱中等大小，将高压水枪水柱与盆装土表面保持垂直，缓慢在盆装土中依次旋转移过，使盆中底部被水柱穿透，以利于托盘中水的渗透，便于土的浇湿。

（3）浇湿。将高压水枪调至水柱消失而水覆盖面较大、水流较快，手持水枪在盆装土上方依次快速旋转搅动，以便迅速浇湿盆装土，并且将盆边缘残土浇入盆中。

（4）浇平。用喷壶或接有水管的喷壶嘴将浇湿的盆装土上覆上一层水。由于水流冲击力、水的重力和自由渗透作用等，数分钟后盆装土表面将变得很平整。

浇湿好的盆装土可立即使用或放置数天备用，不影响种子萌发、正常生长和移栽幼苗的成活。

1.2.2瓶旋转播种法。

饮料瓶颠倒旋转播种法，简称瓶旋转播种法。播种瓶为一废弃的约600 ml饮料瓶，扭下其瓶盖，在瓶盖中央打一直径约1 mm的小孔，即制作完毕。瓶旋转播种法主要包括倒种、装水、颠瓶和播种等步骤。

（1）倒种。根据试验需要，向播种瓶中倒入适量低温处理2～3 d已被打破休眠的拟南芥种子。种子倒入量依试验目的而定，一般筛选抗除草剂突变体植株可适当多倒些，表型观察、植株扩繁和转化用植株准备等则少倒些，以保证播种后的疏密适当。

（2）装水。向播种瓶中加水到接近瓶口，旋紧瓶盖。

（3）颠瓶。快速上下颠倒播种瓶数次，使得瓶内种子混合均匀。

（4）播种。右手快速倒立播种瓶，稍挤压瓶身，同时在每盆装土中依次旋转播种，在旋转播种过程中由大到小画圈，覆盖盆中所有区域。

（5）约播种一托盘土后重复操作步骤（3）、（4），直至瓶中种子播撒完，一般一瓶可播种4～5托盘盆装湿土，可根据需要调节播种时旋转和移动的速度，灵活控制种子的疏密和播种的盘数。

在播种完毕后不必盖土，直接盖上透明的保鲜膜，并且在膜上戳几个小孔，以保证在种子萌发过程中呼吸作用对氧气的需要。一般，2～3 d种子萌发，5～7 d可遮去保鲜膜，待长出4片真叶时根据需要适当间苗即可进入后期管理。

1.2.3拟南芥的栽培管理。

擬南芥幼苗需要在适宜的、较稳定的条件下方能正常生长发育，植株健壮。在拟南芥的日常管理过程中，需要随时关注植株生长状况和生长条件是否正常，主要注意温室内温度、湿度、水肥管理和病害虫防治。

（1）温度。拟南芥较不耐高温，最适温度在（22±2）℃。该研究利用温室内外遮阳网，用空调维持室内温度在20 ℃左右。

（2）湿度。拟南芥喜湿润，当生长环境空气相对湿度较高时对拟南芥生长有利。该研究主要在室内不定期喷雾小苗来增加空气湿度，保证拟南芥对生长湿度的要求。

（3）光照。拟南芥属长日照植物。光照强度大和光照时间长有利于促进生殖生长，缩短生命周期，加快试验进程。该研究采用自动开关设置16 h光照和8 h黑暗的条件，白天借助日光，通过开、关内外遮阳网来控制光照强度，晚上则利用日光灯补光的经济模式来培养拟南芥。

（4）水肥。 拟南芥不耐干旱，需及时浇水，其耗水强度随生长发育进程而变，耗水量在苗期最大，果期最少。该研究遵循“不干不浇，浇则浇透，切忌过量”的浇水原则[15，27]，一般7 d浇水2次；拟南芥生长发育需要足够的营养，应根据植物生长状况来适当施肥。植株叶片深绿，表明土壤肥力充足，而叶片缺绿或轻微发黄等则表明土壤肥力不足，此时立即用1/2 MS[20]或大量元素化肥浇施。实践证明，使用Hoagland培养液同样可以达到效果。

（5）病虫害防治。在温室栽培拟南芥的过程中，病虫害的防治是一项长期且十分重要的工作。控制好室内温湿度，时刻关注植物长势、病虫害状况，不定时喷药，做到“预防为主，防治结合”，尽可能将病虫害扼杀在萌芽状态[27-28]。

注：A.待浇湿的盆装土（以一托盘为例，下同）；B.喷壶；C.接好水管的高压水枪。

图1待浇湿的盆装土与浇湿工具

注：a.覆水；b.穿透；c.浇湿；d.浇平。

图2高压水枪湿土法的步骤

2结果与分析

2.1高压水枪湿土法的浇湿盆装土情况及与其他常用方法的比较

采用高压水枪湿土法，浇湿50托盘1 000盆土需约35 min，而浇好1托盘土也只需约0.8 min，10托盘土则需约7 min，可见该方法浇湿盆装土的速度相当快，且在批量浇湿时更为省时。从图2可以看出，浇湿后盆装土表面平整，利于种子的播撒和幼苗的移栽。经用手检测，土壤基质内外湿润，通气性好，基质分布较均匀，符合播种与幼苗移栽等对土壤基质湿润和通透性等方面的要求。该研究还将该方法与其他常用的盆装湿土制备方法如桶搅拌再盆装法（桶湿土法）和先盆装再竹签加水搅拌法（竹签湿土法）进行了比较。从表1可以看出，使用桶湿土法速度较快且土壤湿润，但浇湿后的盆装土土壤存在基质黏结、不疏松，通气性差，且基质内部分布不均匀等问题，直接影响播种后种子的萌发和幼苗正常生长，也影响移栽后幼苗的成活；而使用竹签湿土法能获得湿润、通气性好和基质分布均匀等符合要求的盆装土，但该方法耗时太长，工作量大，在批量拟南芥栽培中不太实用；高压水枪湿土法速度最快、操作最简便，且备好的盆装土整体质量最好。

表13种常用盆装土浇湿方法比较

浇湿方法耗时min/盘 土质湿润与否土质疏松与否土质均匀与否

高压水枪湿土法0.7是 是是

桶湿土法1.8是否否

竹签湿土法13.3是是是

安徽农业科学2015年

2.2瓶旋转播种法的播种情况及与其他常用方法的比较

采用瓶旋转播种法播种50托盘1 000盆土仅需15 min，而播种1托盘则只需10多s，10托盘也不到3 min，可见该方法对大、中和小型规模的播种速度都很快，适合不同拟南芥栽培规模的种子播撒。该研究也将该方法和其他常用方法如琼脂悬浮种子移液枪点播法和蒸馏水悬浮种子吸管点播法进行了比较。从表2可以看出，使用瓶旋转播种法速度最快，操作简单，成本最低，且覆膜第2天种子即开始萌发，第3天大量萌发，第5天即可揭膜，揭膜后种子出苗正常，长势一致，疏密较一致；而使用琼脂悬浮种子移液枪点播法虽然种子出苗后长势一致，疏密较一致，但耗时长，且需要耗材琼脂，相对成本较高；使用蒸馏水悬浮种子吸管点播法虽然操作简单，经济实用，种子出苗后长势一致，但疏密不太一致，且操作时间最长，对大量种子的播撒较不适用。

2.3温室拟南芥的生长情况

对种子出苗后幼苗生长和发育进行观察，发现在播种后第14天左右拟南芥长出4片真叶，此时稍微间苗，每瓶留4～6棵健壮幼苗，即进入后期日常管理。由图3可知，在抽薹前夕，拟南芥植株生长健壮，长势整齐。

表23种常用拟南芥播种方法比较

播种方法耗时min/盘疏密一致与否长势一致与否经济与否

瓶旋转播种法0.2是 是很经济

琼脂悬浮种子移液枪点播法6.5是是否

蒸馏水悬浮种子吸管点播法2.6较一致是经济

图3拟南芥植株生长状况（以4托盘80盆拟南芥植株为例）

通过后期的日常管理，利用高压水枪湿土法和瓶旋转播种法这两种方法栽培拟南芥，种子发芽率95%～99%，始花时间28～30 d，开花株高3.2～7.2 cm，莲座直径4.5～6.6 cm，果荚长度0.9～1.4，每果荚种子数28～50粒，生活周数80～90 d。可见，培育出的开花正常，果荚饱满，种子数目多，生活周期较短。

总之，利用高压水枪湿土法和瓶旋转播种法，结合后期的日常管理，可以在温室中快速批量培育出生长健壮、长势整齐、正常开花、果荚饱满且生长周期短的拟南芥植株，符合实验室对拟南芥植株的要求，加快温室批量拟南芥栽培的速度。

3讨论

作为模式植物的拟南芥，如何在生长条件不十分稳定的温室中培育成功是国内外许多实验室面临的重要问题，而如何既快又好地培养出大量满足要求的拟南芥又是一个较长期的探索过程[15]。在温室拟南芥的批量栽培过程中，湿润盆装土的制备和种子的播撒是两个易被忽视但十分重要的环节，直接关系拟南芥种子的萌发、正常生长和后期的日常管理。该研究的主要目的是从这两个方面出发为研究工作者提供一些加快温室拟南芥批量栽培速度的方法和经验。

在盆装土的浇湿方面，虽然使用湿基质装盆的方法准备湿润盆装土有速度快、土壤湿度高等优点，但也有土壤基质分布不均、土壤硬实和通气性差等缺点。实践表明，种植的拟南芥生长状况不稳定，长势不整齐，部分植株十分弱小。这对突变体表型的观察十分不利，影响试验的重复性和整个科研项目的推进速度。尽管如此，该方法对大花盆盆装土的浇湿是适用的，可以应用于体型较大、根系发达和对土壤通气性要求不十分高的植物的栽培；干基质装盆再湿土的方法克服了先加水拌土再盆装方法的缺点，达到拟南芥对土壤基质湿润和通气等方面的要求，但使用这种方法工作量大、耗时长，在实验室批量种植时不太适用，工作量太大，较适用于少量拟南芥种植时湿润盆装土的准备。

在前人工作的基础上，该研究摸索出实用、简易且快速的高压水枪湿土法。该方法克服了湿基质装盆方法和干基质装盆再湿土方法的缺点，极大地提高了盆装土的浇湿速度和土壤质量，不失为一种优秀的温室批量盆裝土浇湿方法。它不仅适用于温室拟南芥的批量栽培，而且适用于温室其他中、小型植物如花卉、蔬菜和果树幼苗等的批量栽培，对大型植物的批量栽培也有重要的参考价值。尽管如此，各方法都有不足之处。高压水枪湿土法的一个关键制约因素是水流的大小。当水流较小时不能产生较大的水柱，难以穿透土壤基质而将其浇湿，且费时费力。因此，使用这种方法时要保证水流能够产生较大水柱。此外，由于各实验室栽培拟南芥使用的花盆规格不尽相同，而该方法对较小或太大的花盆不太适用，土易溅出或水难以穿透。这限制了它的应用范围。

在种子的播撒方面，该研究摸索出经济实用和简单快速的瓶旋转播种法，加快了种子播种的速度和播种质量。这是一种好的批量种子播撒方法。它不仅适用于拟南芥种子的批量播撒，而且对其他中、小型种子的播撒也有重要的参考价值。然而，当种子需要播得很稀时，使用这种方法播撒后可能疏密得不是相当一致，此时用0.1%琼脂先悬浮种子再播撒可使得疏密的一致性增加，但对种子播撒疏密要求很高时，琼脂悬浮点播法是很好的方法。另外，当种子类型较多或播种结束时，使用该方法需要注意的是在每次播种和播种结束后需及时将瓶洗净，以免残留种子，造成种子污染，从而对试验造成不利影响。当需要播撒的种子不多、工作量小时，前人报道的相关播种方法也是可取的。

拟南芥属较难培育的小型植物。很多因素影响拟南芥的生长和发育。对温室、培养室等室内拟南芥培育过程中制约因素的研究具有十分重要的意义[14]。对于温室拟南芥的批量栽培，一个稳定、经济和高效的培养体系是至关重要的。虽然该研究在湿土制备和种子撒播两个重要但易被忽视的环节上有所创新，摸索出实用的简易、快速且经济的湿土方法和播种方法，在一定程度上加速温室批量拟南芥的栽培进程，加快实验室科研项目推进的速度，但是培育拟南芥过程中的日常管理也是必要的。只有各个环节都井然有序，才能培养出优良的植株。今后，有必要从各个制约因素出发，建立更稳定和高效的温室批量拟南芥栽培体系，尽量消除对拟南芥生长和发育等不利的因素，从而使拟南芥这一模式植物在分子生物学、遗传学和功能基因组学等研究中发挥更多、更大的作用。

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