高壓水槍濕土法和瓶旋轉播種法加速溫室批量擬南芥的栽培進程

張小明 劉天猛 勾雪嬌 楊永平 胡向陽

摘要[目的] 為了尋找適用于溫室批量擬南芥栽培過程中快速且經濟實用的盆栽土澆濕方法和播種方法。[方法] 結合溫室批量擬南芥栽培中土壤要求特點和播種特點，摸索出實用、簡易且快速的批量盆裝土澆濕方法和播種方法——高壓水槍濕土法和瓶旋轉播種法。高壓水槍濕土法采用簡單的覆水、穿透、澆濕和澆平四步，能快速備好用于播種或移栽等盆裝濕土；瓶旋轉播種法利用自制播種瓶，采用簡易的旋轉、擠壓和傾倒等操作，能快速播種。[結果] 使用高壓水槍濕土法澆濕50托盤1 000盆土只需約35 min，澆好的盆裝土具有土壤濕潤、通氣性好、基質分布均勻和表面平整等優點，利于種子播撒、萌發和移栽幼苗成活與正常生長；使用瓶旋轉播種法播種50托盤1 000盆土僅需15 min，播種后種子疏密一致、分布較均勻。[結論]利用這兩種方法，加上后期日常管理，可快速培養出大量生長健壯、表型穩定和符合實驗要求的擬南芥，加快了實驗室科研項目推進的速度。高壓水槍濕土法對其他溫室栽培植物如花卉、蔬菜和果樹幼苗等移栽前的盆裝土澆濕適用， 瓶旋轉播種法對其他微小種子的播撒也有重要參考價值。

關鍵詞擬南芥；溫室栽培；盆裝土；高壓水槍；備土；播種

中圖分類號S316；Q94-336文獻標識碼A文章編號0517-6611（2015）34-010-05

擬南芥（Arabidopsis thaliana）又稱鼠耳芥、阿拉伯芥、阿拉伯草，是十字花科（Crucifer）擬南芥屬（Arabidopsis）植物，具有顯花植物的全部特征，且具有基因組小、植株矮小、結構簡單、生長周期短、繁殖系數高、生活力強和自花授粉等優點。它是植物遺傳學、分子生物學和發育生物學等研究的模式植物，被科學家譽為“植物界中的果蠅”[1-5]。作為基因組已知的模式植物[6-7]，擬南芥在植物功能基因組學的研究中發揮非常重要的作用[8-9]，已被國內外許多實驗室廣泛栽培[10]。

在涉及擬南芥的各種試驗過程中，培養好擬南芥是一個關鍵環節，而擬南芥種子小，幼苗弱，易夭折，喜濕潤，不耐旱[11-12]，在通氣性好、腐殖質含量豐富和較濕潤的土壤中才能良好生長[13]。它對生長環境尤其對土壤有較高的要求，這給擬南芥的培育帶來一定的困難[14]。國內外已對擬南芥的栽培方法進行大量研究，目前實驗室擬南芥的栽培方法主要有水培法和土培法兩種[11，15]。水培法可提供充足的營養和水分。對于一些有特殊栽培要求的來說，它可以排除栽培介質的干擾，培養出健壯植株[16-19]，但由于培養裝置一般較復雜、能耗較大、培養條件要求高和成本較高等缺點，限制了它的應用范圍。目前，常用的方法是土培法。該方法又有兩種方法。一種是移栽法，即先將低溫處理后的種子點在無菌培養基上，約10 d后再移栽到土壤中；另一種是土壤直接培養法，即把低溫處理后的種子直接播撒在土壤中[11，14-15]。移栽法育苗對無菌要求高，移栽操作費時、費工，移栽后幼苗成活率低、扎根淺等。而土壤直接培養法有操作簡便、對種子無菌要求低、種子出苗后長勢整齊等優點，是目前國內實驗室普遍采用的方法[11]。

在土壤直接培養法方面，目前有關土壤基質的組成、配比等的不同對擬南芥生長發育影響的研究已較多[11-15，20-26]。各實驗室基本都有較適合當地擬南芥生長發育的土壤基質組成和配比，符合擬南芥對土壤基質的要求。而培育擬南芥的土壤基質通常都有較難用水滲透的問題，需要特別的加水攪拌操作才能達到濕潤目的。濕潤、通透性好的土壤基質制備這一環節對擬南芥萌發和后期正常生長很重要[15，20]，但由于過程簡單、技術含量低而重視不多。目前，針對土壤濕潤方法、濕潤土壤通氣性好壞和澆濕后土壤基質是否均勻等方面的報道很少，部分實驗室甚至直接在土壤基質表面加水濕潤后播種[14]。這種方法可能對種子萌發影響的不大，但對幼苗后期的正常生長可能會有較大影響。有的實驗室采用向托盤中加水讓盆底的孔將盆裝土浸濕的方法來濕土[12，15，21-22，25]。這種方法難以保證土壤基質內部滲透充分，對種子萌發和后期生長有一定影響，且該方法對較難滲透的土壤基質幾乎不起作用?，F在一般實驗室采用普通的先加水拌土再裝盆（濕基質裝盆）或先將土裝盆再用木棒加水逐個攪拌澆濕（干基質裝盆再濕土）等方法制備盆裝濕土，然后用于播種或移栽幼苗[20，27]。由于以上濕土方法存在工作量大、耗時長、土壤黏結、通透性差或基質分布不均勻等問題[27]，尋找一種簡易、快速且符合擬南芥生長要求的盆裝土澆濕方法顯得十分必要。

種子播撒也是土壤直接培養法批量栽培擬南芥中的一個重要環節。如何快速播種且保證播種疏密適當和一致等對后期的日常管理十分重要[15]，直接影響后期間苗的工作量和植株長勢，但由于該環節操作簡單而易被忽視。盡管如此，不少實驗室對播種方法已有一定探討。已報道的方法有直接散播法、濕竹簽沾種點播法、土壤種子混合播撒法、瓊脂水懸浮種子牙簽點播法、蒸餾水懸浮種子牙簽點播法和瓊脂水懸浮種子移液槍點播法等[11-12，14，21-23，26-27]。由于這些播種方法存在耗時長、種子成簇生長、幼苗弱、難移栽、間苗傷根、長勢不一致或移栽成活率低等問題[22，27]，尋找一種實用、快速、能保證播種后種子出苗一致且疏密適當等的播種方法是相當必要的。

在前人和所在實驗室研究的基礎之上，結合溫室批量擬南芥栽培過程中的土壤要求特點，筆者將日常用于清洗的高壓水槍引入盆裝土的澆濕過程中，利用其能產生高速的水柱和水流等特點，摸索出一種新的盆裝土澆濕方法——高壓水槍濕土法，結果極大地提高了溫室備土的速度和質量；同時，根據批量擬南芥栽培的播種特點，利用生活中廢棄的飲料瓶瓶身的彈性形變和受壓出水的速度靈活、易控等特點，將其應用到批量種子的播撒中，摸索出一種經濟實用的播種方法——瓶旋轉播種法，加快了批量種子的播種速度和播種質量。這2種簡易、快速方法的使用加速了溫室批量擬南芥的栽培進程，從而加快實驗室科研項目推進的速度。

1材料與方法

1.1材料

供試材料為Columbia生態型擬南芥（Arabidopsis thaliana）種子。

土壤基質由進口品氏泥炭土、腐殖土和蛭石按體積比1∶1∶1混合均勻而成。

其他器材有托盤（內/外規格：50.0/58.0 cm *33.5/40.0 cm*4.0 cm），小花盆（上/下直徑9.5 cm/7.0 cm，高8.0 cm），高壓水槍，噴壺，水管，飲料瓶等（圖1）。

1.2方法

1.2.1高壓水槍濕土法。

高壓水槍澆濕盆裝土法，簡稱高壓水槍濕土法，主要包括覆水、穿透、澆濕和澆平等步驟（圖2）。

（1）覆水。用噴壺或接有管子的噴壺嘴將待澆濕的盆裝土和托盤中覆上一層水，以防穿透過程中土壤濺出。

（2）穿透。將高壓水槍接上管子，打開水龍頭，調節水龍頭水流大小，再調節高壓水槍水柱大小，使其水柱中等大小，將高壓水槍水柱與盆裝土表面保持垂直，緩慢在盆裝土中依次旋轉移過，使盆中底部被水柱穿透，以利于托盤中水的滲透，便于土的澆濕。

（3）澆濕。將高壓水槍調至水柱消失而水覆蓋面較大、水流較快，手持水槍在盆裝土上方依次快速旋轉攪動，以便迅速澆濕盆裝土，并且將盆邊緣殘土澆入盆中。

（4）澆平。用噴壺或接有水管的噴壺嘴將澆濕的盆裝土上覆上一層水。由于水流沖擊力、水的重力和自由滲透作用等，數分鐘后盆裝土表面將變得很平整。

澆濕好的盆裝土可立即使用或放置數天備用，不影響種子萌發、正常生長和移栽幼苗的成活。

1.2.2瓶旋轉播種法。

飲料瓶顛倒旋轉播種法，簡稱瓶旋轉播種法。播種瓶為一廢棄的約600 ml飲料瓶，扭下其瓶蓋，在瓶蓋中央打一直徑約1 mm的小孔，即制作完畢。瓶旋轉播種法主要包括倒種、裝水、顛瓶和播種等步驟。

（1）倒種。根據試驗需要，向播種瓶中倒入適量低溫處理2～3 d已被打破休眠的擬南芥種子。種子倒入量依試驗目的而定，一般篩選抗除草劑突變體植株可適當多倒些，表型觀察、植株擴繁和轉化用植株準備等則少倒些，以保證播種后的疏密適當。

（2）裝水。向播種瓶中加水到接近瓶口，旋緊瓶蓋。

（3）顛瓶?？焖偕舷骂嵉共シN瓶數次，使得瓶內種子混合均勻。

（4）播種。右手快速倒立播種瓶，稍擠壓瓶身，同時在每盆裝土中依次旋轉播種，在旋轉播種過程中由大到小畫圈，覆蓋盆中所有區域。

（5）約播種一托盤土后重復操作步驟（3）、（4），直至瓶中種子播撒完，一般一瓶可播種4～5托盤盆裝濕土，可根據需要調節播種時旋轉和移動的速度，靈活控制種子的疏密和播種的盤數。

在播種完畢后不必蓋土，直接蓋上透明的保鮮膜，并且在膜上戳幾個小孔，以保證在種子萌發過程中呼吸作用對氧氣的需要。一般，2～3 d種子萌發，5～7 d可遮去保鮮膜，待長出4片真葉時根據需要適當間苗即可進入后期管理。

1.2.3擬南芥的栽培管理。

擬南芥幼苗需要在適宜的、較穩定的條件下方能正常生長發育，植株健壯。在擬南芥的日常管理過程中，需要隨時關注植株生長狀況和生長條件是否正常，主要注意溫室內溫度、濕度、水肥管理和病害蟲防治。

（1）溫度。擬南芥較不耐高溫，最適溫度在（22±2）℃。該研究利用溫室內外遮陽網，用空調維持室內溫度在20 ℃左右。

（2）濕度。擬南芥喜濕潤，當生長環境空氣相對濕度較高時對擬南芥生長有利。該研究主要在室內不定期噴霧小苗來增加空氣濕度，保證擬南芥對生長濕度的要求。

（3）光照。擬南芥屬長日照植物。光照強度大和光照時間長有利于促進生殖生長，縮短生命周期，加快試驗進程。該研究采用自動開關設置16 h光照和8 h黑暗的條件，白天借助日光，通過開、關內外遮陽網來控制光照強度，晚上則利用日光燈補光的經濟模式來培養擬南芥。

（4）水肥。 擬南芥不耐干旱，需及時澆水，其耗水強度隨生長發育進程而變，耗水量在苗期最大，果期最少。該研究遵循“不干不澆，澆則澆透，切忌過量”的澆水原則[15，27]，一般7 d澆水2次；擬南芥生長發育需要足夠的營養，應根據植物生長狀況來適當施肥。植株葉片深綠，表明土壤肥力充足，而葉片缺綠或輕微發黃等則表明土壤肥力不足，此時立即用1/2 MS[20]或大量元素化肥澆施。實踐證明，使用Hoagland培養液同樣可以達到效果。

（5）病蟲害防治。在溫室栽培擬南芥的過程中，病蟲害的防治是一項長期且十分重要的工作?？刂坪檬覂葴貪穸?，時刻關注植物長勢、病蟲害狀況，不定時噴藥，做到“預防為主，防治結合”，盡可能將病蟲害扼殺在萌芽狀態[27-28]。

注：A.待澆濕的盆裝土（以一托盤為例，下同）；B.噴壺；C.接好水管的高壓水槍。

圖1待澆濕的盆裝土與澆濕工具

注：a.覆水；b.穿透；c.澆濕；d.澆平。

圖2高壓水槍濕土法的步驟

2結果與分析

2.1高壓水槍濕土法的澆濕盆裝土情況及與其他常用方法的比較

采用高壓水槍濕土法，澆濕50托盤1 000盆土需約35 min，而澆好1托盤土也只需約0.8 min，10托盤土則需約7 min，可見該方法澆濕盆裝土的速度相當快，且在批量澆濕時更為省時。從圖2可以看出，澆濕后盆裝土表面平整，利于種子的播撒和幼苗的移栽。經用手檢測，土壤基質內外濕潤，通氣性好，基質分布較均勻，符合播種與幼苗移栽等對土壤基質濕潤和通透性等方面的要求。該研究還將該方法與其他常用的盆裝濕土制備方法如桶攪拌再盆裝法（桶濕土法）和先盆裝再竹簽加水攪拌法（竹簽濕土法）進行了比較。從表1可以看出，使用桶濕土法速度較快且土壤濕潤，但澆濕后的盆裝土土壤存在基質黏結、不疏松，通氣性差，且基質內部分布不均勻等問題，直接影響播種后種子的萌發和幼苗正常生長，也影響移栽后幼苗的成活；而使用竹簽濕土法能獲得濕潤、通氣性好和基質分布均勻等符合要求的盆裝土，但該方法耗時太長，工作量大，在批量擬南芥栽培中不太實用；高壓水槍濕土法速度最快、操作最簡便，且備好的盆裝土整體質量最好。

表13種常用盆裝土澆濕方法比較

澆濕方法耗時min/盤 土質濕潤與否土質疏松與否土質均勻與否

高壓水槍濕土法0.7是 是是

桶濕土法1.8是否否

竹簽濕土法13.3是是是

安徽農業科學2015年

2.2瓶旋轉播種法的播種情況及與其他常用方法的比較

采用瓶旋轉播種法播種50托盤1 000盆土僅需15 min，而播種1托盤則只需10多s，10托盤也不到3 min，可見該方法對大、中和小型規模的播種速度都很快，適合不同擬南芥栽培規模的種子播撒。該研究也將該方法和其他常用方法如瓊脂懸浮種子移液槍點播法和蒸餾水懸浮種子吸管點播法進行了比較。從表2可以看出，使用瓶旋轉播種法速度最快，操作簡單，成本最低，且覆膜第2天種子即開始萌發，第3天大量萌發，第5天即可揭膜，揭膜后種子出苗正常，長勢一致，疏密較一致；而使用瓊脂懸浮種子移液槍點播法雖然種子出苗后長勢一致，疏密較一致，但耗時長，且需要耗材瓊脂，相對成本較高；使用蒸餾水懸浮種子吸管點播法雖然操作簡單，經濟實用，種子出苗后長勢一致，但疏密不太一致，且操作時間最長，對大量種子的播撒較不適用。

2.3溫室擬南芥的生長情況

對種子出苗后幼苗生長和發育進行觀察，發現在播種后第14天左右擬南芥長出4片真葉，此時稍微間苗，每瓶留4～6棵健壯幼苗，即進入后期日常管理。由圖3可知，在抽薹前夕，擬南芥植株生長健壯，長勢整齊。

表23種常用擬南芥播種方法比較

播種方法耗時min/盤疏密一致與否長勢一致與否經濟與否

瓶旋轉播種法0.2是 是很經濟

瓊脂懸浮種子移液槍點播法6.5是是否

蒸餾水懸浮種子吸管點播法2.6較一致是經濟

圖3擬南芥植株生長狀況（以4托盤80盆擬南芥植株為例）

通過后期的日常管理，利用高壓水槍濕土法和瓶旋轉播種法這兩種方法栽培擬南芥，種子發芽率95%～99%，始花時間28～30 d，開花株高3.2～7.2 cm，蓮座直徑4.5～6.6 cm，果莢長度0.9～1.4，每果莢種子數28～50粒，生活周數80～90 d?？梢?，培育出的開花正常，果莢飽滿，種子數目多，生活周期較短。

總之，利用高壓水槍濕土法和瓶旋轉播種法，結合后期的日常管理，可以在溫室中快速批量培育出生長健壯、長勢整齊、正常開花、果莢飽滿且生長周期短的擬南芥植株，符合實驗室對擬南芥植株的要求，加快溫室批量擬南芥栽培的速度。

3討論

作為模式植物的擬南芥，如何在生長條件不十分穩定的溫室中培育成功是國內外許多實驗室面臨的重要問題，而如何既快又好地培養出大量滿足要求的擬南芥又是一個較長期的探索過程[15]。在溫室擬南芥的批量栽培過程中，濕潤盆裝土的制備和種子的播撒是兩個易被忽視但十分重要的環節，直接關系擬南芥種子的萌發、正常生長和后期的日常管理。該研究的主要目的是從這兩個方面出發為研究工作者提供一些加快溫室擬南芥批量栽培速度的方法和經驗。

在盆裝土的澆濕方面，雖然使用濕基質裝盆的方法準備濕潤盆裝土有速度快、土壤濕度高等優點，但也有土壤基質分布不均、土壤硬實和通氣性差等缺點。實踐表明，種植的擬南芥生長狀況不穩定，長勢不整齊，部分植株十分弱小。這對突變體表型的觀察十分不利，影響試驗的重復性和整個科研項目的推進速度。盡管如此，該方法對大花盆盆裝土的澆濕是適用的，可以應用于體型較大、根系發達和對土壤通氣性要求不十分高的植物的栽培；干基質裝盆再濕土的方法克服了先加水拌土再盆裝方法的缺點，達到擬南芥對土壤基質濕潤和通氣等方面的要求，但使用這種方法工作量大、耗時長，在實驗室批量種植時不太適用，工作量太大，較適用于少量擬南芥種植時濕潤盆裝土的準備。

在前人工作的基礎上，該研究摸索出實用、簡易且快速的高壓水槍濕土法。該方法克服了濕基質裝盆方法和干基質裝盆再濕土方法的缺點，極大地提高了盆裝土的澆濕速度和土壤質量，不失為一種優秀的溫室批量盆裝土澆濕方法。它不僅適用于溫室擬南芥的批量栽培，而且適用于溫室其他中、小型植物如花卉、蔬菜和果樹幼苗等的批量栽培，對大型植物的批量栽培也有重要的參考價值。盡管如此，各方法都有不足之處。高壓水槍濕土法的一個關鍵制約因素是水流的大小。當水流較小時不能產生較大的水柱，難以穿透土壤基質而將其澆濕，且費時費力。因此，使用這種方法時要保證水流能夠產生較大水柱。此外，由于各實驗室栽培擬南芥使用的花盆規格不盡相同，而該方法對較小或太大的花盆不太適用，土易濺出或水難以穿透。這限制了它的應用范圍。

在種子的播撒方面，該研究摸索出經濟實用和簡單快速的瓶旋轉播種法，加快了種子播種的速度和播種質量。這是一種好的批量種子播撒方法。它不僅適用于擬南芥種子的批量播撒，而且對其他中、小型種子的播撒也有重要的參考價值。然而，當種子需要播得很稀時，使用這種方法播撒后可能疏密得不是相當一致，此時用0.1%瓊脂先懸浮種子再播撒可使得疏密的一致性增加，但對種子播撒疏密要求很高時，瓊脂懸浮點播法是很好的方法。另外，當種子類型較多或播種結束時，使用該方法需要注意的是在每次播種和播種結束后需及時將瓶洗凈，以免殘留種子，造成種子污染，從而對試驗造成不利影響。當需要播撒的種子不多、工作量小時，前人報道的相關播種方法也是可取的。

擬南芥屬較難培育的小型植物。很多因素影響擬南芥的生長和發育。對溫室、培養室等室內擬南芥培育過程中制約因素的研究具有十分重要的意義[14]。對于溫室擬南芥的批量栽培，一個穩定、經濟和高效的培養體系是至關重要的。雖然該研究在濕土制備和種子撒播兩個重要但易被忽視的環節上有所創新，摸索出實用的簡易、快速且經濟的濕土方法和播種方法，在一定程度上加速溫室批量擬南芥的栽培進程，加快實驗室科研項目推進的速度，但是培育擬南芥過程中的日常管理也是必要的。只有各個環節都井然有序，才能培養出優良的植株。今后，有必要從各個制約因素出發，建立更穩定和高效的溫室批量擬南芥栽培體系，盡量消除對擬南芥生長和發育等不利的因素，從而使擬南芥這一模式植物在分子生物學、遺傳學和功能基因組學等研究中發揮更多、更大的作用。

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