擬南芥：植物界的“小白鼠”

文／祁云枝

近日，由問天實驗艙帶到中國空間站的擬南芥種子和水稻種子已經“滿月”，在神舟十四號航天員的照料下長勢良好。對于水稻，大伙兒都熟悉，而擬南芥，雖不一定聽說過，但你一定見過它的近親油菜花。

設想一下，你眼前的油菜花擁有孫悟空的法術會縮小，也會變色，并且它一個勁兒地變小、再變小，直到變得和我們春天里吃的薺薺菜一般大。然后，再把油菜花花瓣的金黃色變為白色，這大概就是擬南芥的模樣了。

擬南芥和油菜花同屬十字花科植物，它們的花朵，都擁有四個花瓣，十字形兩兩相對，圍繞在花蕊身旁，數朵十字小花，又以總狀花序聚集。油菜花金黃，擬南芥花朵潔白；一個大點，一個是小不點。從體量上看，就像爺爺和孫子。它們也都擁有細長的微微向上彎曲的莢果，成熟時開裂，彈射出里面排列得整整齊齊的細小種子。

和十字花科的其他植物白菜、油菜、薺薺菜一樣，擬南芥也是可以食用的。不過，擬南芥最重要的用途，是充當植物界的“小白鼠”，在科學家的眼里，沒有什么植物比擬南芥更適合用來做科學研究實驗了。

個頭矮小，身高20—30厘米，適應性強，且生長迅速、種子多，并能夠自花授粉，這些特點使得擬南芥很方便在實驗室里進行培育種植。到目前為止，它也是最適合在太空艙內進行播種繁育操作的植物。

作為草木代表，擬南芥是第一種獲得基因組測序的植物，不僅在國際空間站種植，它還登上過月球。科學家把它在太空里的生存規律研究透徹后，就可以培育出適合在太空種植的糧食作物，為人類移民月球、移民火星提供寶貴經驗。

擬南芥生命周期短，短短6周，就能完成“從種子到種子”的繁殖周期。在遺傳育種的研究中，會大量運用到雜交技術，每次實驗都需經歷一個完整的植物繁殖周期。擬南芥一年可以繁殖多代，大大提高了實驗效率——播種1個月后，就可開花，再過半個月，就能收到它的種子；繁殖期的擬南芥每次都能產出數千枚種子，后代數量多，利于后期的統計分析；自花授粉，則意味著擬南芥的基因高度純合，保證了其基因的穩定遺傳。

最重要的是，擬南芥的基因組小，其基因組大約為1.35億堿基對和5對染色體。對比一下，人類有32億堿基對、23對染色體。

研究還發現，擬南芥的隔代遺傳，和人類非常相似，現已應用到癌癥和神經等疾病的研究方面，用理化因素處理突變率很高，容易獲得各種代謝功能的缺陷，且方便對其進行生活力記錄。

正是以上特點，讓外觀不甚起眼的擬南芥，成為生物學和遺傳學實驗的常駐嘉賓，成為科學家最喜愛的模式植物。

就像小白鼠實驗的結論可以外推到人類身上一樣，在擬南芥中找到的基因，幾乎都可以在其他植物身上找到同源基因。譬如，通過擬南芥，人類知道了植物怎樣分化出各種器官、花粉如何萌發、卵細胞如何受精，也知道了植物如何感知光照、感知環境、感知病蟲害，以及如何利用植物激素傳導信息來調動體內的相應機制去處理、去應對……了解了擬南芥的秘密，也就了解了與我們息息相關的農作物，以及其他植物的秘密。

有意思的是，瑞典的科學家在實驗中發現，擬南芥在遭遇害蟲叮咬的時候，會合成毒素來驅趕害蟲。當然，這不是特例，幾乎所有的植物在遭受蟲咬時，都會產生應激反應，并向周圍的鄰居“打電話”告知敵情，以便大伙兒盡快建立起驅蟲機制。這個實驗的特別之處，在于科學家把害蟲咬食葉片的聲音錄了下來，然后播放給擬南芥聽。科學家發現，擬南芥聽到這可怕的聲音時，它體內的毒素水平也顯著上升了。而播放類似于泉水叮咚乃至勁爆迪斯科給擬南芥聽時，它則無動于衷。擬南芥竟然能聽到害蟲撕咬葉片的聲音，這意味著植物真的有聽覺。

小小的擬南芥，也曾經是解決國民口糧問題的大功臣。這是因為，水稻抗旱能力的增強，得益于在擬南芥身體內獲得的一種突變體hrd—D，這種功能基因被科學家表達在水稻中，實現了水稻根系鎖水、降低蒸騰、提高光合效率等功效。生長于西北地區干旱缺水的水稻，因此獲得了能夠抗干旱和抗高鹽環境的能力，解決了當時我國水資源短缺的問題，最終讓更多的人都吃飽了肚子。