它世界 第488期 植物界的“小白鼠”拟南芥

今年7月24日，问天实验舱升空后，一封封“太空快递”抵达空间站。问天舱带到空间站的植物有两种：水稻和拟南芥。水稻大伙儿都熟悉，今天，认识一下拟南芥。

拥有四个白色花瓣

近亲是油菜花

在《中国植物志》上，拟南芥叫“鼠耳芥”，是从其英文名字mouse-earcress翻译而来，“拟南芥”一名，则是对其属名Arabidopsis的直译。

拟南芥，你不一定听说过，但你一定见过它的近亲油菜花。

设想一下，你眼前的油菜花拥有孙悟空的法术会缩小，也会变色，它一个劲地变小、再变小，直到变得和我们春天里吃的荠荠菜一般大。然后，再把油菜花花瓣的金黄色变成白色——这大概就是拟南芥的模样了。

拟南芥和油菜花同属十字花科植物，它们的花朵，都拥有四个花瓣，四枚花瓣，十字形两两相对，围绕在花蕊身旁，数朵十字小花，又以总状花序聚集。油菜花金黄，拟南芥花朵洁白；一个大点，一个是小不点。从体量上看，就像爷爷和孙孙。它们也都拥有细长的微微向上弯曲的荚果，成熟时开裂，弹射出里面排列得齐齐整整的细小种子。

可以食用

更适合做科学研究实验

和十字花科的其他植物白菜、油菜、荠荠菜一样，拟南芥也是可以食用的。

不过，拟南芥最重要的用途，是充当植物界的小白鼠，在科学家的眼里，没有什么植物比拟南芥更适合用来做科学研究实验了。它个头矮小、生长迅速、种子多，而且能够自花授粉。

个头矮小，身高20-30厘米，适应性强，这些特点，使得拟南芥很方便在实验室里进行培育种植。到目前为止，它也是最适合在太空舱内进行播种繁育操作的植物，从相关报道中得知，一个餐盘大小的托盘上，可以放24个拟南芥小花盆。

一年可以繁殖多代

大大提高了实验效率

拟南芥是草木的代表，是第一种获得基因组测序的植物，不仅在国际空间站种植，它还登上过月球。科学家把它在太空里的生存规律研究透彻后，就可以培育出适合在太空种植的粮食作物，为人类移民月球、移民火星种植粮食和其他植物，提供宝贵经验。

拟南芥生长迅速，生命周期短，短短6周的时间，就能完成“从种子到种子”的繁殖周期。在遗传育种的研究中，会大量运用到杂交技术，每次实验都需经历一个完整的植物繁殖周期。拟南芥一年可以繁殖多代，大大提高了实验效率——播种1个月后，就可开花，再过半个月，就能收到它的种子；繁殖期的拟南芥每次都能产出数千枚种子，后代数量多，利于后期的统计分析；自花授粉，则意味着拟南芥的基因是高度纯合的，很好地保证了基因的稳定遗传。

最重要的是，拟南芥的基因组小，其基因组大约为1.35亿碱基对和5对染色体。对比一下，人类有32亿碱基对、23对染色体。

隔代遗传和人类相似

已应用到癌症等疾病研究方面

研究还发现，拟南芥的隔代遗传，和人类非常相似，现已应用到癌症和神经等疾病的研究方面，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，且容易对其进行生活力记录。

正是以上特点，让外观不甚起眼的拟南芥，成为生物学和遗传学实验的常驻嘉宾，成为科学家最喜爱的模式植物。

就像小白鼠实验的结论可以外推到人类身上一样，在拟南芥中找到的基因，几乎都可以在其他植物身上找到同源基因。譬如，通过拟南芥，人类知道了植物怎样分化出各种器官，花粉如何萌发，卵细胞如何受精，等等，也知道了植物如何感知光照、感知环境、感知病虫害，以及如何利用植物激素传导信息来调动体内的相应机制去处理、去应对……了解了拟南芥的秘密，也就了解了与我们息息相关的农作物以及其他植物的秘密。

有人甚至通过筛选统计已发表的科研论文，选出了拟南芥身上最受欢迎的20个基因，这20个“最热基因”，参与了植物生长过程里诸多关键的行为：开花、防御反应、生长素运输、光形态与光受体的构建，植物信号调节和干细胞调控，等等。

能听到害虫撕咬叶片的声音

意味着植物真的有听觉

有意思的是，瑞典的科学家在实验中发现，拟南芥在遭遇害虫叮咬的时候，会合成毒素来驱赶害虫。当然，这不是特例，几乎所有的植物在遭受虫咬的时候，都会产生这样的应激反应，还会向周围的邻居“打电话”告知敌情，以便大伙儿尽快建立起驱虫机制。这个实验的特别之处，在于科学家把害虫咬食叶片的声音录了下来，然后播放给拟南芥听。科学家发现，拟南芥听到这可怕声音的时候，它体内的毒素水平也显著上升了。而播放类似于泉水叮咚乃至劲爆迪斯科给拟南芥听时，它是无动于衷的——拟南芥竟然能听到害虫撕咬叶片的声音，这意味着植物真的有听觉。

小小的拟南芥，也曾经是解决国民口粮问题的大功臣。这是因为，水稻抗旱能力的增强，得益于在拟南芥身体内获得的一种突变体hrd-D，这种功能基因，被科学家表达在水稻中，实现了水稻根系锁水、降低蒸腾，提高光合效率等功效。生长于西北地区干旱缺水的水稻，因此获得了能够抗干旱和抗高盐环境的能力，解决了当时我国水资源短缺的问题，最终让更多的人都吃饱了肚子。 祁云枝/文 /图