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拟南芥：植物界的“小白鼠”

花匠小妙招
2025-05-05 10:59

□ 文/图祁云枝

近日，由问天实验舱带到中国空间站的拟南芥种子和水稻种子已经“满月”，在神舟十四号航天员的照料下长势良好。对于水稻，大伙儿都熟悉，而拟南芥，虽不一定听说过，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，并且它一个劲儿地变小、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为白色，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，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，就像爷爷和孙子。它们也都拥有细长的微微向上弯曲的荚果，成熟时开裂，弹射出里面排列得整整齐齐的细小种子。

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。

个头矮小，身高20—30厘米，适应性强，且生长迅速、种子多，并能够自花授粉，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。

作为草木代表，拟南芥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、移民火星提供宝贵经验。

拟南芥生命周期短，短短6周，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高度纯合，保证了其基因的稳定遗传。

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。

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，且方便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，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时，都会产生应激反应，并向周围的邻居“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，拟南芥听到这可怕的声音时，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，它则无动于衷。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。