拟南芥（Arabidopsis thaliana (L.) Heynh.）是十字花科、拟南芥属一年生细弱草本。被单毛与分枝毛；茎不分枝或自中上部分枝，下部有时为淡紫白色，茎上常有纵槽，上部无毛，下部被单毛，茎生叶无柄，披针形、条形、长圆形或椭圆形；花序为疏松的总状花序，萼片长圆卵形，花瓣白色，长圆条形；果瓣两端钝或钝圆，多为桔黄色或淡紫色；种子卵形，红褐色；花期4-6月。

拟南芥的名称在过去几百年内的变化，反映了植物命名规则的演变。1577年，德国医生约翰内斯·塔尔（Johannes Thal）首次在德国北部哈茨山脉（Harz）的茂密森林里发现并描述了这种植物。卡尔·林奈将之命名为Arabis thaliana，Arabis代表南芥属，种加词thaliana是纪念塔尔。此后在1842年，德国植物学家古斯塔夫·海因霍尔德（Gustav Heynhold）将之纳入一个新划定的属——南芥属（Arabidopsis），这个名字取自希腊语，意为“类似南芥”。

1907年，德国科学家弗里德里希·莱巴赫（Friedrich Laibach）正确地观察到，这种植物有五条染色体（其他人都计算错了，说只有三条）。这是当时已知植物染色体数量中最小的奇数。尽管有这一发现，莱巴赫仍对拟南芥感到失望，因为其细胞的基因含量很小，而他则想找到具有更多染色体的植物进行研究。所以，在后来的30年里，他把注意力转移到了别处，直到1937年才又回过头来研究拟南芥。

1943年，莱巴赫提出，基于拟南芥的生长速度快（从发芽到结籽只需六周），易于杂交和变异，因而将之作为研究开花植物的模式生物。1945年，他的学生埃尔娜·赖因霍尔茨（Erna Reinholz）在博士论文中描述了自己培育出的拟南芥突变体。她利用了X射线诱变技术（这在当时带有科幻小说的意味），即通过将植物暴露在X射线下改变其细胞中的遗传物质，从而产生突变。

赖因霍尔茨制造的突变体包括将早开花植物改造成晚开花植物。这是一个人类改变基因的开拓性例子，后来则发展为制造转基因作物。不寻常的是，赖因霍尔茨的论文竟是由美国军方促成传播并全文公开发表的。因为他们当时正在寻找德国制造原子弹的证据，该论文标题中的“伦琴射线突变”字样引起了美国情报分析人员的注意。

在20世纪五六十年代，遗传学家约翰·兰格里奇（JohnLangridge）和乔治·雷代伊（George Redei）的工作进一步提升了拟南芥作为模式植物的地位，它打败了数名竞争对手，包括矮牵牛和番茄等。不过，拟南芥能在植物遗传研究中获得领衔地位，扮演着类似于老鼠和果蝇在动物研究中的角色，是有多种原因的。

20世纪80年代的科研发展进一步确立了拟南芥为模式生物的地位。拟南芥基因序列的第一个片段测序完成三年之后，1983年，科学家们首次发表了该植物的详细基因图谱。80年代后期的实验表明，拟南芥特别适合进行转基因实验，具体做法是利用一种经改造的细菌——根瘤农杆菌（Agrobacterium tumefaciens）。先对这种天然土壤细菌进行基因改造，使之携带特定的DNA，然后让植物感染上这种细菌，这样一来，植物就把这种特定的DNA带进自己的基因组里了。1989年，含有一个突变基因的DNA片段首次成功完成转移，有了这种技术，植物基因的改造变得更加容易掌控了。

一年生细弱草本，高20-35厘米，被单毛与分枝毛。茎不分枝或自中上部分枝，下部有时为淡紫白色，茎上常有纵槽，上部无毛，下部被单毛，偶杂有2叉毛。

基生叶莲座状，倒卵形或匙形，长1-5厘米，宽3-15毫米，顶端钝圆或略急尖，基部渐窄成柄，边缘有少数不明显的齿，两面均有2-3叉毛；茎生叶无柄，披针形，条形、长圆形或椭圆形，长5-15（-50）毫米，宽1-2（-10）毫米。

花序为疏松的总状花序，结果时可伸长达20厘米；萼片长圆卵形，长约1.5毫米，顶端钝、外轮的基部成囊状，外面无毛或有少数单毛；花瓣白色，长圆条形，长2-3毫米，先端钝圆，基部线形。

角果长10-14毫米，宽不到1毫米，果瓣两端钝或钝圆，有1中脉与稀疏的网状脉，多为桔黄色或淡紫色；果梗伸展，长3-6毫米。种子每室1行，种子卵形、小、红褐色。花期4-6月。

分布于中国华东、中南、西北及西部各省区。朝鲜、日本、俄罗斯的西伯利亚和中亚、印度、伊朗、欧洲、非洲和北美洲均有分布。

拟南芥生于平地、山坡、河边、路边。拟南芥的生长受温度、湿度、光照等影响，其生长的理想温度范围是16-25℃，最适生长温度是22-23℃；环境湿度在25-75%时生长正常，湿度过高（超过90%）会导致不育；拟南芥培养的光照时间一般为8-24小时，在短光照周期（小于12小时）条件下，偏向于营养生长，在长光照周期（12小时以上）下，则有利于拟南芥转向生殖生长。对很多拟南芥生态型而言，播种后在4℃低温条件下处理几天有利于种子打破休眠，将拟南芥幼苗放在4℃低温条件下处理几周也有利于植株的开花，在幼苗长大之前可通过覆盖保鲜膜的方法来增加湿度一定程度上也有利于拟南芥生长。

拟南芥种子萌发后，茎端分生组织陆续产生莲座叶，节间极短，在莲座叶发育过程中，叶的大小、形状和排列逐渐发生变化，叶形状发生变化最早出现，第一个莲座叶是小的圆形叶，交叉叶序。后期形成的叶大而且呈勺形，螺旋叶序。在长日周期下，Ws和Ler生态形圆形叶向勺形叶的转变是在第四个莲座节形成之后发生的。一般认为，叶形状和叶序的变化可能标志着从幼年期向成年期的转变。这种转变是与顶端分生组织获得对成花刺激信号感受能力相联系的。因此Haughn等（1995）又将莲座期分为早期莲座和后期莲座。莲座期的腋生分生组织处于休眠状态。

顶端分生组织伸长后形成花序，早期花序上着生叶（称为茎生叶或托叶），呈披针形，与后期莲座叶形态相近，托叶叶腋处发育出二级花序。顶端伸长一般发生在第一个花芽形成之后，因此早期花序可以被看成是营养生长期的一部分。在形成几个产生二级花序的节之后，主茎侧生分生组织直接形成单花，无托叶，称为后期花序。主花序无限生长，直至衰老。这样就构成了拟南芥的总状花序。

播种和发芽

拟南芥可在非无菌条件下，生长在土壤或人工配制的各种培养基中。作为栽植的容器，可根据各自条件置于花盆或格状分离的多穴塑料盘中。常用的混合物有泥炭藓、营养土、蛭石和珍珠岩等，例如珍珠岩∶蛭石：泥炭藓=1：1：1的混合物，表土：堆肥或腐殖质土：珍珠岩或蛭石=1：1，1：2或2：1的混合物。如果用于营养研究则可以蛭石类惰性物质作培养介质，施以配有营养物质的水溶液。栽培拟南芥的介质均要求有良好的排水性，因此一般混合砂子、蛭石等惰性介质，保持良好的排水，防止过湿引起真菌和昆虫幼虫滋生。播种前土壤混合物进行高压灭菌处理30微分钟，以杀死可能存在于混合物中的任何害虫。在把土壤混合物置于花盆或其他容器中后，将整个容器置于水或营养液中，靠毛细管作用浸湿介质，然后将处理洗净来的种子，用尖头烧融后的移液管小心移至土表，均匀播下。如果播种量较大，可用浓度为0.1克/100毫升琼脂或砂子事先均匀混合后播种。种子发芽期间必须保持高湿度，故容器可用塑料膜覆盖，保持一周左右方可揭去。

将播有种子的容器移至低温或相应低温条件下，在2-4℃下放置2-4天，从而于吸胀条件下破除种子休眠，这对新鲜收获的拟南芥种子尤为必要。对大多数拟南芥品系来说其种子是中度休眠的，收获已久的这类生态型的拟南芥种子可免于低温处理，而有些生态型甚至需长达7天的低温处理。干种子的低温处理往往是无效的。

低温处理后，将盆移至温室或生长室，在22℃左右发芽，夜温可比日温低2℃，用2000勒克斯的荧光灯给予光照，光周期为18小时光/6小时暗（也可24小时光照），在5天左右可见拟南芥发芽。拟南芥发芽需光，故防止种子被土覆盖。

生长发育条件的控制

拟南芥一般是冬性一年生植物，自然条件下种子在秋天发芽，幼年期度过冬天，花分生组织在春季分化，种子在夏季成熟脱落。大多数实验室栽植的拟南芥品种在发芽后4周开花，而在4-6周后采集种子。不同拟南芥生态型其发育进程快慢、开花时间早晚、何时成熟等除了取决于遗传性以外，也受外界环境条件的影响。

光：光对拟南芥生长的影响涉及光强和光周期两个方面。以光强度说，在生长室中一般最适光的光强度为120-150μmol/（㎡·s），这可通过荧光灯，配以白炽光来达到。在夏天温室中，60%荫影有助于光强控制和温度调节，高光强或直接太阳光照射对较老植株可以忍受，而年幼植株避免强光。拟南芥在连续照光和长日下开花加快，短日时开花被阻遏或延迟，这表明拟南芥开花需要长日照光周期，一般至少12小时的光照。在冬季温室中可补充早晚的光照，以满足光周期需要，一般给以16小时光照，8小时暗期为宜。连续光照可促进生殖循环，略微提早开花，但使叶数减少及降低种生成，而较短日照有利于营养生长。

温度：最适生长温度为25℃左右，稍低的温度也是允许的。当水分供应充足时，植物甚至能在高达34℃时生长，但会减少受精。较老的植物能忍受高温，但保持25℃对整个生长周期是有利的。当种子形成时，生长室温度宜设定在25℃，而温室温度宜在23℃，夜温可比日温低2-4℃为宜。对于许多迟开花的拟南芥生态型来说，幼苗期要给以4℃左右处理一个时期（如几周），以完成春化作用，从而在长日下促进开花。而对于常用的拟南芥生态型Landsbergerecta和Columbia则不需作春化处理就能开花。必须注意这里的低温春化处理是不同于播种时破除休眠的低温处理，破除休眠的低温处理又称层积处理（stratification）。

水分：在种子发芽后的头几周里，理想的供水是来自毛细管由下至上的渗水，只有当土壤呈现干旱时适时灌溉。过量供水会引起土表藻类和真菌的生长。在拟南芥头两片真叶开始伸展之前必须避免干旱，当真叶长出后，灌水频率可相应减少，如每周一或两次，而至长角果充实阶段必须保证水分供应，以利于种子形成。浇水时最好待90%左右的穴盘或花盆完全干燥之后进行。不仅土壤供水状况影响到拟南芥的生长发育，而且湿度也会影响水分供给。虽然湿度的增加（如50%-60%）会大大减少土表干旱的影响以及发芽着的幼苗脱水危害，但一般说来拟南芥植株，包括幼苗都能忍受低湿度，处在莲座状阶段的植株可在不同湿度下生长，当长角果进入成熟阶段时，较低湿度（如<50%）是有利的。

营养：正常情况下只要配置合适的土壤混合物，并非必须供给营养物质，但是贫瘠的营养状况会降低植株高度，使它提早开花，并使种子着生减少。在生长发育的后期阶段补充营养物质将会增加种子着生，并产生较健壮的植株。当植株呈现出轻微淡绿色时，表明营养供给不足，则应立即施以营养物质，正常健壮的拟南芥植株是亮暗绿色的。

防止杂交：拟南芥是自交授粉的，为了保持拟南芥品系的纯化，必须防止温室或生长室中各品系之间的杂交。为此可根据各自实验室条件进行设置。例如，保持生长环境的清洁，从而防止经昆虫载体而导致的杂交机会。栽植时注意各品系种植之间的距离（如20厘米），从而防止来自不同品系的花互相接触。在长成植株后，可采取适当措施，防止植株倒伏，以致互相接触。

拟南芥之所以作为模式植物，其中一个原因在于可以在培养皿灭菌条件下进行突变体筛选。此外，在许多拟南芥研究方面也需要做无菌培养。无菌培养在拟南芥研究中的应用可归纳为以下几方面：

有利于突变体筛选,突变体筛选是遗传和分子研究中十分重要的手段，用无菌培养来筛选突变体有许多有利之处。首先，对大量拟南芥诱变处理的种子很容易进行生活力记录。其次，生长在培养皿中的植物可在人工控制的条件下稳定生长，以致使实验设计得以实现，这种突变体筛选方法十分类似于微生物突变体筛选的操作。例如对一些特殊化合物、除草剂、生长调节剂的敏感性可在同一野生型生长阻遏的背景下进行筛选，而如果在土壤条件下对这些化合物进行测试，则很难达到一致的生长条件，会受到各种因素影响。再次，无菌培养下培养皿中的筛选还可在下一代同样条件下重新测试和进行遗传分析。

在分子水平分析时，常需经基因工程的方法取得转基因植物，而转基因植物获得过程中，常采用抗生素筛选等手段，这就必须将抗生素置于培养基中，在无菌条件下，使转化有外源基因的个体存活，而淘汰未转化的组织。

无菌培养的培养基组成

最普遍的培养基是1倍或0.5倍浓度MS培养基，其中加入琼脂达0.6-0.8%的浓度，可另加蔗糖至0-3%。也有实验采用Gamborg B5培养基。以下列出一种培养基配方：

在上述配制溶液中，加入1摩尔/升氢氧化钾调pH至5.7，在加入适量琼脂或蔗糖后，灭菌，贮存。当需铺平板时，将贮藏培养基置于微波炉中熔化，即可将其倒至培养皿中。0.8%琼脂浓度有利于在不伤根的情况下取出培养的小植株，并移植至土壤。蔗糖用作碳源，有利幼苗茁壮生长，但对只需短时间发芽生长的处理可免去蔗糖成分。

种子灭菌和播种

种子表面灭菌可采用漂白剂、乙醇等，另可附加SDS，TritonX-100等。例如，将拟南芥种子用含0.001-0.2%SDS的50%漂白剂处理10微分钟，或者将种子在50%乙醇中浸润1微分钟再用漂白粉处理。其中SDS也可用0.1%TritonX－100代替，最终用无菌水淋洗晾干。如果灭菌过程不采用漂白粉，可将种子在50%乙醇和0.5%Triton中放置3微分钟，再用95%乙醇淋洗，并令其快速风干。

拟南芥培养方法大致可以分为三种：第一种是直接把种子播种在土壤中（直播土培法）；第二种是先将种子播在无菌培养基上，再将幼苗移栽到土壤中（移栽法）；第三种则是直接将拟南芥种子播种在装有营养液的培养盒中（直播水培法）。

按土壤性质可分为蛭石法和蛭石营养土混合培养法。蛭石法只用蛭石作为培养介质，蛭石的特性是质地疏松，通气性好，有利于小苗生根。但是由于其本身没有营养成分，蓄水能力不强，需要经常补充浇灌营养液，而且蛭石轻松，易于被水冲走，导致根部露出土面，影响小苗的生长，所以这种培养方法在拟南芥一般培养实验中不常用。蛭石营养土混合培养法是将蛭石与营养土按一定比例混合后作为培养介质，然后再直接将种子播种在里边，这样营养土可以为拟南芥植株的生长提供营养成分，蛭石可以起到疏松土壤的作用，这是拟南芥一般培养使用最多的方法。

先将拟南芥种子表面消毒，然后播种在MS固体培养基上，待幼苗长到一定大小后，再移栽到培养土中正常培养生长，这种培养方法可以在移栽时挑选长势相同的植株，有助于提高后续实验的准确度。但是幼苗在移栽后需要对生长环境进行重新适应，而且幼苗比较脆弱，在移栽过程中很容易会对幼苗造成伤害，移栽后也需要精心呵护，因此对操作者的要求较高。这种方法常用于拟南芥种子萌发与筛选实验中。

直接将拟南芥播种在培养液中进行培养，可用于对植株进行高通量筛选实验中，这样可以避免将大批量幼苗移栽到培养土中造成的较大的工作量，这种方法也常用于不同条件处理下的拟南芥表型分析。

作为模式植物栽培时，为了使植株正常生长，培养出有代表性的群体以及潜在的新突变体在早期筛选过程中不致因病虫害侵袭而使表型丢失，因此必须注意病虫害防治。只要采取适当的措施，温室或生长室的病虫害是可以预防的。病虫害可能来自土壤，种子或操作人员本身。防治的原则应以防为主，杀灭为辅。最积极的措施是保持培养环境的清洁。

蚜虫：蚜虫聚集在叶和花茎上，在茎、叶上分泌密露，咬食幼小组织致使叶扭曲，严重时可引起萎蔫甚至死亡。

蓟马：叶上呈现银色或白色斑点，此蓟马科害虫在花序上积聚，并使受精受阻。

蘑菇蝇：在地上部未有明显伤害情况下植株长势弱，叶变黄，在根组织上可见到灰白的蛆，蛆在根上觅食。成年蝇聚集在植株周围，有时以蝇斑呈现。

红蜘蛛：在干、热条件下易侵染，叶被造成银色斑点，严重时植株变黄，萎蔫。叶下表面被细白丝线悬浮的白粉蒙盖。

白蝇：在叶下表面呈现，成虫是小白蝇。若虫为浅绿色。它通过吸食汁液侵害植物，侵染导致植株长势减弱，萎蔫，死亡。

白粉病：在叶花茎、长角果上呈现白粉斑，严重时会造成植株萎蔫，死亡。

灰霉病：灰色毛状霉菌呈现于植株表面，叶随之腐烂，有时可能伴随物质的降解。

种子可以入药，性味归经：味苦，性凉。归肺经。功能主治：清热化痰，利气止咳。主治咳嗽气喘，胸痞痰壅，呼吸困难。

拟南芥是进行遗传学研究的好材料，被科学家誉为“植物中的果蝇”。拟南芥由于其本身的优点（基因组小，重复序列少；生活周期短，植株体积小；易无菌培养转化；易诱发突变；花特征明显等）被广泛用于分子遗传学研究。它也成为研究植物成花转变遗传基础的模式植物。

首先，拟南芥生长的地理范围广，种类多样，非常有利于研究植物适应环境的问题。其次，它生长的速度很快。第三，由于它小巧，非常适合在实验室条件下培育。此外，从技术层面上说，由于拟南芥的幼苗和根部相对透明，易于进行活细胞显像，适合做显微镜分析。

2022年11月29日23时08分，神舟十五号载人飞船成功发射。此次任务中，中国科学院分子植物科学卓越创新中心蔡伟明研究团队，采用模式植物拟南芥作为空间实验材料，承担了“空间微重力环境调控植物细胞结构和功能的分子网络研究”项目。目前已收到空间站发回的微重力环境中生长的拟南芥图像。

北京时间2022年12月4日20时09分，神舟十四号载人飞船返回舱在东风着陆场成功着陆，带回国际首次在轨获得的水稻和拟南芥种子。 拟南芥样品一部分已做固定处理，科学家将对返回样品进行分子生物学、细胞学和代谢等相关分析，通过检测及分析研究，解析空间微重力对于拟南芥和水稻作用的规律和分子基础，为进一步创制适应空间环境的作物和开发利用空间微重力环境资源提供理论依据。