专利名称：一种拟南芥直播水培装置及其应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及拟南芥的水培装置，特别是涉及一种在人工气候室内直播水培拟南芥
的装置及其应用。
背景技术：
拟南芥(Arabidopsis thaliana)是十字花科拟南芥属植物，具有生育期短，植株 个体小及基因组小等特点，长期以来一直被用作分子生物学和遗传学研究的模式实验材 料，尤其在植物发育生物学研究中扮演了十分重要的角色，被誉为植物界的"果蝇"。但是 拟南芥种子特别小，幼苗很弱，给它的培养带来一定的困难；并且它的体积和生物量相应较 小，以致一些生理生化问题的研究受到限制。以拟南芥为材料进行实验，培养出健壮、无病 虫害感染而整齐一致的植株是实验成功的基础。 拟南芥的生长发育对各种环境因子(如温度、湿度、光照等)和培养介质的变化 特别敏感，培养条件需严格控制。目前主要采用移栽法和直播土培法室内或箱内培养拟南 芥。移栽法是先将经消毒后的种子播于无菌培养基上，待光照培养2-3周后，再将小苗移栽 到营养土和蛭石混合的培养介质上继续进行培养。在移栽过程中拟南芥幼苗易受伤害，同 时因生长介质的环境条件改变，需要经历一定的缓苗期，使拟南芥成活率降低并且发育延 迟。后一种方法是种子直接播种于营养土和蛭石混合的培养介质上， 一般种子难以播种均 匀。无论是移栽法还是直播土培法，其培养介质的配方需严格控制，否则就会导致拟南芥在 培养介质中扎根浅，长势差，难以培养出健壮的植株。 一般来说，水培法可以严格控制营养 液中的离子浓度，提高植株生长速度，并且可以避免其它培养方法中培养介质对根系生长 的机械限制，从而培养出健壮而整齐一致的植株。因此，水培法在拟南芥培养中得到广泛应 用。但已经报道的拟南芥水培方法，通常采用移栽而不是直播。拟南芥幼苗弱小，移栽时其 根系很容易损伤，而影响成活率，特别是在进行高通量的拟南芥突变体筛选时，需移栽成千 上万的幼苗，工作量非常大。人工气候室中各种环境因子都可以得到比较精确地控制，因 此，有必要建立一种能在人工气候室中简单而快速地培养健壮拟南芥植株的水培方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种拟南芥直播水培装置，装置简单，原料易得，可在人工气
候室中重复培养出健壮、整齐一致的拟南芥植株。
本发明所提供的拟南芥培养装置，如下所述 拟南芥直播水培装置包括一敞口容器，在敞口容器内设置一支撑平板，在平板上 设置有1个或1个以上的小孔，在每个小孔内均插设中空管，在中空管内填充有固体培养基。
敞口容器内装有水或营养液，支撑平板设置于水或营养液的液面上方，中空管的 上端处于支撑平板的上方；中空管的下端插入水或营养液中；
所述装置用于拟南芥直播水培的过程中，其操作步骤如下，
1)将拟南芥种子在l-4t:，湿度70-90%，黑暗条件下春化处理2-3天； 2)将生长胶液灌注到中空管内，待生长胶液凝固形成固体培养基后将中空管插到
支撑平板的小孔内，于作为培养盆的敞口容器内盛入水或营养液，将支撑平板设置于水或
营养液的液面上方，中空管的上端处于支撑平板的上方；中空管的下端插入水或营养液中；
再将步骤1)处理后的种子播到固体培养基的表面，用纱布和薄膜覆盖培养盆的上口，纱布
置于薄膜下方； 3)将播种后的培养盆置于经灭菌的人工气候室内，调节人工气候室内的环境因 子，使光周期为15-17小时光照，7-9小时黑暗；光照强度为100-150 iimol m—2s—1 ;光照条件 下的温度为22-25t:，黑暗条件下的温度为18-20°C ;相对湿度为60-70% ;进行拟南芥的培 养； 4)培养10-14天后持续对水或营养液通气，每10-14天更换培养盆内的水或营养 液，经培育得到拟南芥植株。 在上述培养装置及其应用中1所述敞口容器为不透光的上端开口容器；所述支 撑平板为打有小孔的不透光平板。 步骤2)中所述生长胶液为含5-20mg/ml琼脂的，浓度为Hoagland营养液十分 之一的培养液；所述营养液是浓度为Hoagland营养液十分之一的培养液，Hoagland营养液 的配方；6mM KN03、4. 5mM Ca(N03)2 4H20、2mMMgS04 7H20、lmM KH2P04、0. 02mM FeS04 7H20、 0. 02mM Na2_EDTA、0. 046mMH3B03、0. 005mM MnCl2 4H20、0. 8 ii M ZnS04 7H20、0. 3 ii M CuS04 5H20禾卩0. 1 ii MNa2Mo04 2H20。 步骤3)中对人工气候室进行灭菌的方法为先将人工气候室清洗干净，再用紫外 灯灭菌0.5-1小时，然后通气，使室内的臭氧完全挥发，以避免残余臭氧对苗的伤害。在培 育过程中，可根据拟南芥植株生长发育所需的最适环境因子对人工气候室中的各种环境因 子的数值进行设置，人工气候室中各环境因子的数值优选为光周期为16小时光照，8小时 黑暗；光照强度为150iimo1 m—2s—1 ;光照条件下的温度为22°C ，黑暗条件下的温度为18°C ; 相对湿度为65% ;人工气候室每1-2天通气一次。 步骤4)中对水或营养液的通气方法为播种10-14天后根系伸长至水或营养液 时，接通气泵，将出气管插入水或营养液中通气。每10-14天更换培养盆内的水或营养液， 经培育得到拟南芥植株。 种子无需灭菌，直接将种子2-3粒播到每个中空管的固体培养基表面；培养过程
中，待播种后4-6天将纱布和塑料薄膜揭开；两周左右减苗至每中空管内一棵苗。 此外，由于人工气候室对湿度的调控能力有限，可在室内添加加湿器和除湿机，以
保证室内的相对湿度在适宜的范围。为使拟南芥长得更加整齐一致，每隔3-5天将培养盆
在人工气候室中的位置随机更换一次。 上述应用对任意生态型的野生型拟南芥及其突变体均适用，包括Columbia (Col)、 Wassilewski ja(Ws)禾口 Landsberg erecta(Ler)等。 本发明提供了一种在人工气候室中直播水培拟南芥装置及其应用。在本发明的 方法中，种子无需灭菌，直接播种于生长胶的表面，且生长胶的配方中无碳水化合物成分， 既能为种子萌发提供营养，又几乎不会长菌，提高了发芽率和幼苗的成活率。发芽率达到 97%。种子萌发期和幼苗期在生长胶中生长，解决了拟南芥分生组织对淹水敏感的问题，同样提高发芽率和成活率。这种生长胶塞制作简单，原料易获得。采用不透光水容器可防止光 线进入容器内部，防止绿藻的产生，从而根系可健壮生长。水培方法可以提供充足的营养和 水分，产生较大的和更为整体一致的植株，并且可以避免其他培养方法中培养介质对根系 生长的机械限制。此外，通过水培方法，还可直观地了解植株地上部与地下部生长的变化， 特别是根系生长的全过程。在营养突变体的筛选中，可以控制营养液的组成成分，排除培养 基质对筛选过程的影响。本发明重复性好、简单易行，是一种能产生大量植物器官(如根、 茎、叶等)适合生物化学和生理学分析的新型拟南芥水培养系统。
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。
图1为本发明装置结构示意图； 图2为拟南芥在人工气候室中萌芽后30天的生长状况照片。
具体实施例方式
如图1所示，一种拟南芥直播水培装置，所述装置包括一敞口容器，在敞口容器1 内设置一支撑平板2，在平板上设置有1个或1个以上的小孔3，在每个小孔内均插设中空 管4，在中空管内填充有固体培养基5。 所述敞口容器内装有水或营养液，支撑平板设置于水或营养液的液面上方，中空 管的上端处于支撑平板的上方；中空管的下端插入水或营养液中；所述敞口容器为不透光 的上端开口容器；所述支撑平板为打有小孔的不透光平板。
实施例1、拟南芥的培育 现用本发明的装置在人工气候室中培育拟南芥，包括以下步骤 1)拟南芥种子的春化处理将生态型为Wassilewskija(Ws)的拟南芥种子放在离
心管中，放在4t:冰箱中避光处理3天。 2)不透光塑料盆(38x27x14cm)为此装置中的敞口容器；用白色泡沫板制作支撑 板；用1000i!L移液枪的吸头制作中空管。将1000iiL吸头的细端剪掉4cm，剩余的部分 (约3cm)倒置在玻璃板上以装填用含8mg/ml琼脂的，浓度为Hoagland营养液十分之一 的培养液制作的生长胶液；将剪裁合适的白色泡沫板打孔，孔径与1000 ii L的吸头吻合，孔 径中心相距7cm。待生长胶液凝固形成固体培养基后，将盛有固体培养基的吸头插到泡沫 支撑板的小孔内。将此插有吸头的泡沫板放置于盛有Hoagland营养液浓度十分之一的培 养液的不透光塑料盆内，此泡沫板置于液面之上，使吸头的上端处于泡沫板的上方，吸头的 下端插入培养液中。再将春化的种子用牙签播到固体培养基表面，每吸头两粒，然后将塑 料盆覆盖一层纱布，其上再覆盖一层透光塑料薄膜。Hoagland营养液的配方为6mM KN03、 4. 5mMCa(N03)2 4H20、2mM MgS04 7H20、lmM KH2P04、0. 02mM FeS04 7H20、0. 02mMNa2_EDTA、 0. 046mM H萬、0. 005mM MnCl2 4H20、0. 8 ii M ZnS04 7H20、0. 3 ii MCuS04 5H20禾口 0. 1 ii M Na2Mo04 2H20。 3)对人工气候室进行灭菌先将人工气候室清洗干净，再用紫外灯灭菌0. 5-1小 时，然后通气，使室内的臭氧完全挥发，以避免残余臭氧对苗的伤害。 4)将播种后的塑料盆置于经灭菌的人工气候室中，调节人工气候室的环境因子，使光周期为16小时光照，8小时黑暗；光照强度为150iimo1 m—2s—1 ;光照条件下的温度为 22t:，黑暗条件下的温度为18t:;相对湿度为65X;人工气候室每天通气一次。由于人工气 候室对湿度的调控能力有限，再在室内添加加湿器和除湿机，以保证室内的相对湿度在适 宜的范围。 5)播种后四天将纱布和塑料薄膜揭开，两周左右减苗至每吸头内一棵苗，当根系 伸长到营养液时(约两周)接通气泵持续通气。每隔五天将培养盆在人工气候室中的位置 随机更换一次，每隔两周更换一次营养液。经培育就可得到健壮，较为整齐一致的拟南芥植 株(如图2所示)。
权利要求
一种拟南芥直播水培装置，其特征在于所述装置包括一敞口容器，在敞口容器(1)内设置一支撑平板(2)，在平板上设置有1个或1个以上的小孔(3)，在每个小孔内均插设中空管(4)，在中空管内填充有固体培养基(5)。
2. 根据权利要求l所述的装置，其特征在于所述敞口容器内装有水或营养液，支撑平 板设置于水或营养液的液面上方，中空管的上端处于支撑平板的上方；中空管的下端插入 水或营养液中。
3. 根据权利要求l所述的装置，其特征在于所述敞口容器为不透光的上端开口容器； 所述支撑平板为打有小孔的不透光平板。
4. 一种权利要求1所述装置的应用，其特征在于所述装置用于拟南芥直播水培的过 程中，其操作步骤如下，1) 将拟南芥种子在l-4t:，湿度70-90%，黑暗条件下春化处理2-3天；2) 将生长胶液灌注到中空管内，待生长胶液凝固形成固体培养基后将中空管插到支撑 平板的小孔内，于作为培养盆的敞口容器内盛入水或营养液，将支撑平板设置于水或营养 液的液面上方，中空管的上端处于支撑平板的上方；中空管的下端插入水或营养液中；再 将步骤1)处理后的种子播到固体培养基的表面，用纱布和薄膜覆盖培养盆的上口，纱布置 于薄膜下方；3) 将播种后的培养盆置于经灭菌的人工气候室内，调节人工气候室内的环境因子，使 光周期为15-17小时光照，7-9小时黑暗；光照强度为100-150 iimol m—2s—1 ;光照条件下的 温度为22-25t:，黑暗条件下的温度为18-2(TC ;相对湿度为60-70% ;进行拟南芥的培养。4) 培养10-14天后持续对水或营养液通气，每10-14天更换培养盆内的水或营养液，经 培育得到拟南芥植株。
5. 根据权利要求4所述的应用，其特征在于所述生长胶液为含5-20mg/ml琼脂的、 浓度为Hoagland营养液十分之一的培养液；所述营养液是浓度为Hoagland营养液十分之 一的培养液，Hoagland营养液的配方6mMKN03、4. 5mM Ca(N03)2 4H20、2mM MgS04 7H20、 ImM KH2P04、0. 02mMFeS04 7H20、0. 02mM Na2_EDTA、0. 046mM H3B03、0. 005mM MnCl2 4H20、 0. 8 ii MZnS04 7H20、0. 3 ii M CuS04 5H20禾卩0. 1 ii M Na2Mo04 2H20。
6. 根据权利要求4所述的应用，其特征在于所述步骤3)中对人工气候室进行灭菌 的方法为室内紫外灯灭菌0. 5-1小时；所述步骤3)培养过程中人工气候室每1-2天通 气一次；将人工气候室中各环境因子的数值设为光周期为15-17小时光照，7-9小时黑 暗；光照强度为100-150 yrnol m—2s—1 ;光照条件下的温度为22_25°C ，黑暗条件下的温度为 18-20°C ;相对湿度为60-70%。
7. 根据权利要求4所述的应用，其特征在于所述步骤4)中对水和营养液通气方法 为播种后10-14天根系伸长至水或营养液时，接通气泵，将出气管插入水或营养液中通 气。
8. 根据权利要求4所述的应用，其特征在于种子无需灭菌，直接将种子2-3粒播到每 个中空管的固体培养基表面；培养过程中，待播种后4-6天将纱布和塑料薄膜揭开；两周左 右减苗至每中空管内一棵苗。
9. 根据权利要求4所述的应用，其特征在于人工气候室内放置加湿器和除湿机来维 持设定的湿度；每隔3-5天将培养盆在人工气候室中的位置随机更换一次。
10.根据权利要求4所述的应用，其特征在于所述拟南芥包括野生型拟南芥及其突变 体；所述拟南芥的生态型为Columbia、 Wassilewski ja或Landsberg erecta。
全文摘要
本发明公开了一种拟南芥直播水培装置及其应用。该装置包括一敝口容器，在敝口容器内设置一支撑平板，在平板上设置有1个或1个以上的小孔，在每个小孔内均插设中空管，在中空管内填充有固体培养基。敞口容器内装有水或营养液，支撑平板设置于水或营养液的液面上方，中空管的上端处于支撑平板的上方；中空管的下端插入水或营养液中。该装置可应用于拟南芥直播水培，本发明方法装置简单，原材料易得，能获得大量的植物器官(如根、茎、叶)供生物化学和生理学研究。
文档编号A01G31/00GK101731135SQ20081022906
公开日2010年6月16日 申请日期2008年11月26日 优先权日2008年11月26日
发明者关亚风, 孙秀梅, 张纪秀, 陈吉平 申请人:中国科学院大连化学物理研究所