第七章_人工种子

第七章人工种子,第一节人工种子概述第二节人工种子制备的技术要点,第一节人工种子概述,一、人工种子的概念二、人工种子的意义,1978年美国生物学家Murashige在第四界国际组织和细胞培养会议上首次提出人工种子的设想。,种子是种子植物所特有的有性繁殖器官。种子一般由胚、胚乳和种皮三部分组成,种子,在农业生产上，种子是最基本的生产资料,其涵义更为广泛：凡是农业生产上可直接用作为播种材料的植物器官都称为种子。,一、人工种子概念,人工种子的概念是由美国生物学家穆拉希格（Murashige）于1978年在国际园艺植物学术讨论会上首先提出的，它是指将植物离体培养中产生的体细胞胚或能发育成完整植株的分生组织（芽、愈伤组织、胚状体等）包埋在含有营养物质和具有保护功能的外壳内形成的在适宜条件下能够发芽出苗的颗粒体。人工种子与天然种子非常相似，包括具有活力的体细胞胚、人工胚乳和人工种皮，又称合成种子，人造种子。,人工种子,人工种子亦称体细胞种子。任何一种经人工种皮包被或裸露的，具有形成完整植株能力的繁殖体均可称为人工种子。,广义：人工种子是在胚状体或一块组织（顶芽、腋芽）、一个器官（小鳞茎等）之外加上必要的营养成分（人工胚乳）后，用具有一定通透性而无毒的材料将其包裹起来，形成的与天然种子相似的颗粒体,人工种子分类,据Redenbaugh对人工种子的分类方法，可将人工种子分为三大类：1.裸露的或休眠的繁殖体如微鳞茎，微块茎等。它们在不加包被的情况下也具有较高的成株率。2.人工种皮包被（聚氧乙烯和液胶等）的繁殖体一些体细胞胚、原球茎等不能过度干燥，但只需要用人工种皮包被即可维持良好的发芽状态，如胡萝卜体细胞胚。3.水凝胶包埋再包被人工种皮的繁殖体大多数体细胞胚、不定芽、茎尖等均需要先包埋在半液态凝胶中，再经人工种皮包裹才能避免失水，从而维持良好的发芽能力。,植物人工种子的研究进展,1980年，美国普渡大学的科学家基托等制成了含有多个胡萝卜体胚的“合成种子”人工种子的雏形。1984年，有研究者用海藻酸钠为介质，制成了含单个细胞的胶囊丸，非常接近人工种子。接着他们制成了首例人工种子，其成活率在无菌条件下达86。,此后，人工种子的研制广泛展开，成为生物技术的热门领域。人工种子这种新的生物技术在农业上的应用，将给农业带来巨大的效益。,据报道，已有26个科，36个属的植物进行了人工种子的研究，其研究范围显示出两大特点：,一、是重要经济作物和粮食作物人工种子报道日益增多二、是微器官为繁殖体的报道日益增多，其中包括微芽、微枝、小鳞茎、小球茎、小块茎。,微器官作为人工种子繁殖体的报道日益增多,1990年，有关人工种子报道以体细胞胚为繁殖体的占63.6，以芽为繁殖体的报道占36.41994年，以以体细胞胚为繁殖体的占48.8，以芽为繁殖体的报道占38.1，另有13.1为其它类型的繁殖体。1.胚状体、人工胚（繁殖体）,以体细胞胚为繁殖体的人工种子,物种主要结果胡萝卜在有菌土壤中发芽成苗苜蓿在有菌条件下发芽成苗芹菜在有菌条件下发芽成苗柑橘在无菌条件下发芽成苗挪威云杉无菌及有菌条件下发芽松树无菌及有菌条件下发芽玉米无菌条件下发芽成苗杂交水稻无菌条件下发芽橡胶树无菌条件下发芽西洋参无菌条件下发芽,以体微器官为繁殖体的人工种子,物种繁殖体主要结果印度桑芽在无菌条件下发芽成苗檀香芽在无菌条件下发芽成苗花叶芋芽在无菌条件下发芽成苗百合小鳞茎在无菌条件下发芽成苗直杆桉树侧芽无菌件下发芽成苗莴苣芽无菌及有菌条件下发芽成苗石斛兰圆球茎无菌条件下发芽唐菖蒲球茎无菌条件下发芽香蕉微芽无菌条件下发芽,2.人工胚乳,胚乳是胚胎发育的营养条件，除胚（繁殖体发育所需的各类营养成分之外，还有一些特殊成分，以促进农作物的生长，如加入杀虫剂、除草剂、固氮菌及各种肥分等，这样种植时就不需要再施基肥，便可使苗木生长健壮且可提高苗木的抗性。,例：,美国的植物遗传公司同纽约州的一家生物技术公司合作，将杀真菌剂同胚状体合包在胶囊内制成人工种子，下种后长出的植株能抗病虫害。他们还进行了另一项合作，就是把微小的线虫装进人工种子胶囊内，种子发芽后，这种对作物无害的线虫，却能够吃掉伤害作物的昆虫的幼虫，有效地保护了作物。,3.人工种皮,胶囊之外的包膜称之为人工种皮,对胚状体或芽无毒害，柔软且有防止机械损伤及水分干燥等保护作用。包裹成功的人工种子既能通气、保持水分和营养,又能防止外部一定的机械冲击力。,二、人工种子的实践意义：,1.人工种子结构完整，体积小，便于贮藏与运输，可直接播种，易于机械化操作。2.不受季节限制，不受环境制约，胚状体数量多、繁殖快，有利于工厂化生产，同时还避免了种子携带病原菌的危险。3.有利于繁殖特殊繁殖材料，脱毒材料、珍稀植物、远缘杂种等4.与利用试管苗相比，可以避免移栽困难，且可实现机械化操作，体细胞胚无性繁殖系产生，可以固定杂种优势。5.可在人工种子中加入抗生素、农药等，这是快繁所不能达到的。,第二节人工种子制备的技术要点,农业生产中使用的天然种子，一般都是由种被、胚乳和胚三部分构成。目前研制的人工种子的结构包括:体细胞胚（繁殖体）人工胚乳人工种皮而繁殖体是人工种子的主体,一、体细胞胚规模化生产,作为人工种子繁殖体的体细胞胚，其基本要求是要具有发育上的同步性，还必须满足如下标准特征：1.形态正常具有完整的胚结构2.与母体植株的基因基本相同，特别是在重要经济性状上没有变异。3.具有较好成熟性，能耐受一定程度的脱水。4.作为实用化的体细胞胚种子还必须满足一定的数量要求，规模化生产的是其基本前提。,2.促进胚状体同步生长的方法,抑制剂法低温法渗透压法通气法分离过筛法,体细胞胚（繁殖体）,广义的体细胞胚由组织培养中获得的体细胞即胚状体、愈伤组织、原球茎、不定芽、顶芽、腋芽、小鳞茎等繁殖体组成。,二、人工种皮的装配,理想的人工种皮：1.具有一定的封闭性以保证人工胚乳的各种成分不容易流失，同时又具有良好的透气性。2.具有一定的坚硬度，以加强人工种子的耐储运性和适宜机械化操作3.无毒无害，能保证繁殖体顺利穿透发芽4.配制简单易行，成本低。,人工种皮,聚氧乙烯：有一定毒性且遇水易溶解。海藻酸盐：种皮易粘连，失水干缩等。,常用的人工种皮材料,早期使用Elvax4260涂膜，价格昂贵，操作复杂、包裹效果不尽人意。新近试验使用的二氧化硅化合物材料包括疏水的Tullanox和微亲水的Cab-O-Sil，二者均可以粉末状包裹在人工种子胶囊外层，操作时只需将胶囊在上述材料中滚动即可完成包被过程，操作简单易行，大量生产还可以机械化操作。最近还报道一种硅酮种衣，它不仅可以抗真菌，而且可渗入水蒸气和氧气，这些材料均还处于试验之中。,三、人工胚乳,人工胚乳一般由含有供应胚状体养分的胶囊组成,养分包括矿质元素、维生素、碳源以及激素等。另外，因有机元素和糖分易导致微生物感染而腐烂，因此同时要加入防腐剂、抗菌素、农药等。,常用的人工胚乳液配方有两种：,MS（或SH、White）培养基加入1.5%的马铃薯淀粉水解物；SH（0.5）培养基加入1.5%的麦芽糖。,四、包埋的方法,主要有液胶包埋法、干燥包埋法和水凝胶法等。液胶包埋法是将胚状体或小植株悬浮在”一种黏滞流体胶中直接播入土壤的方法。干燥包埋法是将体细胞胚经干燥后再用聚氧乙烯等聚合物进行包埋的方法。水凝胶法是指用通过离子交换或温度突变形成的凝胶包裹材料进行包埋的方法。,以海藻酸钠作包埋剂的操作程序是：,在配制好的海藻酸钠溶液中，按一定比例加入繁殖体并混匀。（添加糖、防腐剂、抗生素、农药等，防止病虫害侵染。）将其逐滴滴入2.0%-2.5%的CaCl2溶液中，经2030min.的离子交换作用即形成含有繁殖体具有一定刚性的人工种子，用无菌水漂洗20min.以终止反应。,人工种子制备的技术要点,人工种子的基本制作流程外植体的选择和消毒愈伤组织的诱导体细胞胚的诱导体细胞胚的同步化体细胞胚的分选体细胞胚的包裹(人工胚乳)包裹外膜发芽成苗试验体细胞胚变异程度与农艺研究。,人工种子存在的问题,目前，科学工作者已制成模式性人工种子的植物十