第九章 植物胚胎培养与离体受精

1、l胚胎培养（胚胎培养（embryo culture）是植物组是植物组织培养的一个主要领域。植物胚胎培养织培养的一个主要领域。植物胚胎培养是指对植物的胚（种胚）及胚器官（如是指对植物的胚（种胚）及胚器官（如子房、胚珠）进行人工离体无菌培养，子房、胚珠）进行人工离体无菌培养，使其发育成幼苗的技术。使其发育成幼苗的技术。l从离体胚到完整的植株，其发育途径有从离体胚到完整的植株，其发育途径有3条：条：1、正常胚胎发育途径、正常胚胎发育途径 2、脱分化、脱分化形成愈伤组织形成愈伤组织 3、早熟萌发产生畸形苗、早熟萌发产生畸形苗l1、克服杂种胚的败育，获得稀有杂种、克服杂种胚的败育，获得稀有杂种l例：程桂

2、琴等（例：程桂琴等（2000）通过离体胚培养）通过离体胚培养成功地获得了纤毛鹅观草和成功地获得了纤毛鹅观草和5个四倍体小个四倍体小麦种（品种）的属间杂种植株及愈伤组麦种（品种）的属间杂种植株及愈伤组织，有效地克服了纤毛鹅观草和四倍体织，有效地克服了纤毛鹅观草和四倍体小麦杂种胚发育小的问题。小麦杂种胚发育小的问题。 2、获得单倍体和多倍体植株、获得单倍体和多倍体植株 例例1：孙敬三等利用小麦：孙敬三等利用小麦X玉米获得了小麦玉米获得了小麦单倍体。单倍体。l例例2：伊华林等以柑橘异源四倍体杂种为：伊华林等以柑橘异源四倍体杂种为父本与单胚的二倍体柑橘类型杂交，通父本与单胚的二倍体柑橘类型杂交，通过幼

3、胚获得了三倍体植株。过幼胚获得了三倍体植株。 2、获得单倍体和多倍体植株、获得单倍体和多倍体植株 例例1：孙敬三等利用小麦：孙敬三等利用小麦X玉米获得了小麦玉米获得了小麦单倍体。单倍体。l例例2：伊华林等以柑橘异源四倍体杂种为：伊华林等以柑橘异源四倍体杂种为父本与单胚的二倍体柑橘类型杂交，通父本与单胚的二倍体柑橘类型杂交，通过幼胚获得了三倍体植株。过幼胚获得了三倍体植株。l3、打破种子休眠，促进胚萌发、打破种子休眠，促进胚萌发l例：例：Arrillaga等（等（1992）证明用各种方）证明用各种方法处理未经层积处理的花白蜡完整种子，法处理未经层积处理的花白蜡完整种子，都不能明显提高种子的发芽率

4、，但将种都不能明显提高种子的发芽率，但将种子浸泡子浸泡24h后，取出胚进行离体的胚培养，后，取出胚进行离体的胚培养，胚萌发率高达胚萌发率高达90%以上。因此他们认为以上。因此他们认为离体胚培养可以解除种子休眠。离体胚培养可以解除种子休眠。l5、克服种子生活力低下和自然不育性，、克服种子生活力低下和自然不育性，提高种子发芽率提高种子发芽率l例：例：Musa balbisiana 是商品香蕉的是商品香蕉的1个个野生亲缘物种，其种子在自然条件下不野生亲缘物种，其种子在自然条件下不能萌发，然而通过离体胚的培养很容易能萌发，然而通过离体胚的培养很容易产生幼苗产生幼苗1、胚培养、胚培养（1）成熟胚培养）成

5、熟胚培养（2）幼胚培养）幼胚培养2、胚珠培养、胚珠培养3、子房培养、子房培养4、胚乳培养、胚乳培养5、植物离体受精、植物离体受精1、胚培养、胚培养（1）成熟胚培养）成熟胚培养（2）幼胚培养）幼胚培养2、胚珠培养、胚珠培养3、子房培养、子房培养4、胚乳培养、胚乳培养5、植物离体受精、植物离体受精l1.来自同一花粉管的两个精子是定向l还是随机运动到卵细胞或中央细胞？l2.配子之间是否有识别过程以至特异l结合？l3.配子融合的动力学机制？l4.植物如何避免多精入卵问题？l5.受精对卵细胞的激活作用始自何时？l通过何种机制？何种信号？l 离体受精（离体受精（IVF） 指在离体环境中完成指在离体环境中完

6、成被子植物被子植物的精、卵融合的精、卵融合而且利用受精所产生的而且利用受精所产生的“离体合子离体合子”培养再生植培养再生植株，做到整个受精与胚胎发育过程完全在离体条株，做到整个受精与胚胎发育过程完全在离体条件下完成。（件下完成。（90年代）年代）1.1.配子分离配子分离 1) 1) 卵细胞的分离卵细胞的分离 酶学的方法酶学的方法直接解剖法直接解剖法 2) 精细胞的分离精细胞的分离 渗透压冲击法渗透压冲击法机械分离法机械分离法 2. 2. 单对配子融合单对配子融合 微电融合微电融合 85% 85%融合率，只有此法融合的产物再生了植株。融合率，只有此法融合的产物再生了植株。 高钙高钙低低PHPH介

7、导融合介导融合 电融合方法的代替技术。电融合方法的代替技术。 一般钙条件融合一般钙条件融合 PEGPEG诱导的融合诱导的融合 3. 3. 人工合子的培养人工合子的培养 培养方法培养方法目前常采用目前常采用微室饲养微室饲养培养培养 将商品生产的微室置入饲养细胞的小培养皿中，将商品生产的微室置入饲养细胞的小培养皿中，培养物接微室内，通过室底部微孔滤膜吸取周围培养物接微室内，通过室底部微孔滤膜吸取周围饲饲养细胞养细胞释放的活性物质，促进其发育。释放的活性物质，促进其发育。 Feeder Cell:Feeder Cell: 未未成熟胚悬浮细胞或小孢子细胞成熟胚悬浮细胞或小孢子细胞 Feeder Cel

8、lFeeder Cell促进被饲养物生长的原因：促进被饲养物生长的原因： 1）增加细胞密度）增加细胞密度 2）细胞旺盛分裂或分化过程中产生活性物细胞旺盛分裂或分化过程中产生活性物质质 生长促进因子生长促进因子( (GPF)GPF) （维持细胞分裂、生长和发育所必需的）（维持细胞分裂、生长和发育所必需的） 1. 为受精生物学的重要理论问题的探索为受精生物学的重要理论问题的探索与解决开辟了新的途径；与解决开辟了新的途径； 2. 用于遗传育种中可以克服自交不亲和用于遗传育种中可以克服自交不亲和性，进行作物改良。性，进行作物改良。1. 配子识别配子识别判别糖蛋白的作用判别糖蛋白的作用 利用分离的雌、雄

9、配子对其细胞膜特征，如表面膜蛋白利用分离的雌、雄配子对其细胞膜特征，如表面膜蛋白特别是糖蛋白的分布等直接进行分析，这可以帮助判断特别是糖蛋白的分布等直接进行分析，这可以帮助判断糖蛋白在被子植物中是否和在动物及低等植物中一样是糖蛋白在被子植物中是否和在动物及低等植物中一样是配子识别必不可少的；配子识别必不可少的；2. 膜融合膜融合多精入卵问题的探讨多精入卵问题的探讨 3. 胞质融合胞质融合精细胞质全部进入卵细胞精细胞质全部进入卵细胞 4. 核融合核融合融合过程中的信号问题融合过程中的信号问题 1. 配子识别配子识别判别糖蛋白的作用判别糖蛋白的作用2. 膜融合膜融合多精入卵问题的探讨多精入卵问题的

10、探讨 膜融合的方式，在不同的离体受精系统中融合的原理是膜融合的方式，在不同的离体受精系统中融合的原理是 不同的，一种是精细胞质很快进入卵细胞，精细胞膜作不同的，一种是精细胞质很快进入卵细胞，精细胞膜作 为其中的一部分参与了受精卵细胞膜的重组。另一种是为其中的一部分参与了受精卵细胞膜的重组。另一种是 精细胞整体进入卵细胞，精细胞膜并不参与融合产物细精细胞整体进入卵细胞，精细胞膜并不参与融合产物细 胞膜的形成。胞膜的形成。 3. 胞质融合胞质融合精细胞质全部进入卵细胞精细胞质全部进入卵细胞 4. 核融合核融合融合过程中的信号问题融合过程中的信号问题 1. 配子识别配子识别判别糖蛋白的作用判别糖蛋白

11、的作用2. 膜融合膜融合多精入卵问题的探讨多精入卵问题的探讨 3. 胞质融合胞质融合精细胞质全部进入卵细胞精细胞质全部进入卵细胞 体内自然受精过程中，至少部分被子植物的精细胞质未体内自然受精过程中，至少部分被子植物的精细胞质未 能进入卵细胞；而在离体受精时，精细胞质则能进入卵细胞；而在离体受精时，精细胞质则全部全部进入进入 卵细胞卵细胞 。4. 核融合核融合融合过程中的信号问题融合过程中的信号问题 1. 配子识别配子识别判别糖蛋白的作用判别糖蛋白的作用2. 膜融合膜融合多精入卵问题的探讨多精入卵问题的探讨3. 胞质融合胞质融合精细胞质全部进入卵细胞精细胞质全部进入卵细胞 4. 核融合核融合融合

12、过程中的信号问题融合过程中的信号问题 核融合一般在精核融合一般在精卵融合后卵融合后35-90min出现出现 。烟草卵细胞烟草卵细胞 有明显的极性即液泡端和胞质端，但无论精子在卵细胞有明显的极性即液泡端和胞质端，但无论精子在卵细胞 哪一端融合，卵细胞质都可很快地移向精核处将其纳入哪一端融合，卵细胞质都可很快地移向精核处将其纳入 并包被。并包被。 1. 为受精生物学的重要理论问题的探索与解决为受精生物学的重要理论问题的探索与解决开辟了新的途径；开辟了新的途径； 2. 用于遗传育种中可以克服自交不亲和性，进用于遗传育种中可以克服自交不亲和性，进行作物改良。行作物改良。 离体受精所能克服的是那些以花粉离体受精所能克服的是那些以花粉柱头或花粉柱头或花粉花柱相互作用为基础的不亲和障碍，并不是万能的。花柱相互作用为基础的不亲和障碍，并不是万能的。 利用离体受精系统研究受精与早期胚胎发生过程利用离体受精系统研究受精与早期胚胎发生过程中