人工种子分析和总结.docxVIP

第七章 人工种子 第一节 人工种子概念与发展状况 自从 1978 年 Murashige 提出人工种子概念以来，1986 年 Redenbaugh 等成功地利用藻酸钠包埋单个体细胞胚，生产人工种子。此后，他们成功地获得了胡萝卜、棉花、玉米、甘蓝、莴苣和苜蓿等的人工种子。在我国，人工种子的研究已列入重点攻关项目，并已取得明 显进展。 所谓人工种子（Artificial seed），是指将细胞培养中形成的体细胞胚或不定芽包埋在能提供养分（人工胚乳）的胶囊里，再在胶囊外面包上一层具有保护功能和防止机械损伤的外膜（人工种皮），造成一种类似天然种子的结构。人工种子可在一定条件下萌发生长，形成完整植株。 与天然种子比较，人工种子有其自身特点：① 人工种子主要来源于体细胞胚，而体 细胞胚是通过无性繁殖体系实现的，因而可以用于固定优良基因组合杂种优势，且稳定快； 而优良基因组合杂种优势通过天然种子的有性繁殖，必然导致大量分离，难以稳定，使一 些需要的特性丧失。② 由生物工程产生的转基因植株和植物组织与细胞培养筛选获得的 突变体，通过体细胞胚发生制作人工种子迅速扩大繁殖，不受季节限制，可以大批量生产， 提供充足种源，成本低，发芽速度和生长速度比较一致，体积小，运输方便，还可以直接 播种和进行机械化操作等。③ 在制作人工种子过程中，加入农药、菌肥、激素等可以提 高农作物抗病虫害的能力，加速作物生长和发育。 人工种子涉及的问题较多，主要是：① 要求高频率诱导体细胞胚发生，而且数量多、质量高； ② 为使人工种子出苗整齐一致，必须使体细胞胚同步化；③人工种皮材料必须不损害体细胞胚，同时又有利于发芽和生长，并经得起加工、贮藏和运输；④人工胚乳必须保证体细胞胚正常发育和提供充足营养，同时能防腐和防干；⑤ 能够进行机械操作以便大量制种；⑥ 提高体细胞胚产生正常植株的转换率。由此可见，体细胞胚发生频率的高低、胚的质量和体细胞胚发生同步化是生产人工种子的基础和关键。 第二节 繁殖体种类 一、体细胞胚及其规模化生产 体细胞胚的诱导和形成需要经过至少两个阶段：第一阶段，在含高生长素浓度的培养基中，诱导胚性细胞形成；第二阶段，在较低生长素或无生长素的培养基中诱导体细胞胚形成。 二、微芽及其营养变态器官繁殖体的培养 一般只需一个培养程序，但有时为了增加繁殖体的数量，也需进行一定次数的继代。三、微型变态器官及其芽繁殖体的培养 需要经过不同的诱导程序获得。 第三节 人工种子的研制一、高质量和高产量体细胞胚诱导与同步化 人工种子必须以同步化、高质量和高产量的体细胞胚为基础。体细胞胚一定要活力强， 能够正常发育并完成全部发育过程，诱导出的体细胞胚可以单个剥离，而且再生频率高，在 长期继代培养中体细胞胚的发生和发育能力不丧失，并在激素等条件下可以同步控制体细胞 胚胎发生。胡萝卜等工艺基础较好的植物，体细胞胚产量较高，1L 培养基能分离出 10 万个体细胞胚。 根据有关研究，将体细胞胚诱导与同步化控制归纳如图5.11 所示。 手工选择：无菌条件下逐个筛选。过筛选择：胚性细胞悬浮培养液分别通过不同孔径滤网过筛、培养、再过滤。不连续密度梯度离心：通过 手工选择：无菌条件下逐个筛选。 过筛选择：胚性细胞悬浮培养液分别通过不同孔径滤网过筛、培养、再过滤。 不连续密度梯度离心：通过 Ficoll不同浓度产生不同密度梯度溶液，对不同比重细胞进行筛选。 渗透压分选：基于体细胞胚不同发育阶段渗透压明显变化，选择比较一致的同一发育时期的体细胞胚。 植物胚性细胞分级仪筛选：根据不同发育阶段体细胞胚比重不同，通过筛选液（一般为 2％蔗糖，进样速度 15mL/min ，分选液流速 20mL/min ）经数分钟分级筛选，以获得一定纯化的成熟胚。 低温处理同步化：冷处理或与营养饥饿相结合，以增加细胞同步化。 饥饿法：除去悬浮细胞生长所需基本成分， 导致进入静止生长期，然后恢复营养， 以促进细胞同步化。 阻断和解除法：适当阻断细胞循环过程，使培养细胞同步化，然后解除阻断，以控制体细胞胚发育同步化。 有丝分裂阻止：利用秋水仙碱抑制细胞有丝 分裂，以达同步化，但处理时间不宜过长，避免引起不正常有丝分裂。 物理方法 化学方法 图 5.11 体细胞胚诱导与同步化控制 二、 人工种子包埋 获得高质量和高产量且同步化的体细胞胚后，选择适合的材料进行包埋。包埋时应注意 以下几点：① 包埋材料必须对体细胞胚无损害和无毒性，确保体细胞胚正常胚萌发的能力； ② 人工种子在研制、贮藏、运输和种植过程中具有耐久性；③ 人工种子的胶囊内必须含有植物生长和发育所需要的养分、水分和植物激素；④ 人工种子适合机械化播种。 包埋方法：主要是滴注与装膜。藻酸盐所形成的胶囊是目前最好的凝胶包埋材料。 滴注是指将体细胞胚悬浮于含 2%