植物人工种子概况

植物人工种子的概况一、人工种子的研究发现及概念一、人工种子的研究发现及概念植物人工种子技术是从植物离体培养技术的基础上发展起来的一门新型的技术。欧洲把它列入“尤里卡”计划，美国已研制出了胡萝卜、芹菜、莴苣等植物的人工种子，我国将其列为高新技术项目（863 计划）组织攻关。人工种子的概念是由 Murashige 在 1978 年提出的。1977 年，Murashige 在国际园艺作物组织培养讨论会上提出了高速度、大规模生产繁殖胚状体的设想，次年首次报道了人工种子的概念。1981 年，Lawrence 研究了芹菜、莴苣体细胞胚的包埋技术后，就有了许多人工种子的报道。最初，人工种子主要是指包含在含有养分和具有保护功能的物质中形成可在适宜条件下萌发出苗的体细胞颗粒，其中的营养成分和附加物质被称为人工胚乳，具有保护功能的物质被称为人工种皮。1987 年，Bapat 等成功的采用桑树试管苗腋芽制作非体细胞胚的人工种子,使人工种子的概念得到进一步的扩展。1995 年陈德富等提出的比较完整的人工种子的概念, 指离体培养下的植物材料，通过繁殖获得大量的高质量的成熟胚状体，把这些胚状体外面包上有机化合物作为保护胚状体及提供营养的“胚乳”和“种皮” ，从而创造出与真种子类似的结构。所以，人工种子主要由 3 部分组成:一是胚状体(分生组织),它相当于天然种子的胚,是有生命的物质结构;二是供胚状体维持生命力和保证其在适宜的环境条件下生长发育的人工胚乳;三是具有保护作用的“人工种皮” ,它应象天然种皮一样能在适宜条件下维持胚状体正常的生长发育,这就要求它必须具备透透气、固定成型、耐机械冲击且不损坏的特性。二、研究人工种子的意义二、研究人工种子的意义种子不仅是植物传种续代之本,而且也是人类的衣食之源。人工种子不仅能象天然种子一样可以贮存、运输、播种、萌发和长成正常植株,而且还有许多独特的优点:1)使在自然条件下不易结实或种子昂贵的材料得以繁殖和保存。2) 繁殖速度快。天然种子在农业生产上受季节限制,而体胚可常年在实验室获得,并可以用生物反应器大规模生产,已有研究表明用 1 个体积为 12 L 的发酵罐在二十几天内生产的胡萝卜体细胞胚可制作 1 000万粒人工种子,可供种植几百平方千米地,这样也就节约了大量留种地。另外,它可以象天然种子一样机械化播种,所以生产效率会很高。3) 固定杂种优势。使 F1 代杂交种可以多代利用,使优良的单株能快速繁殖成无性系品种,从而大大缩短育种年限。4)从任何材料都能得到胚状体，为基因工程技术应用于生产提供桥梁。目前,植物基因工程的研究飞速发展,在植物抗虫、抗病、抗除草剂和改变植物成分方面,都得到了不少转基因植株。但是,在基因工程的成果开始转向生产的过程中,生物技术的下游工程显然是一个薄弱的环节。人工种子技术有望成为一座架设在遗传工程与农业生产间的“桥梁” 。5)在人工种子的包裹材料里加入各种生长调节物质、菌肥、农药等,可人为地影响控制作物生长发育和抗性。人工种子能繁殖大量的从人工授粉杂种和遗传工程植株中筛选出来的优良基因型。另外,人工种子可以为不育的和不稳定的基因型提供一种繁殖方法。三、人工种子的研究概况三、人工种子的研究概况自人工种子提出以来,已经在许多植物中开展了研究并取得了很大进展。根据包裹繁殖体的不同可将人工种子分为体细胞胚人工种子与非体细胞胚人工种子。以体胚为繁殖体包裹制作而成的人工种子称为体细胞胚人工种子;而以不定芽、腋芽、茎节段、原球茎、发根、愈伤组织等制作而成的人工种子称为非体细胞胚人工种子。1、体细胞胚人工种子研究 从人工种子提出到 1990 年,己经有胡萝卜、芹菜等 20 多种植物以体胚为包裹材料,制作出人工种子。近年来这个数量还在不断的增加。例如,番木瓜成熟的体细胞胚经脱水至含水量 50%一 70%,再用改良的海藻酸钠系统包埋制成人工种子。2 非体细胞胚人工种子研究以体细胞胚为包裹材料的人工种子要求高质量的体细胞胚能够大量同步发生;而目前只有少数植物能建立这样的体细胞胚发生系统。如胡萝卜、首稽、龙眼等。1998 年 Standard 等人按其来源与特性把制作人工种子的非体细胞胚分为三类:第一类是球茎、原球茎;第二类是微切段带顶芽或腑芽的茎节段、不定芽;第三类是处于分化状态的繁殖体如拟分生组织、细胞团、原基等。四、人工种子的制作流程四、人工种子的制作流程人工种子的制作主要包括胚状体的诱导、包裹制种与发芽试验。用体细胞胚包埋制作人工种子的系统是由 Redenbaugh 等人建立起来的,其制作流程如下:选取目标植物从合适外植体诱导愈伤组织体细胞胚的诱导(最好在发酵罐中进行)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)作包裹外膜贮藏发芽成苗实验体细胞变异程度与农艺研究。五、人工种子应用前景及展望五、人工种子应用前景及展望在农业上,一些国家(如美国、法国和日本)实现了人工种子生产的大田化,美国已有大面积的人工种子芹菜上市,已成功构建了胡萝卜、芹菜等作物的胚状体发生体系。在园林方面,人工种子与自然种子相比优良遗传性状稳定，出苗生长整齐，育出的商品苗质量好、规格一致；人工种子与试管苗相比，具有所用培养基量少、体积小、繁殖快、发芽成苗快、运输及保存方便的特点；人工种子可以克服营养繁殖造成的病毒积累，可以快速繁殖脱毒苗；人工种子技术适用于难以保存的种质资源、遗传性状不稳定或育性不佳的珍稀林木的繁殖；人工种子技术可加快林木育种进程，促进新品种的研发。因此，人工种子在快速繁殖苗木、人工造林、森林保护和森林开发利用方面，具有很大的应用前景。随着人工种子技术的不断成熟完善，对传统的农业、林业生产方式都将带来革命性的变化。尽管人工种子的研究目前仍处于探索阶段,并且存在很多问题,但它已在繁殖遗传工程植物、减数分裂不稳定植物、稀有及珍贵植物的过程中显示出超常的优势。多数作物人工种子的成本虽仍远高于自然种子,但与试管苗相比,人工种子所用培养基量少、体积小、繁殖及发芽成苗快、运输与保存方便,能使无菌生长的胚状体、原球茎等繁殖体材料直接播入土壤。同时,人工种子可使农民在种植过程中省去很多工序,如人工种子内部的生长调节剂和杀虫剂可使农民省去施肥、灭虫等烦琐劳动。此外,运用基因工程获得的转基因人工种子在提高产量和品质方面都具有独到的优势。因此,人工种子技术从一诞生就向人类展示了它诱人的前景,必将成为 21 世纪高科技种子业中的主导技术之一。随着农业生物技术,尤其是组织培养和细胞培养技术的发展以及生产的规模化,人工种子这项高新生物技术在作物遗传育种、良种繁育和高产优质栽培等领域定会发挥巨大的作用,并将引起一场种植业革命。