人工种子

Artificial Seeds
主要内容


人工种子的概念及特点
概念 分类 特点 优点
人工种子的发展趋势 制造人工种子的关键技术
繁殖体的诱导 繁殖体的干燥与成熟 人工种子的包埋及人工种皮的装配
第一节 人工种子的概念与特点
一、人工种子(artificial seeds)的概念
人工种子（合成种子、体细胞种子）：
LH 100 谷氨酰胺 500 1 ADE 40 GA 0.3,IAA 0.3～0.5
21
21 21
油菜
桉树
茶树
华腺
萼木
MS，3% B5，4%～ 5% 改良H， 3% MS，4% MS,2%～ 3% MS，3% MS，0.2～ 0.3%
0.1 2～ 4 0.2～ 0.5 0.5～1 1
1
0.5 0.5
1 1 0.2 0.2
0.5 0.5 1 1
20 28～ 56 28 30 25 20
以胚状体为繁殖体的人工种子
物种
胡萝卜(Daucus carota) 芹菜（Apium raveolens）
主要结果
有菌土壤中发芽成苗 有菌条件下发芽成苗
物种
苜蓿（Medicago satioas） 柑橘（Citrussinensis× C.reticulata ） 甘薯（Ipomoea batatas） 玉米（Zea mays） 杂交水稻（Oryza sativa ×lifolia） 橡胶树（Hevea brasiliensis） 刺五加（Acanthopanax
1978年，Murashige提出可以用少量的外植体同步培养出众多
的胚状体，将这些胚状体包被在某种胶囊内使其具有种子的功能，则 可能直接用于田间播种 1985年，Kamada提出使用适当方法包埋组织培养所获得的具 有发育成完整植株的分生组织（芽、愈伤组织、胚状体和生长点等）
、可取代天然种子播种的颗粒体均为人工种子
制造人工种子的关键技术
一、人工种子繁殖体的诱导
1.体细胞胚的发生途径
2.微器官发生系统
二、繁殖体的成熟与干燥 三、人工体胚的包埋及人工种皮的装配
根据繁殖体的不同特点添加多种有益的附加成分，使其获得优异的性能
1.人工体胚的包埋
（水凝胶包裹材料及附加成分——人工胚乳） 这些成分起着保 护自然种子的子叶或胚乳的作用，
3.保持品种的优良种性
●胚状体由无性繁殖系生产，可保持原品种的遗传特性； ●对于通过正常有性繁殖会改变其遗传结构的杂种品种或材料, 应用价值更大。 例如： ①固定杂种优势； ②三倍体、同源多倍体、非整倍体等； ③突变材料； ④育性不佳的作物（品种）。
4. 可在营养物质里加入植物生长调节剂、有用微生物、抗病 虫药剂等，促进植物生长发育，增强的抗性。 5.利用基因转移的方式，使其具有某些性状。 6. 而且种子外形均匀一致，播种时下种均匀，出苗整齐。 7.体积小，便于贮存和运输。
②体胚发生的诱导
胚性愈伤组织---SH培养基诱导其内部小型或中小型细胞向体胚发生的 方向转换。
③大量体胚发生的培养
将经过诱导的胚性愈伤组织转入无激素的液体改良SH培养基振荡， 培养 于28±1℃的环境下。 4周后可见大量体胚和成熟体胚的形成
④同步化体胚的获得。
筛选（3～5次）将同样大小或相近阶段的体胚集中在 一起培养------逐步获得基本同步化的体胚。
2.装配人工种皮（外层种衣） 在珠状人工种子的表面涂以胶囊膜。
一、人工种子繁殖体的诱导
繁殖体：繁殖体质量优劣直接影响着未来产品的产量与品质；
诱导条件：即外植体接种的培养基和激素水平会直接影响到
形态发生的途径、繁殖体的遗传背景及实用价值。
形态发生途径一般分为两种:
体细胞胚的发生途径
微器官发生系统
• 微芽
– 发生一般只需一个培 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。
• 微型变态器官
– 块茎、块根以及鳞茎、 球茎类的繁殖体产生 可能需要经过不同的 诱导程序。
应用方面：
①最先应用于无性繁殖植物
香椒、马铃薯：微薯的人工种子受到重视。 ②应用于天然种子繁殖后代群体变异大的植物（如桉树）， 虽能用天然种子繁殖，但种子繁育的植株群体变异大，树体
近年来有关报道的特点：
①重要的经济作物、粮食作物及经济林木人工种子日益增多。
其中包括：微芽、微枝；原球茎、小鳞茎；小块茎等（表10）。
从目前发展趋势看，人工种子实用技术更可能会在用微器 官为繁殖体的植物中首先建立。
人工种子现已成为许多国家研究和开发的热点
第三节
二、人工种子的特点
●人工种子是种子行业的一次革命； ●是育种技术体系中的一个大突破。
与自然种子相比，人工种子具有以下突出的、不可取代的
优点：
1.不受自然环境影响，节省制种用地，工厂化大批量生产 ，一年四季可在室内进行生产。 2. 增殖快、周期短，加速良种的繁育过程，提高新品种利 用效率。 特别是对于发育周期长的林木、果树等。
原球茎
原球茎 球茎 微芽 微芽
无菌条件下发芽
无菌条件下发芽 无菌条件下发芽 无菌条件下发芽 无菌条件下发芽
不同繁殖体转株所需时间及转株率
转株情况 植物名称 繁殖体 正常株数 茶树 体细胞胚 不定芽 华腺萼木 体细胞胚 不定芽 17 77 47 466 百分比 17 77 53 93 不正常株数 83 13 42 34 百分比 83 13 47 7 50～60 20～25 40～60 20～25 转株所需天 数
二、繁殖体的成熟与干燥
1.繁殖体的成熟
●繁殖体必须同步增殖并达到成熟才可用于人工种子的制备。
●体细胞胚诱导成功后必须转入成熟培养基。
体细胞胚的成熟培养基组成有3个特点（针叶树）：
A.在培养基中减少或去除激素----使早期发育的幼胚停止生长，
从而使胚的同步性显著提高。
B.加入ABA
ABA有助于营养成分的积累，胚中的脂肪、淀粉及
⑤成熟体胚的后熟处理。
蒸馏水洗净----4℃，无激素的1/2 SH培养基冷冻后熟 处理---7～10天后，在同样的培养基上，使体胚长成 小植株。
与微器官发生途径相比有以下不足：
（1）诱导步骤多、所需生长素水平高，时间长
①胚状体诱导需2～3个步骤
第一步，在培养基中需加入高水平生长素2.4-D； 第二步，必须除去高水平的生长素，进而培养获得体细胞胚。 微器官诱导只需一个步骤。苜蓿在第二步中2.4-D的诱导浓度高 达11mg/L。 ②胚状体诱导时间长，大都＞40d；微器官诱导时间短，25d±。 （2）转株率低，遗传变异性大，生理上存在不一致性。
或害虫的侵染或危害。
不同类型繁殖体可附加的成分
繁殖体 附加成分 干燥胚成芽 水凝胶胚乳 种皮 营养及激素 除草剂 不需要 有益 有益 有益 休眠微块茎、鳞茎 有益或不需要 有益 不需要或有益 有益 含水胚状体、不定 芽 需要 需要 需要 有益
黄连（Coptisginensis） 芥菜（Brassica juncea） 小麦（Triticum aestivum）
微器官发生系统
目前在快速繁殖的实践中，普遍采用微器官发生系统。
优点：
①转株率高。若干代不会出现明显变异，出苗整齐一致。所 以在快速繁殖中有很大应用价值； ②在繁殖体中可以去除病毒等病原体。
第二节 人工种子的发展趋势
人工种子的生产是以离体大规模繁殖为基础。 ●Steward（1958）和Reiner（1958）几乎同时分别首次成 功地研制了胡萝卜的体胚（Somatic embryo，简称SE） 发生的过程，并证明了植物细胞具有全能性。 ● 70年代，应用体胚作为一种播种作物的潜在的繁殖系统的 概念逐步形成。
不同繁殖体的比较
• 体细胞胚
– 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，诱导培 养胚性细胞； – 第二阶段，在较低生长素 或无生长素的培养基中形 成体细胞胚。
大量的、同步化的、健康体胚的制备过程：（以苜蓿为例）
①胚性愈伤组织的获得
大量的体胚由愈伤组织内的细胞演变而来，所以要先培养合乎质量 要求的胚性愈伤组织。
芽
小鳞茎 侧芽 芽 微芽 微芽 微芽 芽 芽
无菌条件下发芽成苗
无菌条件下发芽成苗 无菌条件下发芽成苗 有菌条件下发芽成苗 有菌条件下发芽成苗 无菌及有菌条件下发芽成苗 有菌土壤中发芽成苗 无菌条件下发芽 无菌条件下发芽
大花蕙兰（Cytobium）
石槲兰（Dendrobium） 唐菖蒲（Gladiolus hortalans） 香蕉（Musa acuminata） 苹果（Malus）
25
华腺萼木
0.01
0.3
0.2
GA0.1
25
桉树
0.2～ 0.5
0.5～2
ADE40
25
以微器官为繁殖体的人工种子
物种
印度桑（Morus indica） 檀香（Santalum ablum）
繁殖体
芽 芽
主要结果
无菌条件下发芽成苗 无菌条件下发芽成苗
花叶芋（Caladium bicolor）
百合（Lilium） 直杆桉树（Eucalyptus maideni） 莴苣（Lactuca sativa） 赤桉（Eucalyptus camaldulensis） 缬草（Valeriana walli染色体数ii） 华腺萼木（Mycetia sienensis） 杨树（Populus beijingy） 葡萄（Vitis longiiprince）
不整齐。
几种植物微器官形成的培养条件
植物名 培养基和遮 糖浓度 NAA 芥菜型油 菜 兰花 0.05～ 0.2
激素浓度（ml/L）
IAA BA
其他条件 （mg/L）