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胚(胎)培养

进行人工离体培养的技术。在无菌条件下,将离体胚胎接种在人工培养基上,使其发育成苗。在一些观赏植物中,特别是在远缘杂交中,胚胎易于夭折,或发育不全,也有出现胚后熟现象的。为克服上述正常成苗的困难,可用胚胎培养获得植株。它包括幼胚、胚囊、胚珠、子房、胚乳等的培养和试管受精。简史早在1904年

对植物胚(胎)进行人工离体培养的技术。在无菌条件下,将离体胚胎接种在人工培养基上,使其发育成苗。在一些观赏植物中,特别是在远缘杂交中,胚胎易于夭折,或发育不全,也有出现胚后熟现象的。为克服上述正常成苗的困难,可用胚胎培养获得植株。它包括幼胚、胚囊、胚珠、子房、胚乳等的培养和试管受精。

简史

早在1904年,汉宁(E.Hanning)在培养萝卜和辣根胚时,发现离体胚可以充分发育,并提前萌发成小植株,这是世界上胚胎培养最早成功的实例。1933年中国的李继侗等发现在离体条件下,3mm以上的银杏幼胚可以正常生长,并首次发现培养基中加入胚乳提取物,能够促进胚的生长。1942年迪里希(Di-eterich)离体培养了8个科的植物,发现未分化出器官的胚在离体培养中不能分化。同年奥韦尔伯克(van Overbcek)发现曼陀罗的鱼雷形胚在一般培养基上不能生长,但在含有多种维生素的培养基上能够生长。1951年尼切(Nitsche)研究了离体果实的培养,对植物幼果、子房、胚珠、种子等的离体培养技术有所促进。1953年里特色玛(Rietsemao)发现曼陀罗各个发育时期的胚对培养基蔗糖浓度有不同的要求,接近成熟时则不需蔗糖。即随着胚龄的增长,要求渗透压逐渐降低。1958年马贝瓦芮(Mabeshwari)对授粉5天,合子胚刚分裂为两个细胞的罂粟胚珠进行培养,20天左右长成幼苗。在同一年,苏联人波德希纳娅等对兰科植物的胚珠进行培养,并研究了合子胚第一次分裂的全过程。1964年马海施瓦里(Maheshwari)等将蓟罂粟花菱草和葱兰的未受精胚珠接种在培养基上,进行人工试管受精,取得成功。1967年兰加斯瓦米(Ran-gaswanmy)等培养月光花矮牵牛自交不亲和系带有胎座的胚珠,并授以同株上的花粉,得到了种子,说明这种植物自交不亲和性的机制发生在柱头和花柱上。此后由于育种工作的需要,离体胚胎有关研究逐渐深入和扩大。

意义

①理论研究方面:植物起源的许多重大理论问题,如胚胎发生的具体条件、胚乳的作用、胚胎各组织对生长物质的反应、胚胎各部位的相互关系等,都可借助胚胎研究作进一步探讨。②远缘杂交方面:远缘杂交中育性极低,很难得到发育完善的种子。将杂种胚于适当时期剥离母体,进行人工培养,往往能够取得较理想的效果。③芸香科植物杂交中的应用:该科植物中的不少种类存在多胚现象。由于珠心胚的旺盛发育,往往导致合子胚发育不良,实生苗几乎都由珠心胚发育而成,这对于橘桔杂交育种是个很大的障碍。但通过幼胚培养技术,就可有效地选择合子胚,从而排除了珠心胚的干扰。④早熟核果类杂交中的应用:因这类植物的果实成熟期短,胚胎发育不健全,种子萌发率极低或根本不能萌发。采用胚胎培养,可有效地解决这一难题。⑤打破休眠:早在1934年李继侗就发现银杏种子自然萌发不良。若将胚取出进行人工培养,即能正常萌发。有些鸢尾的种子在自然条件下休眠期长达一年之久,而在人工培养情况下,种子很快即可萌发。

胚(胎)培养在育种上的应用,仍存在一些问题。如杂种胚的败育往往发生在球形期之前。而对这种极早期的幼胚进行培养,目前尚有一定困难。所以,早期幼胚离体培养就成为今后研究的重点。

研究内容

胚胎培养包括胚培养、胚珠培养、子房培养、胚乳培养等。此外,在组织培养过程中,往往形成体细胞“胚状体”,其发育过程与合子胚的发育过程基本相似,依次通过各个发育时期,最后形成完整小植株。体细胞“胚状体”对培养条件的要求与合子胚也大致相似。①胚培养:分幼胚培养和成熟胚培养两类。胚龄越小,对培养基要求越严格,除无机盐和蔗糖外,必须加入氨基酸、维生素、植物激素,甚至天然提取物等;较成熟的胚只需要无机盐和蔗糖等物质。通用的培养基有Tukey、White、Ms等。胚在培养基上的发育形式主要有:胚性发育(近似在母体上的发育过程);早熟萌发(不经胚性生长而早期萌发);经愈伤组织再分化成胚状体或不定芽。②子房培养和胚珠培养:分为受精或未受精子房培养和胚珠培养。前者作为远缘杂交的辅助手段,促进胚发育成种子;后者大多为了诱导单倍体植株。③胚乳培养:可以获得三倍体植株,一般认为胚乳发育的旺盛期最适于离体培养。④试管受精:在离体条件下实现植物的受精过程,可用于克服远缘杂交中的受精障碍(如在异性柱头上花粉不萌发或花粉管长度不够等)。

培养技术

组织培养

大部分兰科植物果实成熟时,种胚尚处于十分原始的状态。如蝴蝶兰授粉150天后,胚只发育到球形期。用这样的种子播种不能萌发。自1922年克努森(Knudsen)首次在无菌人工培养基上使兰花种子萌发并继续发育成幼苗后,在兰科植物杂交育种和商品化生产中,均得到了广泛应用。金花茶远缘杂交时座果率低、落果多,成熟果内种子少而小、胚畸形、发芽率低,进行常规播种时,极难成苗。但将发育12天以上的胚接种在人工培养基上,则常可成功地诱导成苗。中国近年在金花茶杂交育种中应用这种技术,已有显著成效。此外,中国在梅花的种间杂交中应用胚培养,提高了成苗率。虽然观赏植物胚(胎)培养目前仍应用不多,但确在许多植物上取得了不同程度的进展。如牡丹、杜鹃花山茱萸、牵牛花、矮牵牛君子兰、萱草、文竹、百合、美人蕉、朱顶红等。