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人工种子

人工创造出的一种具有与天然种子类似结构的繁殖体。其内层是胚状体或芽等,中间含有胚状体等所需营养成分和某些植物激素,以供应萌发所需的能量和刺激因素,最外层为一有机薄膜包裹,防止水分散失并保持内含物不受外力冲击。人工种子的研究,目前尚处于实验阶段。在观赏植物中,已研制过天竺葵、山茶、松树等的人工种子。人工种子有以下优越性:①通过组织培养产生的胚状体具有数量多、繁殖速度快、结构完整等特点。

人工创造出的一种具有与天然种子类似结构的繁殖体。其内层是胚状体或芽等,中间含有胚状体等所需营养成分和某些植物激素,以供应萌发所需的能量和刺激因素,最外层为一有机薄膜包裹,防止水分散失并保持内含物不受外力冲击。人工种子的研究,目前尚处于实验阶段。在观赏植物中,已研制过天竺葵、山茶、松树等的人工种子。

人工种子有以下优越性:①通过组织培养产生的胚状体具有数量多、繁殖速度快、结构完整等特点。提供营养的“种皮”可以根据不同植物对生长的要求配制,以便能够更好地促进胚状体的快速生长并适于机械化播种。特别是在大量快速繁殖苗木和用于大面积栽植时,人工种子可极大地降低成本并节省劳力;②体细胞胚是由营养繁殖体系产生的,可以固定杂种优势,一旦获得优良的基因型,便可相对地长远使用,不需更复杂的育种过程;③在人工种子制作过程中可以加入某些农药、化学试剂或有益微生物及激素类物质等以调节植物生长发育;④利用胚状体发育途径,可作为开展植物基因工程和遗传工程的桥梁。1978年,在加拿大召开的第四届国际植物组织、细胞培养会议上,美国生物学家穆拉什格(Murashige)首次提出了“人工种子”的概念。他认为,将组织培养诱导产生的胚状体或芽,包以胶囊,使之具有种子的机能,即可直接用于播种繁殖。以后,不少科学工作者有志于人工种子的研究。1983年,美国加利福尼亚州植物遗传育种公司申请“制造人工种子”的专利。该公司又与日本合作进行技术研究,从而引起更多科学工作者关注和兴趣,加快了此项研究领域的发展。

人工种子的研制是一项复杂的综合性技术,主要包括:体细胞胚的诱导、人工种子的包裹、人工种子的贮藏等三方面。

体细胞胚的诱导

胚状体是由孢子体或配子体的细胞通过营养繁殖分化成类似合子胚的结构。在形态上,它与合子胚具有同样的发展程序和结构特征;在组织上,它与亲本没有维管联系并易与母体分离。根据植物细胞全能性理论,任何未分化的体细胞(或性细胞)都可诱导产生胚状体。截至1990年,世界上人工诱导产生胚状体的植物已约达43科92属100种以上。但体细胞胚胎发生中普遍出现的一个问题,就是胚状体产生之不同步性。这就使人工种子难以大量生产应用。而胚状体同步发生问题,因受到诸多因素的制约,尚难一次彻底解决。目前主要通过理化因子诱导,使胚状体发生尽可能同步化。如在单冠毛菊细胞悬浮液中加入DNA合成抑制剂,可促进细胞同步分裂。低温处理抑制细胞分裂,再提高到正常培养温度,也能达到同步化目的。此外,试验材料本身的敏感性及胚胎发育潜力等遗传因素,也有很大影响。所以在胚胎发生及同步控制研究中,应着重从材料选择、培养程序及掌握胚胎发生规律等多方面给予综合考虑,从而获得高质量的体细胞胚。

人工种子的包裹

体细胞胚包裹的方法很多,最常用的有滴注和装模两种方法。滴注是将体细胞胚与一定浓度的藻酸钠溶液吸入滴管,再滴入氯化钙溶液中,经离子交换形成一定硬度的胶囊丸(包埋丸)。装模法是把体细胞胚混入一个温度较高的胶液中,如Gelrite或琼脂等。然后滴注到一个有小坑的微滴板上,随温度降低即变为凝胶丸。制作包埋丸的包埋剂和通常所说的人工胚乳,其中含有碳源、氮源等大量元素、微量元素、激素、微生物、除莠剂、杀虫剂、抗菌素等各种所需物质。硬化的包埋丸可用于人工播种,也可再涂一层胶囊膜(如Elvax 4260)。包埋丸的硬度与海藻酸钠及氯化钙的配合浓度有关。在进行人工种子包埋时,要全面考虑到体胚的大小(与选用吸管的内径有关),吸注的速度及包埋剂浓度等多项因素。只有各方面因素配合得当,才会得到合格的包埋丸(人工种子)。

贮藏与播种

理想的人工种子,首先要求在制成胶丸的各个环节中不受污染,其次是要求干化的人工种子具有较长的贮藏寿命。在低温下(4℃)贮藏,有助于提高体胚的存活率和贮藏寿命。在试管内无菌条件下,只要体细胞胚健壮,在制成人工种子后,成苗率较高。但在土壤或其他有菌的基质里,其成苗率明显下降。应用抗菌剂保护人工种子不受污染,有助于体细胞胚的正常萌发并转换成苗。对土壤及其他培养基质先进行消毒处理然后播种,也可提高成苗率。

观赏植物单位面积产值高,栽培繁殖过程中需用人力较多,对新奇品种的迅速推广要求迫切,故人工种子技术在观赏园艺研究与应用中,可望有良好的前景。目前,仅在天竺葵等少数花卉中研制了人工种子。随着研究的日益进展及制作工艺的日臻完善,人工种子作为一种新型繁殖材料而广泛应用于观赏植物育种和良种繁殖,已为期不远了。