人工种子这一新兴的生物技术始于70年代后期。80年代初,美、日、法等国学者都兴趣于人工种 子的研究。随着研究工作的进展,人工胚乳基质的研制已经成为人工种子研究中的一个重要课题“ ’。目前,广泛采用海藻酸钠盐作为人工胚乳基质的较理想的材料,因为它具有无毒、资源丰富、 价格便宜及工艺简单等特点。但是,单独采用海藻酸钠作为人工种子的胚乳还存在几方面的缺点: 1.营养物质容易渗漏;2.透气性差,常阻碍体细胞胚的根和芽的生长;3.胶粒在空气中容易 失水变干,失水后的吸水回胀速率不好;4.胶粒本身带有粘性.且本身的强度小,因而不便于贮存、运输和播种等”。’。为了解决上述问题,目前采用两条途径:一条途径是在胶囊中加入某种物质,使养分有控制地释放或 减缓泄漏。”’。另一条途径是在胶囊外围涂上高聚物以形成膜,防止胶囊干燥、减轻粘度。’。 本实验的目的是选用一些无毒、透气性和吸水性强的高聚物与海藻酸钠作混合胚乳.以观察这种混 合胚乳对人工种子的发芽和生长的影响。结果表明,加入木薯淀粉后,改善人工种子的透气性及吸水性.提高了人工种子的发芽率。1材料和方法1.1植物材料" 本试验使用的胡萝卜(D““州s c“,ota L.)是商用品种日本国分大长人参。按照我们已报道的力么。’培养胡萝f、体细胞胚。1.2高聚物 阳离子聚丙烯胺、阴离子聚丙烯胺、玉米羟丙基二淀粉磷酸脂和木薯淀粉等4种高聚物,由北京大学化学系汪勤慰教授提供。1.3人工种子制作 将不同浓度的4种高聚物与1.5%海藻酸钠(1/2MS培养基配制)混合,经高温灭菌后,将胡萝卜体细胞胚进行包埋。’。以1./2MS液体培养基配制的0.1tool/L Ca(:l z作为固生 物 工 程 学 报化液。用无菌蒸馏水或1/2Ms液体培养基对包埋的胶粒洗3次。所制作的人工种子在无激素1 /2MS琼脂培养基上进行发芽试验并计算发芽率,或进行保水及吸水性试验。1.4人工种子的保水性和吸水回胀速率将人工种子胶粒分别放在室温(22—28℃)自然干燥10天或在超净台上吹6—8小时作脱水试 验,考察人工种子的失水情况,失水越快,说明其保水性越差。失水速率按下列公式表示:失水速 率(%)一题巫壹嚅肴蠡毳铲×1。。%将一定失水程度的人工种子胶粒浸泡在水中,考察其重新 吸水的能力。吸水回胀速率以下列公式表示:吸水回胀速率c%,一亟丛亘需焉磊若为羹器茎釜盟重量×,。。%2结果和分析2.1复合胚乳中的4种高聚物含量对胡萝卜人工种子发芽率的影响 为了观察4种高聚物对体细胞胚有无毒性及成球性,将4种高聚物分别与海藻酸钠混合组成复合胚乳 ,制成人工种子。将制作的人工种子播种在1/2MS琼脂培养基上,15天后统计人工种子发芽 率(表1)。从表l可以看出,本试验所使用的4种高聚物在低浓度(1%以下)时对体细胞胚无 毒性.发芽率除阴离子聚丙烯酰胺为68%以外,其它三种均为100%,而且阴离子聚丙烯酰胺 在浓度2%以上时,粘度太大,难以形成球状胶粒。因此,将浓度2%以上的阴离子聚丙烯酰胺混 合在培养基中,然后将胚接种在培养基上,15天后观察胚没有存活.可能是粘度太大,透气性差 所致。阳离子聚丙烯酰胺在2%以上浓度时对胚的生长有抑制作用.发芽率为29—60%。而含 有玉米羟丙基二淀粉磷酸脂或木薯淀粉的复合胚乳制作的人工种子发芽率均为100%,与对照的 相同,说明这两种淀粉在浓度为O.5—4%的范围内对人工种子的发芽均无不良影响,从发芽及 幼苗生长情况观察有一定的促进作用,这可能是因为所用的两种淀粉改善了海藻酸钠复合胚乳的透 气性.从而促进人工种子的发芽和生长。以上结果说明,阴离子聚丙烯酰胺因粘度太大,不宜用于制作人工种子。本试验对筛选出的3种高聚物作了保水性及吸水性的进一步试验。表J 不同浓度高聚物与海藻酸钠混合制作的复合胚乳对人工种子发芽率的影响Table J Effects Of combined endosperm by mixing different concentrations Of polymers and algi nate On the get’mination rate Of artifieial seed capsutsRatk)of mIIter㈨of artⅢc洲cn— Effects of mixi“g differenf kind 0f polymer on the germination rate‘tosperm Of Ilrt川f训sPeds1期 黄绍兴等:木薯淀粉对人工胚乳性能及对人工种子发芽率的影响2.2复合人工胚乳的保水-I生和脱水后的吸水回胀性 将浓度为1%的3种高聚物分别与1.5%海藻酸钠混合,在0.1mol/L CaCI。溶液中制成人工种子胶粒。’,将人工种子胶粒进行脱水比较试验(表2)。失水速率越 快,说明保水性越差。从表2可看出,3种高聚物的保水性与单一海藻酸钠的相比,只有木薯淀粉脱水较慢,这可能是木薯淀粉含有较多的亲水基团,因而脱水较慢。表2不同高聚物与海藻酸钠制作的复合胚乳对人工种子胶粒失水速率的影响‘Table 2 Effects of combined endosperm by mixing different polymers and alginate on the rate of water loss of artificial seed capsules Alginate(Controll 0 19.6 45.6 64·4 77·9 89·3 95·4 Alginate+Cassava starch 0 17.4 14.1 59.1 70·8 82·3 84·4Alginate+Hy(Jroxypropyl—Phosphate bicorh starch 0 16.0 39 r 0 62.0 72·0 84·0 94·4 Alginate+Positive ion polyacrylamide 0 16.5 39.9 69-2 79·2 81·3 95·8 不同高聚物与海藻酸钠复合胚乳制成的人工种子胶球经干燥后浸泡在水中,干燥的人工种子胶球即开 始回胀。因人工种子胶球所含的胚乳成份不同而显示出不同的吸水回胀速率(图1)。从图1可看 出,阳离子聚丙烯酰胺具有阻碍人工种子吸水的作用,而玉米羟丙基二淀粉磷酸酯和木薯淀粉则有 利于人工种子吸水,以木薯淀粉的吸水性最好。木薯淀粉与海藻酸钠复合胚乳人工种Time(hours)子胶球在吸水10小时后,吸水回图1不同高聚物与海藻酸钠复合胚乳制成的人工种子干燥胀速率为177%,而单一海藻酸 后的吸水回胀曲线钠的人工种子的吸水速率仅为 Fig.1 Water—absorption curves of desiccated artificial seeds81%。两者相比,前者的吸水能 consisted of complexed endosperm of alginate and力为后者的2.2倍。当吸水25小different polymers时后,有些木薯淀粉与海藻酸钠 Cassava㈣…“‘一一
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