人工种子技术是一项新兴的植物生物接术,、它在快速繁殖无性系、固定杂种优势及与基因工程相结 合等方面县有广阔的应用前景。近年来,随着生物技术的发展,人工种子的研究也取得了显著的进 展,它的研究与开发,对植物育种学及裁培学具有重要的实践意义,同时也具有较高的经济价值。 因而,这一技术日益引起国际上的高度重视,美国、日本、法国、加拿大等国家先后开展了此项研究,我国也将它列入了“863"高科技研究发展规划。【。>f ,1 人工种子的研究筒史 人工种子(artjficial seed)是指植物体在离漆培养条件下产生的胚状体,经过有机化合物的包埋,在其表层形成一种 保护胚状体并为其提供营养物质的种皮,从而获得一种代替种子的人工合成物。…人工种子又称为合成种子(Syn也。ericI,eed)或种子类似物(1itl'alogs 0f b0。tanical seed)。 人工种子一词最早由美国的T.。Murashige于1978年首次提出。,p’1981年美 国Purdue大学园艺系的Kitto和lanick利用聚环氧乙烷包埋胡萝卜的体细胞胚, 首次制成人工种子,(。’但未报道其萌发情况。1983年美国加州植物遗传公司的Reden baugh获得了芹菜人工种子,并申请了专利i<2h985年,Purdue大学制成胡.募 卜.人工种子,成活率达37%。ts’美国植物遗传公司用藻酸钙包埋苜蓿和芹菜的体细胞腌制作的人工种子在无菌条件下的萌发率可达86%,且有2%一lO%能在温室有菌条件下发芽。日本还对种皮材料进行了改进,.克服了藻酸钙易干燥,,不含营养戚分的缺忌经改进制作的胡萝卜 人工种子,在蛭石下就能发芽。长成幼蓖。发芽率可达&0%¨’t。美鼠现已研制出了人工种子 钥作仪,并配制了筛选去掉空粒的;装懈。人们.还诼入砥究了人王种子的制作方法,人工种子在 土壤中的转化,人工种子的贮藏等,·67·我国人工种子的研究起步较晚,直到1984年,人 工种子的概念才见诸于文献,1985年开始研究,1986年纳入a863"高科技研究发展规 划,并取得一定成就。目前,北京大学、中山大学、复旦大学、广西大学、中科院遗传所和植物所 等单位都在进行这方面的研究。1987年,我国用藻酸钠包埋制作的胡萝卜的人工种予在无菌湿 润的培养皿中发芽率达75%。1988年,复旦大学在世界上首次制成水稻人工种予。随后又制 成旱芹、花椰菜人工种子。广西农学院1992年制成木薯人工种子播种于琼脂培养基上,发芽率 达100%,10天后形成完整植株。Ⅲ1990年,北京大学利用植物胚性细胞团分选仪分离沟 3个等级的体细璃题所制成的,5、工种子,在无菌培养基上的萌发率分另4达87。3%、75 .3%和55.5%。霞■目前,人工种子已在芹菜、胡萝卜、苜蓿、番茄、莴苣、花椰菜、水稻 、山茶、西洋参,小麦、棉花、烟草、黄连,火炬松、挪威云杉等20多种植物上获得成功。在美国,芹菜、苜蓿的人工种子已作为商品进入流通领域。<1..’2人工转子韵罄本翩作过程2.1 同步化的高质量体细胞胚的获得 . 体细胞胚是由Steward和Reinert在培养胡萝卜根细胞时首先发现的。∞’30多年来 ,植物学家对体细胞胚的发生进行了广泛的研究。认为体细胞胚的发生可能是植物的一个基本特征,现已发现产生大量体细胞胚的植物已达上百种。因此,广泛生产人工种子已成为可能。一般用于人工种子制作的体细胞胚应具有发育完整,生长健壮、具有明显的胚根、胚芽双极性结构, 在无菌培养条件下应有90%以上的体细跑胚能正常萌发并转换成小植株.在诱导过程中常常出现 子叶不对称、子叶连合成喇叭状、多子叶0子叶畸形,胚轴肥大等不正常体细胞胚,这些胚不适于 制作人工种子。而且,不同发育阶段的体细胞胚的萌发成苗能力也不一样。因此,为了便于成批制 作,需要使同一培养容器的体细胞胚呈同步发育·但悬浮细胞培养中体细胞胚的同步化目前还难以 做到。<3’现在常采用分离过筛或通过密度梯度离心把大小相同的体细胞胚收集到一起;或者在 细胞培养初期加入DNA合成仰制剂使暂时停止DNA合成,然后去除仰制剂,细胞进入同步分裂’也可以通过控制培养液的渗透压及通气来达到同步化控制.<7>。2.2 人工种皮材料的选择 : 获得高质量的体细胞呸以后,必须对人工种皮灼材料进行筛选,以获得理想的人工种子。人_<种子 对种皮的要求是:①能保护内部的零细胞胚且强馒之正常萌发;②对休细胞胚无毒害作用;③含有体细胞胚昕需’的营养、生长激素、防窗剂等;④经得起贮藏、运输和种植过程中的一般操作.最早灼人工种皮是利用2.5%聚环氧乙烷包封胡萝卜的题状体。Ⅲ虽然聚环氧乙烷解决了体■胞誓 ∞2护问题,伊它嘴以做到包装单个等絮您■,也不笔满足体■羔j■寻和早蓑生长?:育所需的 养分。目前发理的较好的侄埋捌吉琼脂、海藻敬钠、白列胶等,其中海藻酸钠凝聚作用好、使用方 便、无毒、价格延宜,使用的最多。但海藻酸钠包埋∞最大缺点是“易漏",其内水溶性养分很快浸出,因此只能短期贮存,而且胶囊之间易枯连。近年来发现聚变角酰胺和EIvay4260等疏水材料可以克服藻酸钠的缺点.<6】2.3 人工种子的包埋 ’68· ·人工种子的包埋方法很多,通常采用滴注和装膜两种方法.滴注法是把体细腮旺混合到一定浓度的 藻酸钠溶液中,然后用吸管吸注到硝酸钙或氯化钙溶液申。离子交换谚成藻敷钙胶囊。装膜法是把体细胞胚混合到温度稍高的溶液中,然后滴注到微滴板上,随着温度∞降低而凝成胶丸。’2.4 人工种子的贮藏, 人二c种子的贮藏口前仍是一个难题,贮藏的时间远远无法同自然种子相比,其兰要原因可能是人工 种子囊勺体细胞胚没有处于休眠状态,同时包埋剂又抑制呼吸所致。嚣前出现的人:E印子或体细 胞胚的干化处理技术,在延长人工种子的贮藏时阆,种质保存,挺离俸细胞胚龉发率、植铼转换率 和幼苗活力等方面具有明显的效暴,《。‘’但是,目前尚处在实验阶段,有许多理沦及技术的问题嚣要研究解决。当前采用的绦存方法主要是侮杖觅于4。C冰箱中。。3 人工种子的发展前景 翻￡|然种子相比挖人1二种f具有以下洗点:④通过组织培_撵产生的等镯瞻胚具有数鲢多、繁殖 速度快、结掏完整等特点,只要找到台适的“人工种皮跆材料,可以进行工厂化生产。特别是在快 速繁殖莒木和人工造林方面,人工砷子比现在采用的试管苗繁殖更能降低成本和节省劳力。而且人 工种子的生产可以不占用辨地,不受气候和地理条件的限制.②由于体细胞胚是由无性繁殖体系产 生的,因此它可以保持亲率的遗传性状不产生分离,可以用于固定杂种优势弋一旦获得优良的基因 型,便可以重复大量繁殖而不需三系配套等复杂的育种过程。③在人工种子制作过程中,可以向人 工胚乳中添抽某些农药、菌肥、有益微生物及一些植物激素,可以更好地调节植物的生长发育。④ :遵过基因工程手段获得沟特种宝贵基因的新的少量的转基因植物,可以通过人工种子在短四内大 量繁殖.更有一些植物在组织培养中艰难分化,仉在啄生员}本培养中通过胚状体途径却可以获得再生植株,这就为这些植物的基因工程等研究提供了设为有效的桥梁。由于人工种子具有这些冼点,就使得人工种子的研究在农沫业生产上具有广泛的应用价值,而且已经显示出了诱入的前景。 总的说来,人工种子的研究目前仍处于实验阶段。为了加速人工种子从实验走向商业化生产,尚有许 多问题育待于进一步研究,如高员最涔细胞’匾胚眙发生体系的建立,体细胞胚遗传稳定性均控制 ;k工种子的机械化生产及贮藏等问题,均是涉及人工种子能否与自然种子竞争的尊譬闷题,可以 顶’蚪,随着人工种子研究的日益深入及制作工艺的不断完善,人工种子广泛羽‘:车物育’,及艮砷∞快速繁殖,应该是指日可待的。人工种子技术及发展前景@毛健民$周口师专生物系
@李季平$周口师专生物系人工种子;;体细胞胚;;生物技术<正> 人工种子技术是一项新兴的植物生物技术,它在快速繁殖无性系、固定杂种优势及与基因工程相结合 等方面具有广阔的应用前景。近年来,随着生物技术的发展,人工种子的研究也取得了显著的进展 ,它的研究与开发,对植物育种学及裁培学具有重要的实践意义,同时也具有较高的经济价值。因 而,这一技术日益引起国际上的高度重视,美国、日本、法国、加拿大等国家先后开展了此项研究,我国也将它列入了“863”高科技研究发展规划。1郭仲琛等.有关植物人工种子的研究初报,植物学通报,1988,(1) :5
2 姚强等.人工种子研究进展,生物学杂志,植物通 1990,(1) :9-11
3 牛小牧等.体细胞胚的同步培养,生物工程进展.1990,(10) :18-25
4 吴丹红.木署人工种子研究,广西农业科学,1992,(3) :117-119
5 吴立东等.植物体细胞胚干化处理研究述评,植物学通报,1993,10(1) :22-27
6 陈举林等.人工种子的研究进展及发展前景,作物杂志,(1) ,21-22
7 秦明波等.植物生物技术讲座(七)生物学通报,1994,29(6) :24-26换谚成藻敷钙胶囊。装膜法是把体细胞胚混合到温度稍高的溶液中,然后滴注到微滴板上,随着温度∞降低而凝成胶丸。 ’2.4 人工种子的贮藏, 人二c种子的贮藏口前仍是一个难题,贮藏的时间远远无法同自然种子相比,其兰要原因可能是人工 种子囊勺体细胞胚没有处于休眠状态,同时包埋剂又抑制呼吸所致。嚣前出现的人:E印子或体细 胞胚的干化处理技术,在延长人工种子的贮藏时阆,种质保存,挺离俸细胞胚龉发率、植铼转换率 和幼苗活力等方面具有明显的效暴,《。‘’但是,目前尚处在实验阶段,有许多理沦及技术的问题嚣要研究解决。当前采用的绦存方法主要是侮杖觅于4。C冰箱中。。3 人工种子的发展前景 翻￡|
More summaries about the 人工种子技术及发展前景