人工种子与植物脱毒详解

人工种子的发展和应用前景
2. 微器官人工种子可用于天然种子繁殖后代群
体变异大的植物
有些植物如桉树，虽然能够用天然种子繁殖， 但种子繁殖的植株变异大，树体不整齐。
微芽试管苗繁殖技术已在生产上显示了树体整 齐的优越性，目前以微芽为繁殖体的人工种子 技术已经建立。 桉树人工种子在土壤中的成苗率已可达80%以 上，且树体十分整齐。
微芽，试管块茎、鳞茎等作繁殖体时，成苗 率高且出苗整齐，具有田间应用的可行性， 同时，离体培养的繁殖体可完全去除病原物。 传统上的试苗由于体积大、对携带储运条件 要求苛刻因而限制了使用规模。如果利用人 工种子将可能首先实现无性繁殖植物种子生 产的彻底革命。
1. 以微芽为繁殖体的人工种子技术，有可 能首先在无性繁殖的果树、花卉、林木等 植物中得以应用。
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95 80-90
贮藏
贮藏条件：4~7℃低温、相对湿度小于67%
贮藏中存在的问题：
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ种胚质量不高、后期停止生长、胚腐烂、种子 失水干缩等。
解决措施：
胚乳中添加防腐剂、抗生素、控制糖含量、低 温贮藏，种皮外包裹滑石粉、液体石蜡等成分。
人工种子的发展和应用前景
人工种子可能最先用于无性繁殖植物
人工种子研制的意义
人工种子结构完整，体积小，便于贮藏与运
输，可直接播种，易于机械化操作；
多，繁殖快、有利于工厂化生产；
不受季节限制，不受环境制约，胚状体数量 有利于繁殖生育周期长、自交不亲和、珍贵
稀有的一些植物，也可大量繁殖无病毒材料; 成分，提高种子活力； 种优势。
可在人工种子中加入抗生素、菌肥、农药等
人工种子的发展和应用前景
以体细胞胚为繁殖体应用的局限性及可能性
以花或果实为经济产品的多年生植物如果树有可 能出现较长的幼年期，使开花结果推迟，且还可 能出现果实不整齐的现象。 以营养器官或木材为产品的植物中，对性状一致 性要求不严格的植物中，体细胞胚繁殖体具有其 它繁殖体不可替代的优越性。
人工胚乳
成分：无机盐混合物、碳水化合物（糖和淀
粉）、蛋白质。 糖分存在容易导致微生物感染而腐烂，所以 人工胚乳中也要加入防腐剂、抗菌素、农药 等。 人工胚乳添加的两条途径：
直接法 微型包裹法
包埋技术
干燥法
聚氧乙烯干燥法包埋是最早的人工种子包埋 技术，即将胚状体置于23℃、相对湿度70%的 黑暗条件下逐渐干燥，然后用聚氧乙烯包裹 胚状体。 液胶包埋法 胚状体不经干燥包埋，直接与流体胶混合后 播入土中。应用此法，胚成活率低，常因干 燥而死亡。
植物种类 矮牵牛 马铃薯 大蒜 苹果 草莓 桃
染病毒种类 5 17 24 36 24 23
苹果锈果病
薄荷病毒病病
郁金香杂色花
郁金香正常花
病毒在植物体内的分布
病毒在植物体内的分布具有不均匀性，随
植株不同部位和年龄而异。 老叶和成熟组织及器官中病毒含量较高 根尖、茎尖生长点约0.1~1mm区域内，几 乎不含病毒。 （原因？） （原因：分生组织细胞分裂和生长速度 快，而病毒在植物体细胞内繁殖速度相 对较慢；另外，病毒是通过筛管组织或 胞间联丝传播至其他组织细胞的，而茎 尖分生组织无分化，没有维管组织。）
又称合成种子（synthetic seeds） 。
人工种子的种类
根据包被的程度可将人工种子分为三大类：
裸露的或休 眠的繁殖体
人工种皮包 被的繁殖体
水凝胶包被 的繁殖体
人工种子的研究状况
1978年，英国Murashige首先提出人工种子。 欧洲列入尤里卡计划、日本和美国列入优先 发展生物技术计划。我国1987年将其列入国 家高技术研究与发展计划。据报道，目前已 对26个科，36个属的植物进行了人工种子研 究。其研究范围显示出两大特点：
外种皮常用材料：
Elvax 4260(乙烯、乙烯基乙酸和丙烯酸 共聚物，1987，美国)涂膜，价高，操作 复杂，效果不佳。 Tullanox和Cab-0-sil(二氧化硅化合 物），以粉末状包裹在人工种子胶囊外层， 操作时只需将胶囊在材料中滚动即可。 硅酮种衣，能抗真菌，渗入水蒸汽和氧 气，处于试验之中。
激素浓度 (mg/L) 繁殖 程序及 培养基 其它 和蔗糖 2,4 NAA ZT BA KT (mg/L) 体 时间 (g/L) -D Step I MS, LH, .1 .0 .0 2 1 1 21 30 100 体细 - 1.0 LH, 胞胚 Step II MS, .1 0.06 . 0 0 5 21 30 0.2 100 MS, 微芽 21 5.0 30 Step I B5, 2.0Ade, 1.0 20 40-50 4.0 40 体细 0.2Ade, 胞胚 Step II 改良H, . 0 5 28-56 30 0.5 40 改良H, 0.20.5微芽 25 30 0.5 2.0 原球 椰子 MS, .1 25 0 20 茎 汁
第4章 人工种子与植物脱毒
人工种子的概念和研制的意义
人工种子技术
离体繁殖体培养 人工种子的包埋技术 人工种子的贮藏
人工种子的应用前景
人工种子（Artificial seeds）
任何一种经人工种皮包被或裸露的，具有形
成完整植株能力的繁殖体均可称之为人工种 子。
胚状体或不定芽
人工种子亦称体细胞种子(somatic seeds)，
包埋技术
Flash
水凝胶法 是最常用的一种方法。 即用海藻酸钠等水溶性 凝胶经与钙离子进行离 子交换后凝固，用于包 埋单个胚状体。种子硬 度由凝胶浓度与络合物 离子交换时间决定。
CaCl2浓度：2.0%-2.5% 离子交换时间：20min-
30min 无菌水漂洗20min
植物人工种子的成苗率
微型营养器官繁殖体的培养
温度
马铃薯－18-20℃
马 铃 薯 块 茎 地黄根茎
光照
马铃薯－短
培养基渗透压
马铃薯－8％蔗糖
激素
与内源激素水平 变化和平衡有关
半夏块茎
芽繁殖体的培养
大多数情况下，微芽、不定芽的培养往往直接 从外植体上直接诱导形成，培养方式简单，且勿需 高浓度的激素处理，因此所产生的繁殖体基本保持 了原有植物的品种特性。
根据植物类型不同，可选择不同的外植体作为 芽发生的来源:
非洲紫罗兰一般选用叶片为外植体，诱导不 定芽作为微繁殖体； 榆树类植物则可选根作为外植体产生微芽；
石竹类花卉可以茎尖为外植体培养侧芽作为 繁殖体
部分植物繁殖体诱导培养条件
种 类 芥 菜 型 油 菜
LH，水解乳蛋白 Ade，腺嘌呤
桉 树 兰 花
繁殖体的包埋
繁殖体的预处理
体细胞胚的后熟培养与脱水干燥 微型器官繁殖体适度脱水与表面消毒处理 以及必要时的强制休眠处理
人工种皮
分内种皮和外种皮 对人工种皮的要求：具有保护胚的功能，并
且无毒性、通气好、抗污染、抗压性好、不 粘连、适于贮藏和运输。 内种皮：聚氧乙烯、海藻酸钠、明胶、琼脂 等。
体细胞胚由无性繁殖体系产生，可以固定杂
人工种子技术
繁殖体的培养技术
人工种子对体细胞胚繁殖体的要求
作为人工种子繁殖体的体细胞胚，其基本要 求是要具有发育上的同步性（如何诱导）， 还必需满足如下标准特征： ※ 形态正常，具有完整的胚结构。 ※ 与母体植物的基因型基本相同，特别是在 重要经济性状和农艺性状上没有变异。 ※ 具有较好的成熟性，能耐一定程度的脱水。
以体细胞胚为繁殖体的人工种子
物种 胡萝卜(Daucus carota) 苜蓿(Medicago sativas) 芹菜(Apium graveolens) 柑橘(C. sinensis×C. reticulata) 挪威云杉(Picea abies) 松树(Pinus lambertiana,P. aeda) 玉米(Zea mays) 杂交水稻(O. sativa×O. lalifolia) 橡胶树(Hevea brasiliensis) 西洋参(Panax quinquefolium) 刺五加(A. senticosus) 黄连(Coptis chinensis) 主要结果 有菌土壤中发芽成苗 有菌条件下发芽成苗 有菌条件下发芽成苗 无菌条件下发芽成苗 无菌及有菌条件下发芽 无菌及有菌条件下发芽 无菌条件下发芽成苗 无菌条件下发芽 无菌条件下发芽 无菌条件下发芽 无菌及有菌条件下成苗 无菌及有菌条件下成苗
存在问题
许多重要的植物目前还不能靠组织培养快速
产生大量的、出苗整齐一致的、高质量的体 细胞胚或不定芽。 包埋剂的选择及制作工艺方面尚需改进，以 提高体胚到正常植株的转化率，并达到加工 运输方便、防干防腐耐贮藏的目的。 如何进行大量制种和大田播种，实现机械化 操作等方面配套技术尚需进一步研究。
病毒在植物体内的分布具有不均匀性的理 论假说
(1) 能量竞争 病毒核酸和植物细胞分裂时DNA合 成均需要消耗大量的能量，而分生组织细胞本 身很活跃，其DNA合成是自我提供能量自我复制， 而病毒核酸的合成要靠植物提供能量来自我复 制，因而就得不到足够的能量，从而就抑制了 病毒核酸的复制。
人工种子的发展和应用前景
以体细胞胚为繁殖体应用的局限性及可能性
容易建立生产工艺，已经具备高质量的体细 胞胚胎发生技术体系的植物，如苜蓿、胡萝 卜等。 不具备或不完全具备高质量体细胞胚胎发生 体系，商品价值较高，但许多种类育性不佳， 繁殖困难，或者生产杂种费用昂贵。
比较容易建立生产工艺，具备完善的胚胎发 生技术体系，经济价值也很高。咖啡、玉米 等。
其次，作为实用化的体 细胞胚种子还必须满足 一定的数量需求，规模 化生产是其基本前提。 Choi等（2002）建立了 人参体细胞胚大规模液 体培养体系，每500ml容 器可生产体细胞胚 12,000个。在体细胞发 育至子叶期早期，将期 转入1/2MS无机盐加9％ 蔗糖的培养基中诱导， 获得了良好效果。
小结
人工种子是在实验室人工控制条件下生产的
繁殖体。 人工种子繁殖体包括体细胞胚、微型器官和 微芽，根据植物种类不同可适当选择。 人工种子应用的基本条件是繁殖体的工厂化 生产和配套技术的成熟。 无性繁殖植物的人工种子有望最先得以应用。
思考题
人工种子的概念和类型。
人工种子对体细胞胚繁殖体有什么要求？ 目前人工种子生产中需要解决的主要技术问
1.经济作物和粮食作物的人工种子日益增多 2.以微器官作为繁殖体的报道日益增多，其 中包括微芽、微枝、原球茎、小鳞茎、小 块茎。
以器官为繁殖体的人工种子
繁殖体 印度桑(Morus indica) 芽 檀香(Santalum ablum) 芽 花叶芋(Caladium bicolor) 芽 百合(Lilium) 小鳞茎 直杆桉树(E. maideni) 侧芽 莴苣(Lacyuca sativa) 芽 华腺萼木(Mycetia sienensis) 微芽 大花蕙兰(Cytobium) 原球茎 石槲兰(Dendrobium) 原球茎 唐菖蒲(Gladiolus hortalans) 球茎 香蕉(musa acuminata) 微芽 杨树(Popupus beijingy) 芽 物种 主要结果 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 无菌条件下发芽成苗 无菌条件下发芽成苗 无菌及有菌下发芽成苗 有菌土壤中发芽成苗 无菌条件下发芽 无菌条件下发芽 无菌条件下发芽 无菌条件下发芽 无菌条件下发芽
题。 目前人工种子最适于在哪些方面应用？
植物离体培养脱毒技术
病毒在植物体内的分布及危害
植物脱病毒方法
脱毒植物检测及保存
病毒的特性及其对植物的危害
大多数植物病毒不经种子传播；
无性繁殖的植物，都易受到一种或多种病
毒的侵染。
植物种类 染病毒种类 19 菊花 11 康乃馨 4 水仙 10 月季 26 葡萄 5 无花果
繁殖体 海藻酸钠 培养基及 (%) 蔗糖浓度 激素 (mg/L) 成苗率 (%) 30-70 (无菌)
四会贡柑体 细胞胚
唐菖蒲小球 茎 热带兰花球 茎 赤桉微芽
3 4-5
4 4
GA(1), MT，4％ IBA(0.25)
MS, IBA(0.5), 1.5% GA(0.1) 改良MS, NAA(1.0), 3% BA(0.2) NAA 改良SH, 3% (0.2-0.5)