人工种子与脱毒

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②热处理是一种物理效应,可加速植物细胞分裂,在激 烈分裂的细胞中正常核蛋白合成占优势,使植物细胞在与病 毒繁殖的竞争中取胜。因此加速分生组织细胞的分裂,能够 获得无病毒植株。
依据病毒对高温的敏感,寄主耐高温。利用这一 差异,选择适当的温度和处理时间,进行高温处理, 就能使寄主体内病毒浓度降低,传递速度减慢或失去 活性,而寄主细胞仍然存活,并加快分裂和生长。
植物的去病毒技术,实质上就是采取不含 病毒颗粒或病毒颗粒含量甚少的0.1~0.5mm 带1~2个叶原基的茎尖作为外植体,进行微繁 殖,使其培养成完整的无病毒小植株的技术。
分生组织不带病毒,可能有4方面的原因:
1、植物体病毒的移动的2条途径:维管系统和胞 间连丝。 2、植物细胞分裂和病毒繁殖之间存在相互竞争 3、茎尖中存在高水平内源激素,可抑制病毒的 增殖。 4、在植物体内存在有一种“病毒钝化系统”, 在分生组织中的活性最高,因而使分生组织不受 侵染。
② 培养条件 在茎尖培养中,光下培养的效果通常比暗培养效果
好,如马铃薯茎尖培养时,当茎已长到1cm高时,光 照强度便增加到4000 lx。
③ 外植体的生理状态 茎尖最好要由活跃生长的芽上切取。 取芽的时间也很重要,一般选萌动期较好。否则
采用适当的处理,打破休眠才能进行。
茎尖与热处理相结合方法
能克服单独茎尖培养时,茎尖过小成活率 太低,茎尖太大又脱除不掉病毒的缺点。 1、热处理后取较大茎尖培养获得脱毒苗。 2、取茎尖(或茎段)培养获得无菌苗。然后 将试管苗热处理,再取茎尖培养获得脱毒苗。
2)茎尖微体嫁接
木本植物茎尖培养难以生根成植株, 将实生苗砧木在人工培养基上种植培育, 再从成年无病树枝上切取0.4-1mm茎尖, 在砧木上进行试管微体嫁接,以获得无 病毒幼苗。
3)愈伤组织培养脱毒
愈伤组织细胞带病原菌不均一,部分 细胞不带病毒,由这些细胞再生的植株是 无病毒的。多次继代的愈伤组织中病毒含 量下降,甚至检测不出病毒。
害性更大一些。在植物病毒病害防治上,植物脱
毒技术得到广泛应用。
2.1 脱毒方法
物理法:热处理脱毒 化学法:药剂处理 生物法:茎尖培养脱毒
2.1.1 物理方法——热处理脱毒
1)热处理脱毒原理:
①病毒是DNA大分子,病毒进入植物细胞后,随植物细 胞DNA一起复制。热处理并不能杀死细胞,只是钝化病毒的 活性,使病毒在植物体内增殖减缓或增殖停止,而失去病毒 的侵染能力。
心胚 大多是不育的,必须分离培养才能发育成正常的幼
苗。珠心胚培养技术对除去柑橘主要病毒,如引起银屑病、
叶脉突出病、柑橘裂皮病、柑橘速衰病等的病毒,都十分
有效。
5)花药培养脱毒
花药培养实际上是单倍体培养, 由此获得单倍体植株,再通过染色 体加倍获得无病毒植株。
2.2 脱毒植物的鉴定
利用生长点培养无毒苗的成苗率和脱毒率都非常低,有时无毒株只占千分之几。 因此,每一茎尖分化产生的植株,在作为母本生产无病毒原种以前,必须进行特定 病毒鉴定。由于在培养的植株中许多病毒具有延迟的恢复期,所以在最初18个月中 每隔一定时间仍需进行鉴定。只有病毒显示持续阴性反应的无病毒植株,才能进一 步扩大繁殖。无病毒植株容易再被感染,因此在繁殖的不同时期仍需重复进行鉴定。
愈伤组织的某些细胞不带病毒原因:
1、病毒的复制速度赶不上细胞的增殖速度; 2、有些细胞通过突变获得了抗病毒的抗性。 愈伤组织脱毒的缺陷是植株遗传性不稳定, 可能会产生变异植株。
4)珠心培养法脱毒
柑橘类多胚品种中除了一个受精胚以外,尚有多个由
珠心细胞形成的无性胚,称为珠心胚。珠心胚与维管束系
统无联系,因此由珠心胚产生的植株全部均无病毒。但珠
离体茎尖大小对马铃薯脱毒效果的影响
The Apical Meristem
剥取茎尖过程: 解剖镜下用解剖针将叶片剥掉,解剖针要常消毒。当
一个半圆球的顶端分生组织充分暴露出来之后,用解剖刀 片将带1-2个叶原基的分生组织切下,接到培养基上。
将接种的茎尖置于22℃左右温度下。 2000-3000lx 16h/d 光照下培养。由于在低温和短日照下,茎尖有可能 进入休眠;所以较高的温度和充足的日照时间必须保证。 微茎尖需数月才能成功。
茎尖培养的继代培养和生根培养和一般器 官的培养相同。
茎尖培养脱毒,由于其脱毒效果好,后代 稳定,所以是目前培育无病毒苗最广泛和最 重要的一个途径。
(4)影响微茎尖成活及脱毒的因素
首先是母体材料病毒侵染程度
被单一病毒感染的植株脱毒较容易,复合感染的较难。 ① 外植体大小
在最适培养条件下,外植体的大小决定茎尖的存 活率,外植体越大,产生再生植株的机会也就越多。 除了外植体的大小之外,叶原基的存在与否也影响分 生组织形成植株的能力,一般认为,叶原基能向分生 组织提供生长和分化所必需的生长素和细胞分裂素。
※ 人工种子的概念
人工种子(artificial seeds) 又称合成种子(synthetic seeds)或体细胞种子(somatic seeds)。是将植物离体培养产 生的体细胚包埋在含有营养成分 和保护功能的物质中,在适宜的 条件下发芽出苗。
人工种子的概念首先是1978 年由Murashige在第四届国际植 物组织细胞培养大会上提出的。 他认为随着组织培养技术的不断 发展,可以用少量的外植体同步 培养出众多的胚状体,这些胚状 体被包埋在某种胶囊内使其具有 种子的功能,可以直接用于田间
A
低 温 生长区
寄主无损伤
B
C
热处理区 高 温
病原微生物被消除 寄主被杀死
2)热处理脱毒方法
(1) 温汤浸渍处理
适用于休眠器官,在50℃左右的温水中浸渍10min至 数小时,方法简便易行,但易使材料受伤。
(2)热空气处理
热空气处理对活跃生长的茎尖效果较好。将生长的盆栽植 株移入温热治疗箱内,一般35-40℃。处理时间因植物而 异,短则几十分钟,长可达数月。
1.1.4 包埋
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
1.2 贮藏
1.2.1 贮藏条件: 4~7℃低温、相对湿度小于67%
以体细胞胚为繁殖体的人工种子
以器官为繁殖体的人工种子
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。
(3)茎尖的培养方法
需要一台解剖镜(8-40倍)。 剥离茎尖要迅速并尽快接种,或在一个衬有 无菌湿滤纸的培养皿内进行操作,以防茎尖变干。
消毒:叶片包被严紧的芽,如菊花、兰花, 只须75%酒精中浸蘸一下,而叶片包被松散的芽, 如香石竹、马铃薯等,则要用0.1%次氯酸钠表 面消毒10min。
切取茎尖越小脱毒效果越好,但太小不易成 活,过大又不能保证完全出去病毒,所以茎尖 大小要合适。
人工种子与脱毒
1 人工种子
农业生产中使用的天然种子,一般都是由种皮、胚乳和 胚三部分构成。种皮通常在种子的外层起保护作用;胚乳 含有大量的营养物质,是种苗萌发生长不可缺少的营养来 源;胚由胚芽、胚轴、胚根和子叶构成,将来发成植株。
农业生物技术的发展,通过组织培养技术,可把植物组 织的细胞培养成在形态及生理上与天然种子胚相似的胚状 体,也叫作体细胞胚。这种体细胞胚有于叶、根、茎分生 组织的结构。科学家把体细胞胚包埋在胶囊内形成球状结 构,使其具备种子机能。所以,人工种子是一种人工制造 的代替天然种子的颗粒体,可以直接播种于田间。
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。
2. 植物脱毒
植物病毒病是作物的重要病害种类之一,目
前已发现的植物病毒病害已超过 700种,几乎每
种作物上都有一种、几种甚至十几种病毒危害,
它们防治困难,危害严重,给农业生产带来了巨大
的损失,特别是木本植物和靠营养繁殖的植物,危
2.1.3 生物法
茎尖脱毒 茎尖微体嫁接 愈伤组织诱导脱毒 珠心胚培养法 花药培养脱毒
1)茎尖培养脱毒
(1)茎尖培养脱毒原理 (2)培养基 (3)茎尖培养方法 (4)影响微茎尖培养的因素 ①外植体大小 ②培养条件 ③外植体的生理状态
(1)茎尖培养脱毒原理
病毒在植物体内分布不均匀,其数量随 植株部位及年龄而异,越靠近茎顶端区域, 病毒感染的程度越低,生长点即分生组织 (约0.1-1mm)几乎不含或含病毒很少。
常用的鉴定法有直接测定法、指示植物法、抗血清鉴定法和电子显微镜检查法等。
外观判断法——直接检测法 指示植物法 抗血清鉴定法 电子显微镜检查法 酶联免疫鉴定法(ELISA) 分子生物学方法
2.2.1 外观判断法:
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。
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,根据植物种培养条件可以人为控制,具有省地省工可直接在 田间播种等优点。 2)在人工种子制作中,可加入营养物质、植物生长 调节剂、固氮菌、杀虫剂等。 3)用于制作人工种子的体细胞胚,可利用生物反应 器大规模培养,大大提高了效率。 4)一些难以得到天然种子的珍稀植物或脱毒苗、基 因工程植株,均可利用人工种子技术加速用于生产。
热处理广泛应用于葡萄、草莓、马铃薯 和菊花等植物。如:葡萄置于38 ℃可去除 扇叶病毒。
热处理对葡萄扇叶病毒、草莓斑驳病毒、 苹果花叶病毒等球形病毒有作用,而对另一 些病毒不起作用,因此,必须与茎尖培养相 结合脱毒效果更好。
2.1.2 化学方法脱毒
又称化学疗法。一些化学药品如嘌呤和嘧啶;类似物、 氨基酸、抗生素处理,可在某种程度上抑制植物体内或离 体叶片内病毒的合成,但仍不能是病毒失活。
(2)培养基
一般以White、MS为基本培养基,提高钾盐 和铵盐含量有利于茎尖生长。MS培养某些植物茎 尖时,有些离子浓度过高应稀释。
在双子叶植物中,激素可能在第2对叶原基中 合成,所以茎尖的圆锥组织生长激素不能自给,必 须加入生长素与细胞分裂素,浓度要合适。在生长 素中应避免用易促进愈伤组织化的2,4-D,宜用 NAA或IBA;细胞分裂素用KT或BA;GA3对某些 植物茎尖培养有用。
1.2.2 贮藏中存在的问题:
种胚质量不高、后期停止生长、胚腐烂、种子失 水干缩等。
1.2.3 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。
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。
近年发现三氮唑核苷(1—β—D—呋喃核糖—1,2, 4—三氮唑)用于防治一系列动物DNA和RNA病毒,对植 物也有效。将感染了马铃薯Y型病毒(PVY)、黄瓜花叶 病(CMV)或烟草花叶病毒(TMV)的叶柄,培养在三氮 唑核苷的MS培养基上,子代植株则除去病毒,而对照则 无效,说明三氮唑核苷抑制病毒的增殖。
硅酮种衣,能抗真菌,渗入水蒸汽和氧气,处于试验之 中。
1.1.3 人工胚乳配制
成分:无机盐混合物、碳水化合物(糖和淀粉)、蛋白质、 植物生长调节剂。
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、有益菌类等。
选用无毒、透气和吸水性强的木薯淀粉与1.5%海藻酸钠 (1/2MS培养基配制)混合制作的胚乳可改善单一海藻酸钠 人工胚乳的透气性、吸水性和发芽率,人工胚乳中加入 (赤霉素 )GA3有利于人工种子的发芽,加入CaCl2 有利 于向培养物供氧,提高人工种子发芽率和耐贮藏性,加扩 活性炭可改善营养固定和缓释,提高人工种子在土壤中的 成苗率。
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