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体细胞胚胎发生和人工种子

2022-05-27 18:55:51   0  举报

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细胞工程体细胞胚胎发生和人工种子

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大纲/内容

人工种子

概念

人工种子是将植物离体培养产生的体细胞胚包埋在含有营养成分和保护功能的物质中，在适宜条件下发芽出苗。

人工种皮（外）

作用：保护水分免于丧失和防止外部物理力量的冲击

人工胚乳（中）

作用：培养物(即胚状体)所需的营养成分和某些植物激素，作为胚状体萌发时的能量和刺激因素

体细胞胚（内）

作用：适宜条件时发芽

人工种子制备

人工种皮的制备

材料

胶质化合物薄膜

要求

人工种皮需要一定透气性，不能影响胚状体的呼吸

工种皮需要一定硬度 经得起种子储存和运输中的挤压和机械播种过程中的磨损

体细胞胚的包裹材料，要求播种后易于降解

含有其他有利于胚状体存活、生长的成分，如农药以防止播种后土壤微生物的侵染。

人工种子包裹方法

干燥包埋法       将胚状体置于23C，相对湿度为79%，在黑暗条件下逐渐干燥，然后用聚氧乙烯包裹后贮藏。

液胶包埋法       将胚状体悬浮在一种黏滞的流体胶中，直接播人土壤。

水凝胶法          褐藻酸钙水性胶囊包埋胚状体，用以生产人工单胚种子称水凝胶法(Redehbaugh1986)。

人工胚乳的制备

成分

人工胚乳的基本成分仍是各种培养基的成分，只是根据使用者的目的，可以自由地向人工胚乳基质中加人各种不同物质(如植物激素、有益微生物或除草剂等) ,赋予人工种子比自然种子更加优越的特性。

制作

直   接   法

凝胶囊中直接加入大量元素、碳水化合物及防病用抗生素。

微型包裹法

首先将碳水化合物和大量元素包裹在微型胶囊内，然后再把微型胶囊和种胚起包裹在褐藻酸钙(人工种皮)中。目的是使人工胚乳的营养成分在人工种子内缓慢地释放，提高种子的存活时间。

体细胞胚的制备

体细胞胚的发生方式

体细胞胚胎发生的同步控制

体细胞胚包裹材料

琼脂、琼脂糖、藻酸盐明胶、淀粉、动物胶、角叉胶、角叉胶-刺槐豆胶、阿拉伯树胶、果胶、蛋白胶、黄芪胶

人工种子研究现状

发展史

Redenbaugh等于1986年首次报道了用藻酸钙包裹制成的苜蓿和芹菜的人工种子以来,有近20种植物的人工种子已研究成功

洲将人工种子研究纳人“尤里卡计划”，美国、日本、法国、印度、瑞土和韩国等国家都在积极开展研究。

我国人工种子的研究开始于“七五”期间，已经对胡萝卜、芹菜、黄连、苜蓿、西洋参、云杉、华腺萼木、四会贡桃、番木瓜、芫荽等十几种材料进行了比较系统的研究。

优点与应用潜力

人工种子结构完整,体积小,便于储藏运输

供制作人工种子的体细胞胚数量多、繁殖快,在1 L培养液中通过悬浮培养可以获得10万个体细胞胚，真正达到了快速繁殖的要求

制作人工种子时还可加入菌肥、微生物、农药，以抵抗外来病毒和微生物的侵染

对生育周期长的多年生植物(果树、观赏树木、林木)、育性不良的且难于有性繁殖的植物(如甘薯、球根和宿根花卉、芋类等)可用人工种子技术进行繁殖，遗传性不稳定的杂交F1代无需等待其稳定,可用人工种子技术繁殖性状优良者直接应用于生产

不受季节限制，利用人工种子技术大量、快速繁殖性状优良、遗传性稳定的植物品种

人工种子如天然种子一样， 具有坚硬的种皮,适于机械化播种

前景

仍存在问题待解决，但发展巨大，潜在优势可发挥

愈伤组织与体细胞胚胎发生

愈伤组织

愈伤组织(callus)原来是指植物受损伤时在愈合伤口处长出的一团瘤状突起，突起内的细胞已发生脱分化的变化。这一概念后来被引入植物组织培养领域。培养中的愈伤组织是指从外植体的内部或切口表面形成的一团没有分化的均匀一致、无序生长的薄壁细胞团。这种组织具有再分化的能力。

愈伤组织的诱导

可能性：植物各器官和组织均能诱导产生愈伤组织

重要因素：生长调节剂

常用生长素：2,4-D、IAA和NAA

浓度：0.01~10mg/L

常用细胞分裂素：激动素、玉米素和6-BA

浓度：0.01~10mg/L

主要原因：受伤细胞释放出来的物质2,4-D等生长素相互作用共同诱导细胞发生分裂

愈伤组织形成过程

启动期

细胞准备进行分裂时期

特征：大小无明显变化，RNA含量迅速明显增加，细胞变大

子主题

分裂期

细胞通过一分为二的方式不断增生子细胞的过程

特征：细胞分裂快、结构疏松、缺少组织结构

形成期

外植体细胞经过诱导、分裂形成了无序结构的愈伤组织时期

特征：细胞大而不规则高度液泡化、无次生细胞壁和胞间连丝，整个组织结构比较松散:表面以下约5~10个细胞是细胞生长的中心，分生中心的细胞明显小些，出现了胞间连丝和果胶质.这些中心是愈伤组织的主要生长部位。随着愈伤组织表层细胞分裂的减缓和停止，内部深处的生长中心细胞不断分裂并形成像维管束或类似分生组织的鸟巢状结构。

愈伤组织器官的发生

途径

器官发生

产生

不定芽方式（四种）

在愈伤组织上分别形成根或芽器官，即形成无根的芽或无芽的根

在愈伤组织上先产生芽,待芽伸长后再在其茎的基部长出根而形成小株植，多数植物属这种情况

愈伤组织上先产生根，再从根基部分化出芽而形成小株植。双子叶植物中这种形式较普遍

先在愈伤组织的不同部位分别形成根和芽.然后两者结合起来形成一球小植株，类似根芽的天然嫁接，这种情况较少见，而且只有芽和根的维管束是相通的才能得到成活的植株。<br>

胚状体发生的再分化

产生

胚状体形成的方式