《人工種子》課件

1、第八章 人工種子 人工種子概述繁殖體種類及其培養(yǎng)技術(shù)人工種子制備人工種子研究及應用前景1精選ppt第八章 人工種子 人工種子概述繁殖體種類及其培養(yǎng)技術(shù)人工種第一節(jié) 人工種子概述人工種子(artificial seeds)亦稱體細胞種子。 早期的人工種子概念是：體細胞胚經(jīng)過人工種皮包被后而形成的體細胞種子。 任何一種經(jīng)人工種皮包被或裸露的，具有形成完整植株能力的繁殖體均可稱之為人工種子。2精選ppt第一節(jié) 人工種子概述人工種子(artificial see根據(jù)包被的程度可將人工種子分為三大類： 裸露的或休眠的繁殖體 如微鱗莖，微塊莖等。它們在不加包被的情況下也具有較高的成株率。 人工種皮包被的繁

2、殖體 一些體細胞胚、原球莖等不能過度干燥，但只需要用人工種皮包被即可維持良好的發(fā)芽狀態(tài)，如胡蘿卜體細胞胚。 水凝膠包埋再包被人工種皮的繁殖體 大多數(shù)體細胞胚、不定芽、莖尖等均需要先包埋在半液態(tài)凝膠中，再經(jīng)人工種皮包裹才能避免失水，從而維持良好的發(fā)芽能力。 根據(jù)繁殖體的類型可分為兩類： 一類是體細胞胚人工種子； 另一類是非體細胞胚人工種子 據(jù)報道，目前已對26個科，36個屬的植物進行了人工種子研究。其研究范圍顯示出兩大特點： 一是重要經(jīng)濟作物和糧食作物的人工種子報道日益增多； 二是以微器官為繁殖體的報道日益增多，其中包括微芽、微枝、原球莖、小鱗莖、小塊莖等。3精選ppt根據(jù)包被的程度可將人工種子

3、分為三大類： 根據(jù)繁殖體的類型可在無性繁殖植物中，有可能建立一種高效快速的繁殖方法，它既能保持原有品種的種性，又可以使之具有實生苗的復壯效應； 可以對優(yōu)異雜種種子不通過有性制種而快速獲得大量種子，特別是對于那些制種困難的植物更具有主要的適用意義； 對于一些不能正常產(chǎn)生種子的特殊植物材料如三倍體、非整倍體、工程植物等，有可能通過人工種子在短期內(nèi)加大繁殖應用； 與田間制種相比，可以節(jié)省制種用地，且不受季節(jié)限制，可以實現(xiàn)工廠化生產(chǎn)，同時還避免了種子攜帶病原菌的危險； 與利用試管苗相比，可以避免移栽困難，且可以實現(xiàn)機械化操作，同時還便于儲藏和運輸。 4精選ppt在無性繁殖植物中，有可能建立一種高效快速

4、的繁殖方法，它既能保馬鈴薯試管塊莖人工種子試管塊莖人工種子田間種植5精選ppt馬鈴薯試管塊莖人工種子試管塊莖人工種子田間種植5精選ppt第二節(jié) 繁殖體的種類及其培養(yǎng)技術(shù) 繁殖體是人工種子的主體，早期的研究認為，體細胞胚是人工種子制備的最佳繁殖體。 以體細胞胚作為繁殖體并不適用于所有的植物：遺傳變異更大；許多植物的體細胞胚誘導十分困難。 微器官作為人工種子繁殖體的報道日益增多。 1990年，有關(guān)人工種子的報道以體細胞胚為繁殖體的占63.6%，以芽為繁殖體的報道占36.4%； 1994年，以體細胞胚為繁殖體的報道則只占48.8%，以芽為繁殖體的占38.1%，另有13.1%為其它類型的繁殖體。 6精

5、選ppt第二節(jié) 繁殖體的種類及其培養(yǎng)技術(shù) 繁殖體是人工種子的主體，早不同類型繁殖體比較繁殖體生產(chǎn)7精選ppt不同類型繁殖體比較繁殖體生產(chǎn)7精選ppt一不同繁殖體的比較體細胞胚 形成需要經(jīng)過至少兩個階段： 第一階段，在含高生長素濃度的培養(yǎng)基中，誘導培養(yǎng)胚性細胞； 第二階段，在較低生長素或無生長素的培養(yǎng)基中形成體細胞胚。8精選ppt一不同繁殖體的比較體細胞胚 8精選ppt微芽 發(fā)生一般只需一個培養(yǎng)程序，但有時為了增加繁殖體的數(shù)量，也需進行一定次數(shù)的繼代。 微型變態(tài)器官 塊莖、塊根以及鱗莖、球莖類的繁殖體產(chǎn)生可能需要經(jīng)過不同的誘導程序。 9精選ppt微芽 9精選ppt植物 種類繁殖體類型培養(yǎng)程序及培

6、養(yǎng)天數(shù)培養(yǎng)基及蔗糖濃度激素濃度（mg./L）其它成分(mg/L)2,4-DNAAZeatinBAKin體細 胞胚Step I, 21MS, 3%2.01.01.0LH(100)Step II, 21MS, 3%0.11.00.5LH(100), 谷氨酰胺(500)微芽21MS, 3%0.05-0.25.0桉樹體細 胞胚Step I, 20B5, 4-5%2.0-4.01.0Step II, 28-56改良H, 3%0.2-0.50.5ADE(40)微芽25改良H, 3%0.2-0.50.5-2.0ADE(40)茶樹體細 胞胚Step I, 28MS, 4%0.5-1.01.00.5Step I

7、I, 30MS, 2-3%1.00.5GA(0.3), IAA(0.3-0.5)不定芽25MS, 2-3%1.01.0IAA(0.3)華腺 萼木體細 胞胚Step I, 25MS, 3%1.00.21.0Step II, 20MS, 0.2-0.3%0.21.0不定芽25MS, 2-3%0.010.2IAA(0.3), GA(0.1)蘭花原球莖25MS, 2%0.1椰子汁(10%)部分植物繁殖體誘導培養(yǎng)條件 （引自陳正華等，1998 ）芥菜型油菜10精選ppt植物 繁殖體類型培養(yǎng)程序及培養(yǎng)天數(shù)培養(yǎng)基及蔗糖濃度激素濃度（不同繁殖體成苗所需時間及成株率（引自陳正華等，1998 ）植 物繁殖體類型正

8、常株數(shù)百分比非正常株數(shù)百分比成苗所需天數(shù)茶樹體細胞胚171783831060不定芽777713132025華腺萼木 體細胞胚 475342474060不定芽 46693347202511精選ppt植 物繁殖體類型正常株數(shù)百分比非正常株數(shù)百分比成苗所需天二. 繁殖體培養(yǎng)技術(shù)體細胞胚培養(yǎng)微型變態(tài)器官培養(yǎng)微芽繁殖體培養(yǎng)12精選ppt二. 繁殖體培養(yǎng)技術(shù)體細胞胚培養(yǎng)微型變態(tài)器官培養(yǎng)微芽繁殖體培體細胞胚規(guī)模化生產(chǎn)作為人工種子繁殖體的體細胞胚，其基本要求是要具有發(fā)育上的同步性，還必需滿足如下標準特征： 其一，形態(tài)正常，具有完整的胚結(jié)構(gòu)； 其二，與母體植物的基因型基本相同，特別是在重要經(jīng)濟性狀和農(nóng)藝性狀上沒

9、有變異； 其三，具有較好的成熟性，能耐一定程度的脫水。 13精選ppt體細胞胚規(guī)模化生產(chǎn)作為人工種子繁殖體的體細胞胚，其基本要求是其次，作為實用化的體細胞胚種子還必需滿足一定的數(shù)量需求，規(guī)模化生產(chǎn)是其基本前提。 Choi等（2002）建立了人參體細胞胚大規(guī)模液體培養(yǎng)體系，每500ml容器可生產(chǎn)體細胞胚12,000個。在體細胞發(fā)育至子葉期早期，將其轉(zhuǎn)入二分之一MS無機鹽附加9%蔗糖濃度的培養(yǎng)基中誘導加入休眠，獲得了良好效果。 其它一些植物如芹菜、苜宿等體細胞胚的批量化培養(yǎng)也取得類似結(jié)果。 14精選ppt其次，作為實用化的體細胞胚種子還必需滿足一定的數(shù)量需求，規(guī)模微型變態(tài)器官繁殖體的培養(yǎng) 光照：能

10、夠形成變態(tài)器官的植物常常具有光照周期上的雙重需要， 光照強度亦是影響變態(tài)器官形成的重要因素之一。 溫度：離體培養(yǎng)誘導變態(tài)器官形成時，必需充分考慮自然條件下該植物變態(tài)器官產(chǎn)生所需要的溫度條件。 培養(yǎng)基蔗糖濃度：現(xiàn)有研究資料顯示，培養(yǎng)條件下的變態(tài)器官形成與培養(yǎng)基的蔗糖濃度有關(guān)，較高的蔗糖濃度對于一些植物的微型變態(tài)器官形成似乎是必要條件。 激素：植物變態(tài)器官的形成常常發(fā)生在內(nèi)源激素發(fā)生某種變化以后，外源激素的調(diào)控主要通過內(nèi)源激素的變化而起作用，而不同培養(yǎng)條件下的內(nèi)源激素水平又具有很大差異。 15精選ppt微型變態(tài)器官繁殖體的培養(yǎng) 光照：能夠形成變態(tài)器官的植物常常具芽繁殖體的培養(yǎng)大多數(shù)情況下，微芽、不

11、定芽的培養(yǎng)往往直接從外植體上直接誘導形成，培養(yǎng)方式簡單，且勿需高濃度的激素處理，因此所產(chǎn)生的繁殖體基本保持了原有植物的品種特性。 根據(jù)植物類型不同，可選取不同的外植體類型作為芽產(chǎn)生的來源，如非洲紫羅蘭一般選用葉片為外植體，誘導不定芽作為微繁殖體；榆樹類植物則可選根作為外植體產(chǎn)生微芽；石竹類花卉可以莖尖為外植體培養(yǎng)側(cè)芽作為繁殖體。16精選ppt芽繁殖體的培養(yǎng)大多數(shù)情況下，微芽、不定芽的培養(yǎng)往往直接從外植第三節(jié) 人工種子包被 繁殖體預處理繁殖體包埋人工種皮裝配17精選ppt第三節(jié) 人工種子包被 繁殖體預處理繁殖體包埋人工種皮裝配17一繁殖體的處理體細胞胚形成后，需要在無激素培養(yǎng)基上經(jīng)過一定階段的后

12、熟培養(yǎng)，然后進行脫水干燥，再將畸形胚選出后才能進行包埋。在脫水之前用ABA處理體細胞胚強迫其進入休眠，更有利于長期貯存。 微型變態(tài)器官繁殖體不能過度脫水，但亦需要適當干燥，除去表面及多余的水分，同時要進行表面消毒處理以繁殖包被后的感染。為了延長貯存時間，亦需根據(jù)使用季節(jié)進行適當?shù)男菝咛幚怼?芽為繁殖體的類型，則不能進行脫水處理，但必需篩選生長健壯、組織充實的芽進行包埋。 18精選ppt一繁殖體的處理體細胞胚形成后，需要在無激素培養(yǎng)基上經(jīng)過一定二繁殖體的包埋包埋介質(zhì)的要求： 首先必需是對繁殖體及其它生物是無毒的，并具有一定的緩沖強度，以保證繁殖體在生產(chǎn)、運輸和種植操作中的安全。 同時，它最好能夠

13、提供類似于胚乳的營養(yǎng)物質(zhì)，以供繁殖體發(fā)芽的需要。 此外由于繁殖體的含水量較高，貯存中極易受到微生物感染危害，因此介質(zhì)中還應含有適當?shù)臍⒕鷦?常用的兩種人工胚乳液配方： MS（或SH、White）培養(yǎng)基加入1.5%的馬鈴薯淀粉水解物； SH（0.5）培養(yǎng)基加入1.5%的麥芽糖。 19精選ppt二繁殖體的包埋包埋介質(zhì)的要求： 常用的兩種人工胚乳液配方：幾種植物人工種子的附加成分及成苗率（引自陳正華等，1998 ）植物及繁殖體海藻酸鈉 濃度()培養(yǎng)基及蔗糖濃度激素及其濃度（mg/L）成苗率（）四會貢柑體細胞胚3MT，4%GA(1), IBA(0.25)30-70（無菌）唐菖蒲小球莖4-5MS，1.

14、5%IBA(0.5), GA(0.1)93（無菌）熱帶蘭花球莖4改良MSNAA(1.0), BA(0.2)95（無菌）赤桉微芽4改良HNAA(0.2-0.5)80-90（無菌）小麥體細胞胚61/4MSGA(1), 防腐劑(200), IAA(0.2), 活性炭45（有菌）20精選ppt植物及繁殖體海藻酸鈉 培養(yǎng)基及蔗糖濃度激素及其濃度（mg/以海藻酸鈉作包埋劑的操作程序是： 在配制好的海藻酸鈉溶液中，按一定比例加入繁殖體并混勻。 將其逐滴滴入2.0%-2.5%的CaCl2溶液中，經(jīng)2030min.的離子交換作用即形成含有繁殖體具有一定剛性的人工種子， 用無菌水漂洗20min.以終止反應。 圖5

15、.5 多頭自動人工種子包被系統(tǒng)示意圖。1.雙活塞泵；2. 滅菌器； 3.加濕器；4. 振動器； 5. 脈動腔膜；6. 同軸溝；7. 脈動腔； 8. 噴碟； 9. 旁路系統(tǒng)；10. 反應池；11. 攪拌子；12. 硬化溶液及其輸入。（引自Brandenberger和Widmer，1998）。 21精選ppt以海藻酸鈉作包埋劑的操作程序是： 圖5.5 多頭自動人工種子bac番木瓜體細胞胚人工種子（Castillo等，1998）；b. 馬鈴薯微芽人工種子（Patel等，2000）；c. 人參體細胞種子（Choi和Jeong，2002）。 22精選pptbac番木瓜體細胞胚人工種子（Castillo等

16、，1998）三人工種皮的裝配理想的人工種皮應該是： 具有一定的封閉性以保證人工胚乳的各種成分不易流失，同時又具有良好的透氣性。 具有一定的堅硬度，以加強人工種子的耐儲運性和適于機械化操作。 無毒無害，能保證繁殖體順利穿透發(fā)芽。 配制簡單易行，成本低。 23精選ppt三人工種皮的裝配理想的人工種皮應該是： 23精選ppt常用的人工種皮材料 早期使用Elvax 4260涂膜，價格昂貴，操作復雜、包裹效果不盡人意。 新近試驗使用的二氧化硅化合物材料包括疏水的Tullanox和微親水的Cab-O-Sil，二者均可以粉末狀包裹在人工種子膠囊外層，操作時只需將膠囊在上述材料中滾動即可完成包被過程，操作簡單

17、易行，大量生產(chǎn)還可以機械化操作。 最近還報道一種硅酮種衣，它不僅可以抗真菌，而且可滲入水蒸氣和氧氣，這些材料均還處于試驗之中。 24精選ppt常用的人工種皮材料 24精選ppt第四節(jié) 人工種子實用化的策略 陳正華等（1998）對人工種子的應用提出了如下策略： 微器官人工種子可能最先用于無性繁殖植物 微器官人工種子可用于天然種子繁殖后代群體變異大的植物 以體細胞胚為繁殖體應用的可能性及需要注意的問題 25精選ppt第四節(jié) 人工種子實用化的策略 陳正華等（1998）對人工種子一微器官人工種子可能首先用于無性繁殖植物微器官如微芽，試管塊莖、試管鱗莖等作為繁殖體時，成苗率高且出苗整齊一致，具有田間應用

18、的可行性，同時,離體培養(yǎng)的繁殖體可完全去除病原物，因而已越來越多地用于無性繁殖種苗生產(chǎn)中。 傳統(tǒng)上的試管苗由于體積大、對攜帶儲運條件要求苛刻因而限制了使用規(guī)模。如果利用人工種子將有可能首先實現(xiàn)無性繁殖植物種子生產(chǎn)的徹底革命。 以微芽為繁殖體的人工種子技術(shù)，有可能首先在無性繁殖的果樹、花卉、林木等植物中得以應用。 26精選ppt一微器官人工種子可能首先用于無性繁殖植物微器官如微芽，試馬鈴薯人工種子應用27精選ppt馬鈴薯人工種子應用27精選ppt二微器官人工種子可用于天然種子繁殖后代群體變異大的植物 有些植物如桉樹，雖然能夠用天然種子繁殖，但種子繁殖的植株群體變異大，樹體不整齊。 不定芽試管苗繁殖技術(shù)已在生產(chǎn)上顯示了樹