體細胞胚胎發(fā)生和人工種子

體細胞胚胎發(fā)生和人工種子第一頁，共三十九頁，2022年，8月28日教學目的和要求掌握愈傷組織的發(fā)生方式；掌握人工種子的定義；掌握人工種子的制備。第二頁，共三十九頁，2022年，8月28日第一節(jié)愈傷組織和體細

胞胚胎發(fā)生第三頁，共三十九頁，2022年，8月28日體細胞胚胎發(fā)生(Somaticembryogenesis)是指單倍或雙倍的體細胞或單個花粉在特定的條件下，未經性細胞融合而通過與合子胚胎發(fā)生類似的途徑，即通過原胚期、球形胚期、心形胚期、魚雷形胚期和子葉期，發(fā)育成新個體的形態(tài)發(fā)生過程，這種類合子胚結構稱胚狀體或體細胞胚(Somaticembryo).第四頁，共三十九頁，2022年，8月28日1.非胚性愈傷組織的懸浮細胞2.胚性愈傷組織的懸浮細胞3.球形胚4.心形胚5.魚雷胚6.子葉胚7.愈傷組織表面具早期體細胞胚第五頁，共三十九頁，2022年，8月28日愈傷組織（callus）指從外植體的內部或切口表面形成的一團沒有分化的均一一致、無序生長的薄壁細胞團。這種組織具有再分化的能力。第六頁，共三十九頁，2022年，8月28日一、愈傷組織的誘導起動期分裂期形成期第七頁，共三十九頁，2022年，8月28日起動期:植物準備分裂的時期；特征：細胞大小無明顯變化；RNA含量迅速明顯增加；細胞核變大。第八頁，共三十九頁，2022年，8月28日分裂期：細胞通過一分為二的方式不斷增生子細胞的過程。特征：細胞分裂快、結構疏松、缺少組織結構第九頁，共三十九頁，2022年，8月28日形成期：外植體細胞經過誘導、分裂形成了無序的愈傷組織的時期。細胞特點：細胞大而不規(guī)則、高度液泡化、無次生細胞壁和胞間連絲，整個組織結構比較松散；表面以下5～10個細胞是細胞生長的中心，分生中心的細胞明顯小些，出現了胞間連絲和果膠質，這些中心是愈傷組織的主要生長部位。隨著愈傷組織表層細胞分裂的減緩和停止，內部深處的生長中心細胞不斷分裂并形成像維管束或類似分生組織的鳥巢狀結構。第十頁，共三十九頁，2022年，8月28日二、愈傷組織器官的發(fā)生不定芽方式胚狀體形成的方式第十一頁，共三十九頁，2022年，8月28日不定芽方式（adventitiousbudtype）是指愈傷組織培養(yǎng)物，通過形成不定芽再生成植株。這是愈傷組織中常見的器官發(fā)生方式。第十二頁，共三十九頁，2022年，8月28日愈傷組織通過不定芽方式再分化形成再生植株的方式主要有四種：1、在愈傷組織上分別形成根或芽器官，即形成無根的芽或無芽的根；2、在愈傷組織上先產生芽，待芽伸長后再在其莖的基部長出根而形成小植株，多數植物屬于此種方式；3、在愈傷組織上先產生根，再從根基部分化出芽而形成小植株，雙子葉植物多屬此種情況；4、先在愈傷組織的不同部位分別形成根和芽，然后兩者結合起來形成一株小植株，只有根和芽的維管束是相通的才能得到成活的植株。第十三頁，共三十九頁，2022年，8月28日胚狀體形成（embryoidformation）是指從培養(yǎng)的組織或細胞中直接或間接形成胚胎的生長方式。直接形成胚胎是指在外植體上直接分化出胚狀體；間接形成胚胎是指在外植體上先分化出胚性愈傷組織，然后由胚性愈傷組織再分化形成胚狀體第十四頁，共三十九頁，2022年，8月28日第十五頁，共三十九頁，2022年，8月28日第二節(jié)人工種子一、人工種子的定義人工種子(artificialseed)：是指通過植物組織培養(yǎng)的方法產生的體細胞胚包埋在含有營養(yǎng)成分和保護功能的物質中，在適宜條件下可以發(fā)芽成苗的植物幼體。Murashige1978年首次提出人工種子的概念，利用植物組織培養(yǎng)中有體細胞胚胎發(fā)生的特點，把胚狀體等組織包埋在膠囊內形成球狀結構，使其具有種子的機能并可直接播種于田間。

第十六頁，共三十九頁，2022年，8月28日外形上它就象一顆顆乳白色、半透明、圓粒狀的石榴果實內的小顆粒。第十七頁，共三十九頁，2022年，8月28日二、人工種子的制備農業(yè)生產中使用的天然種子，一般由種皮、胚乳和胚三部分構成。目前，人工種子的制作程序包括：a、體細胞胚的誘導及同步化控制b、人造胚乳及人造種皮研制及包埋c、人工種子的貯藏及萌發(fā)important第十八頁，共三十九頁，2022年，8月28日1、高質量體細胞胚發(fā)生系統(tǒng)的建立大量形成高質量的體細胞胚是人工種子制作的前提

╱二倍性

胚狀體

╲單倍性高質量的體細胞胚：體細胞胚具有發(fā)育成完整小植株的能力，即要求體細胞胚在解剖結構上具有明顯的胚根、胚芽的雙極性結構。人工種子能否成功的關鍵。第十九頁，共三十九頁，2022年，8月28日體細胞胚的發(fā)生方式：胚狀體可由表皮細胞、愈傷組織、懸浮細胞、花粉、原生質體等發(fā)生：1、來源于外植體的表皮細胞；2、來源于愈傷組織細胞；3、懸浮培養(yǎng)中由單細胞來源的胚狀體4、由花藥花粉培養(yǎng)產生的單倍體胚狀體；5、來源于原生質體的胚狀體。第二十頁，共三十九頁，2022年，8月28日2、體細胞胚胎發(fā)生的同步化控制為得到活力強、萌發(fā)率高的人工種子，制作要求胚狀體的形態(tài)上大小一致、發(fā)育進程相似。因此，對體細胞胚發(fā)生要進行同步化控制和純化篩選?？刂婆郀铙w的同步發(fā)育是人工種子的重要條件。A：化學抑制法－同步脫分化促進細胞的同步分裂

在細胞培養(yǎng)初期加入DNA合成的抑制劑，使細胞DNA合成暫時停止，除去抑制劑后，細胞同步分裂。B：低溫抑制法

低溫處理導致發(fā)育停止，形成溫度沖擊，處理時間過后恢復正常溫度，可使胚性細胞達到同步分裂。第二十一頁，共三十九頁，2022年，8月28日C：滲透壓選擇

不同發(fā)育階段的胚有不同的滲透壓要求，調節(jié)滲透壓可以控制胚的發(fā)育，篩選到較為一致的體細胞胚。如球形胚的滲透壓17.5％，心形胚的12.5％。D：機械分離過篩選擇法

胚性細胞及懸浮液分別用80、53、40、27微米的濾網過濾，可以按體積大小分開。E：在懸浮培養(yǎng)中控制通氣

在培養(yǎng)基中通入乙烯或氮氣，使細胞分裂達到高峰。第二十二頁，共三十九頁，2022年，8月28日3、人工種皮及人工胚乳研制及包埋（1）人工種皮的研制

總的要求是：能保持胚狀體的活力，利于萌發(fā)和貯藏。所選材料要有韌性、耐壓，對胚狀體無毒害，含有胚狀體發(fā)芽生長所需的營養(yǎng)成分或植物激素，還應含有殺菌劑以防止播種后土壤微生物的侵染。如海藻酸鈉、明膠、瓊脂糖、淀粉、動物膠等。A.材料：膠質的化合物薄膜，以便包裹于人工胚乳之外，為種子提供保護，并防止融于水的營養(yǎng)物質向外滲透。第二十三頁，共三十九頁，2022年，8月28日人工種皮需要滿足的條件：1、具有一定的透氣性，不能影響胚狀體的呼吸；2、具有一定的硬度，經得起種子儲存和運輸中的擠壓和機械播種中的磨損；3、易于降解；4、含有其他有利于胚狀體存活、生長的成分。第二十四頁，共三十九頁，2022年，8月28日B.

體細胞胚包裹的材料：凝膠可以使人工種皮具有柔軟性，不僅適于胚狀體的要求，而且具有抗壓性。第二十五頁，共三十九頁，2022年，8月28日C.人造種子的包埋技術

最佳的包埋材料是海藻酸鈉，包埋方法有干燥包埋法、液膠包埋法和水凝膠法。干燥包埋法：將胚狀體置于23度，相對濕度為79％，黑暗條件下逐漸干燥，然后用聚氧乙烯中包裹貯藏。液膠包埋法：將胚狀體懸浮在一種粘滯的流體膠中，直接播入土壤。水凝膠法：用海藻酸鈣水性膠囊包埋胚狀體，用以生產人工單胚種子稱水凝膠法。第二十六頁，共三十九頁，2022年，8月28日制作過程體細胞胚與藻酸鈉混合后，滴入到硝酸鈣或CaCl2中，10分鐘后，表面聚合，形成人工種子第二十七頁，共三十九頁，2022年，8月28日人造胚乳即包裹胚狀體的營養(yǎng)基質，其外部就是人工種皮。（2）人造胚乳的研制第二十八頁，共三十九頁，2022年，8月28日人工胚乳的成分人工胚乳的主要成分為無機鹽、碳水化合物、蛋白質等營養(yǎng)物質。第二十九頁，共三十九頁，2022年，8月28日人工胚乳的制作直接法在凝膠中直接加入大量元素、碳水化合物及防病用抗生素。微型包裹法將碳水化合物和大量元素包裹在微型膠囊內，然后再把微型膠囊和種胚一起包裹在海藻酸鈉中。第三十頁，共三十九頁，2022年，8月28日現在已有胡蘿卜、芹菜、柑橘、咖啡、棉花、玉米、水稻、橡膠等幾十種植物的人工種子試種成功，但由于成本較高，中國尚未應用于生產。

2、植物組織培養(yǎng)的應用：

第三十一頁，共三十九頁，2022年，8月28日（4）人工種子的轉換

轉換是指由體細胞胚發(fā)育成具正常表現型的綠色植株的能力，轉換率用來表示不同發(fā)育階段的體細胞胚發(fā)育為小植株的比率。第三十二頁，共三十九頁，2022年，8月28日二、人工種子的優(yōu)越性與局限性（一）、優(yōu)越性1、通過植物組織培養(yǎng)技術生產的胚狀體具有數量多，繁殖速度快，結構完整等特點，可短期內大量生產優(yōu)良種苗，比莖尖培養(yǎng)繁殖速率還高。2、大量人工種子來源于同一植株的體細胞，不存在遺傳變異的問題,渴望獲得整齊一致的植物苗，利于農業(yè)生產的規(guī)范化、標準化和機械化管理。3、為一些不能采用種子繁殖的園藝植物開辟了良好的良種繁育新途徑。第三十三頁，共三十九頁，2022年，8月28日（二）、局限性1、一些具有重要性狀的植物目前發(fā)生體細胞胚的能力較弱，再生系統(tǒng)尚不健全，難以形成有活力的胚并同步化發(fā)育。2、制作的人工種子成本遠高于自然種子，無競爭力。3、人工種子的貯藏、運輸以及機械化播種等問題尚未