华中农业大学创建国家精品课程—细胞工程学文本教案(第八章) 主讲教师:柳俊博士、教授 第八章人工种子(2学时) 教学目的与要求 了解植物人工种子的概念与发展概况:掌握植物人工种子繁殖体的培养技术:了解不同 繁殖体的人工种子特点与制备方法。 第一节人工种子的概念 人工种子( artificial seeds)又称合成种子( synthetic seeds)或体细胞种子( somatc sεeds)。任何一种繁殖体,无论是在涂膜胶囊中包裏的、裸露的或经过干燥的,只要能够 发育成完整的植株,均可称之为人工种子。 根据包被的需要程度可分为三类: 第一类是裸露的或休眠的繁殖体,如可以适当干燥的体细胞胚(如鸭毛草的体细胞 胚)、休眠的微鳞茎和微块茎等,它们在不加包被的情况下也具有较高的成株率 第二类为人工种皮包被的繁殖体,一些体细胞胚、原球茎等虽不能过度干燥,但只需人 工种皮包被即可维持良好的发芽状态,如胡萝卜体细胞胚 第三类是水凝胶包埋再包被人工种皮的繁殖体,大多数体细胞胚、不定芽、茎尖等均需 要先包埋在半液态凝胶中,再经人工种皮包裹才能避免失水,从而维持良好的发芽能力 与试管苗技术和自然有性繁殖种子相比,人工种子具有以下突出的、甚至是不可取代 的优点 其一,在无性繁殖植物中,有可能建立一种高效快速的繁殖方法,它既能保持原有品种 的种性,又可以使之具有实生苗的复壮效应; 其二,可以对优异杂种种子不通过有性制种而快速获得大量种子,特别是对于那些制种 困难的植物更具有重要的实用意义 其三,对于一些不能正常产生种子的特殊植物材料如三倍体、非整倍体、基因工程植物 等,有可能通过人工种子在短期内加大繁殖应用; 其四,与田间制种相比,可以节省制种用地,且不受季节限制,可以实现工厂化生产, 同时还避免了种子携带病原菌的危险 其五,与利用试管苗相比,可以避免移栽困难,且可以实现机械化操作,同时还便于储 藏和运输 第二节繁殖体的类型及其生产 不同类型繁殖体比较 诱导培养方式 体细胞胚: 体细胞胚的诱导和形成需要经过至少两个阶段:第一阶段,在含高生长素浓度的培养基 中,诱导培养胚性细胞;第二阶段,在较低生长素或无生长素的培养基中形成体细胞胚。 微芽:一般只需一个培养程序,但有时为了增加繁殖体的数量,也需进行一定次数的继 代 微型变态器官:需要经过不同的诱导程序
华中农业大学创建国家精品课程——细胞工程学 文本教案(第八章) 主讲教师：柳俊博士、教授 第八章 人工种子（2 学时） 教学目的与要求： 了解植物人工种子的概念与发展概况；掌握植物人工种子繁殖体的培养技术；了解不同 繁殖体的人工种子特点与制备方法。 第一节 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）。任何一种繁殖体，无论是在涂膜胶囊中包裹的、裸露的或经过干燥的，只要能够 发育成完整的植株，均可称之为人工种子。 根据包被的需要程度可分为三类： 第一类是裸露的或休眠的繁殖体，如可以适当干燥的体细胞胚（如鸭毛草的体细胞 胚）、休眠的微鳞茎和微块茎等，它们在不加包被的情况下也具有较高的成株率； 第二类为人工种皮包被的繁殖体，一些体细胞胚、原球茎等虽不能过度干燥，但只需人 工种皮包被即可维持良好的发芽状态，如胡萝卜体细胞胚； 第三类是水凝胶包埋再包被人工种皮的繁殖体，大多数体细胞胚、不定芽、茎尖等均需 要先包埋在半液态凝胶中，再经人工种皮包裹才能避免失水，从而维持良好的发芽能力。 与试管苗技术和自然有性繁殖种子相比，人工种子具有以下突出的、甚至是不可取代 的优点： 其一，在无性繁殖植物中，有可能建立一种高效快速的繁殖方法，它既能保持原有品种 的种性，又可以使之具有实生苗的复壮效应； 其二，可以对优异杂种种子不通过有性制种而快速获得大量种子，特别是对于那些制种 困难的植物更具有重要的实用意义； 其三，对于一些不能正常产生种子的特殊植物材料如三倍体、非整倍体、基因工程植物 等，有可能通过人工种子在短期内加大繁殖应用； 其四，与田间制种相比，可以节省制种用地，且不受季节限制，可以实现工厂化生产， 同时还避免了种子携带病原菌的危险； 其五，与利用试管苗相比，可以避免移栽困难，且可以实现机械化操作，同时还便于储 藏和运输。 第二节 繁殖体的类型及其生产 一、不同类型繁殖体比较 1．诱导培养方式 体细胞胚： 体细胞胚的诱导和形成需要经过至少两个阶段：第一阶段，在含高生长素浓度的培养基 中，诱导培养胚性细胞；第二阶段，在较低生长素或无生长素的培养基中形成体细胞胚。 微芽：一般只需一个培养程序，但有时为了增加繁殖体的数量，也需进行一定次数的继 代。 微型变态器官：需要经过不同的诱导程序
华中农业大学创建国家精品课程—细胞工程学文本教案(第八章) 主讲教师:柳俊博士、教授 2.不同繁殖体成苗率比较 。表81不同繁殖体成苗所需时间及成株率* 植物繁殖体类正常株数百分比非正常株数百分成苗所需 茶树 体细胞胚 17 83 10~60 不定芽 13 20~25 华腺萼木体细胞胚 不定芽 20~25 *引自陈正华等(1998)。 繁殖体的生产 作为种子使用的繁殖体,首先必须要有较高程度的一致性。这种一致性除了遗传学上的 致性外,还包括生理上的一致性 1.体细胞胚的规模化生 2.微型营养变态器官繁殖体的培养 3.芽繁殖体的培养 第三节人工种子包被 繁殖体的预处理 体细胞胚适度脱水干燥和强制休眠; 微型变态器官繁殖体表面消毒处理; 芽为繁殖体的老化处理。 繁殖体的包埋 表82几种植物人工种子的附加成分及成苗率 海藻酸钠 植物及繁殖体浓度 培养基及激素及附加成分成苗率 蔗糖浓度浓度(mgL) (%) 四会贡柑体细胞3 MT,4%GA(1),IBA(0.25)30-70(无 胚 菌) 唐菖蒲小球茎 MS,1.5%IBA(0.5),GA 93(无 (0.1) 热带兰花球茎4 改良 MS NAA(1.0),BA95(无 (0.2) 赤桉微芽 改良 SH NAA(0.2-0.5)80-90(无 菌) 小麦体细胞胚 1/4MS GA(1),防腐剂45(有 (200,IAA(0.2),菌) 活性炭
华中农业大学创建国家精品课程——细胞工程学 文本教案(第八章) 主讲教师：柳俊博士、教授 2．不同繁殖体成苗率比较 表 8.1 不同繁殖体成苗所需时间及成株率* 植 物 繁殖体类 型 正常株数 百分比 非正常株数 百分 比 成苗所需 天数 茶树 体细胞胚 17 17 83 83 10～60 不定芽 77 77 13 13 20～25 华腺萼木 体细胞胚 47 53 42 47 40～60 不定芽 466 93 34 7 20～25 * 引自陈正华等（1998）。 二、繁殖体的生产 作为种子使用的繁殖体，首先必须要有较高程度的一致性。这种一致性除了遗传学上的 一致性外，还包括生理上的一致性。 1．体细胞胚的规模化生产 2．微型营养变态器官繁殖体的培养 3．芽繁殖体的培养 第三节 人工种子包被 一、繁殖体的预处理 体细胞胚适度脱水干燥和强制休眠； 微型变态器官繁殖体表面消毒处理； 芽为繁殖体的老化处理。 二、繁殖体的包埋 表 8.2 几种植物人工种子的附加成分及成苗率 植物及繁殖体 海藻酸钠 浓度 （％） 培养基及 蔗糖浓度 激素及附加成分 浓度（mgL-1） 成苗率 （％） 四会贡柑体细胞 胚 3 MT，4% GA(1), IBA(0.25) 30-70（无 菌） 唐菖蒲小球茎 4-5 MS，1.5% IBA(0.5), GA (0.1) 93（无 菌） 热带兰花球茎 4 改良 MS NAA(1.0), BA (0.2) 95（无 菌） 赤桉微芽 4 改良 SH NAA(0.2-0.5) 80-90（无 菌） 小麦体细胞胚 6 1/4MS GA (1), 防腐剂 (200), IAA (0.2), 活性炭 45（有 菌）
华中农业大学创建国家精品课程—细胞工程学文本教案(第八章) 主讲教师:柳俊博士、教授 海藻酸钠作包埋介质的操作程序是: 在配制好的海藻酸钠溶液中,按一定比例加入繁殖体并混匀,然后将其逐滴滴入2.0% 2.5%的CaCl2溶液中,经20~30min的离子交换作用,即能形成含有繁殖体并具有一定刚性 的小球珠(bead),再用水漂洗20min以终止反应。此时的人工种子是一种胶囊状结构,将 其晾干后可贮存或播种。 三、人工种皮的研制 理想的人工种皮应该是:具有一定的封闭性以保证人工胚乳的各种成分不易流失;同时 又具有良好的透气性,以保证繁殖体维持生理活性的需要:此外,还应有一定的坚硬度,以 加强人工种子的耐储运性和适于机械化操作;但同时又要求其无毒无害,能保证繁殖体顺利 穿透发芽 第四节人工种子的发展和应用前景 人工种子从根本上来说是植物离体快速繁殖技术的延伸和发展。 与常规离体繁殖技术相比,除了有离体繁殖所具备的所有优势外,在应用上还有更多潜 在的优点 首先,人工种子可以贮藏,因而可以周年生产,避免了试管苗应用中由于季节性生产而 带来的诸多矛盾 其次,人工种子可以直接播种,减少了试管苗移栽在操作和管理上的困难,可以实现机 械化操作和常规的田间管理。 其三,由于可以长距离运输,因此,人工种子可以建立相对集中的大型生产企业,实现 资源和技术优化。 微器官人工种子可能最先用于无性繁殖植物 人工种子可用于天然种子繁殖后代群体变异大的植物 、以体细胞胚为繁殖体应用的可能性及需要注意的问题 思考题 1.人工种子的概念和类型。 2.人工种子对繁殖体有什么特殊要求? 3.目前人工种子生产中需要研究解决的主要技术问题。 4.目前人工种子最适于在哪些方面应用?
华中农业大学创建国家精品课程——细胞工程学 文本教案(第八章) 主讲教师：柳俊博士、教授 海藻酸钠作包埋介质的操作程序是： 在配制好的海藻酸钠溶液中，按一定比例加入繁殖体并混匀，然后将其逐滴滴入 2.0%～ 2.5%的 CaCl2溶液中，经 20～30 min 的离子交换作用，即能形成含有繁殖体并具有一定刚性 的小球珠（bead），再用水漂洗 20 min 以终止反应。此时的人工种子是一种胶囊状结构，将 其晾干后可贮存或播种。 三、人工种皮的研制 理想的人工种皮应该是：具有一定的封闭性以保证人工胚乳的各种成分不易流失；同时 又具有良好的透气性，以保证繁殖体维持生理活性的需要；此外，还应有一定的坚硬度，以 加强人工种子的耐储运性和适于机械化操作；但同时又要求其无毒无害，能保证繁殖体顺利 穿透发芽。 第四节 人工种子的发展和应用前景 人工种子从根本上来说是植物离体快速繁殖技术的延伸和发展。 与常规离体繁殖技术相比，除了有离体繁殖所具备的所有优势外，在应用上还有更多潜 在的优点： 首先，人工种子可以贮藏，因而可以周年生产，避免了试管苗应用中由于季节性生产而 带来的诸多矛盾。 其次，人工种子可以直接播种，减少了试管苗移栽在操作和管理上的困难，可以实现机 械化操作和常规的田间管理。 其三，由于可以长距离运输，因此，人工种子可以建立相对集中的大型生产企业，实现 资源和技术优化。 一、微器官人工种子可能最先用于无性繁殖植物 二、人工种子可用于天然种子繁殖后代群体变异大的植物 三、以体细胞胚为繁殖体应用的可能性及需要注意的问题 思考题 1．人工种子的概念和类型。 2．人工种子对繁殖体有什么特殊要求？ 3．目前人工种子生产中需要研究解决的主要技术问题。 4．目前人工种子最适于在哪些方面应用？