人工种子综述

1.1⼈⼯种⼦

农业⽣产中使⽤的天然种⼦，⼀般都是由种被、胚乳和胚1三部分构成。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。

近年来，⼈⼯种⼦的研究是世界性的热点，受到各国的⼴泛重视，被认为是农业技术上的⼀次⾰命，并已取得⼀定成绩,我国也将⼈⼯种⼦的研究列⼊⾼科技发展计划。它的研究成果将对农业⽣产起促进作⽤。⽬前，芹菜、苜蓿、胡萝⼘等植物都巳成功地诱导出胚状体，并⽤海藻酸钠等包裹，制作出⼈⼯种⼦，在培养基甚⾄⽆菌⼟中都可部分萌发，长成幼苗，近年来，已获得在农业上具有经济价值的植物的胚状体150种以上。

⼈⼯种⼦⼜称⼈造种⼦，除包裹的是芽、腋芽外、⼈⼯种⼦的核⼼是胚状体。

⼈⼯种⼦是细胞⼯程中最年轻的⼀项新兴技术。最初是由英国科学家于1978年提出的。他认为利⽤体细胞胚发⽣的特征，把它包埋在胶囊中，可以形成具有种⼦的性能并直接在⽥间播种。这⼀设想引起⼈们极⼤的兴趣。⼈⼯种⼦技术确实有着诱⼈的前景：第⼀，它同

微繁殖技术⼀样，培养条件可以⼈为控制，免遭⼤⾃然灾害性⽓候的不利因素，且具有省地省⼯可直接在⽥间播种等优点。第⼆，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，这是微繁殖难以达到的。第三，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。第四，⼀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。⼈⼯种⼦具有以下优点：1)繁殖速度快。⼀个体积12Ｌ的发酵罐，20⼏天⽣产的胡萝⼘体细胞胚可制做1000万粒⼈⼯种⼦，可供⼏⼗公顷⼟地种植之⽤。

2)能够固定杂种优势，使F1代杂交种多代利⽤，使优良的单株能快速繁殖成⽆性系品种，从⽽⼤⼤缩短育种年限，在⼀定程度上取代了天然种⼦，起到节省种源的作⽤。

3)在制作过程中可以适量加⼊必要的⽣长调节物质、有益的微⽣物或农药等，可以⼈为地影响和控制植物的⽣长发育并增加其抗逆性。

4)使⾃然条件下不结实或种⼦昂贵的植物得以快速繁殖；与普通试管苗⽐较，⼈⼯种⼦成本低、运输⽅便，可直接播种和机械化操作。

5)可以成为⽣物技术应⽤到⽣产中的桥梁。通过基因⼯程可能获得的含有特种宝贵基因的⼯程植物的少量植株，通过细胞融合获得体细胞杂种和细胞质杂种，通过⼈⼯种⼦可以在短时间内快速繁殖。

6)节约粮⾷，因为⼈⼯种⼦作为播种材料，⼀定程度上可取代部分粮⾷（种⼦与块根茎）。

7)可以保存及快速繁殖脱病毒苗，克服某些植物由于长期营养繁殖所积累的病毒病等。

离体培养条件下，没有经过受精过程，但是经过了胚胎发育过程所形成的胚状类似物，此现象⽆论在体细胞培养还是⽣殖细胞培养中均可以看到，因⽽统称为体细胞胚或胚状体。在离体植物细胞、组织或器官培养过程中，由⼀个或⼀些体细胞，经过胚

胎发⽣和发育过程，形成与合⼦胚相类似的结构。胚状体⼀般专指在组织培养条件下产⽣的⾮合⼦胚以区别于⾃然发⽣的珠⼼胚及其他通过⽆融合⽣殖和由合⼦胚产⽣的胚（见多胚现象）。然后将它包埋⼦有⼀定营养成分和保护功能的介质中，组成便于播种的类似利宁的单位。这个介质包括⼈⼯胚乳和⼈⼯种⽪两部分。⼈⼯种⼦的核⼼是胚状体，它的质量是制作⼈⼯种⼦的关键。采⽤愈伤组织诱导胚状造⼈⼯种⼦的路线⽰意图如图1.1所⽰。

图1.1 愈伤组织诱导胚状造⼈⼯种⼦的路线⽰意图

①过程是使⽤含有纤维素酶和果胶酶的⾼浓度溶液处理植物叶⽚的细胞，使植物叶⽚的细胞发⽣质壁分离且原⽣质体分离，②处植物细胞的部分细胞壁已经被⽔解，③处是去除了细胞壁的植物细胞原⽣质体，④处是再⽣出细胞壁的植物细胞，⑤处是再⽣出细胞壁的细胞进⾏了第⼀次，⑥处是再⽣出细胞壁的细胞进⾏了第⼆次，⑦处是再⽣出细胞壁的细胞经多次细胞形成了集群的细胞团，⑧处是形成的愈伤组织，⑨是发⽣再分化的过程，⑩是胚状体继续分化的过程。1.1.1胚状体同步发育

制⼈⼯种⼦对胚状体的要求是: 形态应和天然胚相似，其发育须达⼦叶形成时期，⼀萌发后能⽣长成具有完整茎、叶的正常幼苗;其基因型应等同于亲本;耐⼲燥且能长期保存。⾼质量和⾼数量的胚状体是⼤量制备⼈⼯种⼦的基础。控制胚状体发育的同步化是⼈⼯种⼦

制备的核⼼技术之⼀，主要有⽅法如下：

（1）抑制剂法：在细胞培养初期加⼊细胞抑制剂，去除抑制剂后细胞可同步发育。（2）低温法：低温处理抑制细胞，再恢复正常温度使细胞同步化。

（3）渗透压法：不同发育时期的胚状体对渗透压的要求不同，⽤⼀定的渗透压使胚状体停⽌在某⼀阶段，然后再使其同步发育。

（4）通⽓法：细胞旺盛时有⼤量⽓体（如⼄烯）⽣成。可以通过在培养基中通⼊⼄烯或氮⽓控制细胞同步。（5）分离筛选法：⽤不同孔径的筛⽹将不同发育时期的胚状体分离开来，也可以采⽤密度梯度离⼼法来选择不同发育时期的胚状体。

1.1.2⼈⼯种⽪制作

⼈⼯种⽪要求内应富含营养物质。激素、维⽣素、菌肥及化学药剂等、供胚状体萌发⽣长等需要。还要求有⼀定的硬度，保护胚状体萌发⽣长，免遭机械损伤，且有利于机械化播种。

理想的⼈⼯种⽪应该具有保护胚状体的的功能，并且具有⽆毒、良好的通⽓性、抗污染、适合运输等特点。最早采⽤的材料是聚氧⼄烯，但是存在具有⼀定毒性、易溶解于⽔等不⾜。⽬前采⽤海藻酸盐较多，具有成胶容易、操作条件温和、使⽤⽅便、毒性低、成本本低廉等优点。但是也存在⼀些缺点，例如：⽔性营养成分易流失、表⾯易结团等。因此，开发理想的⼈⼯种⽪材料仍是⼀个重要课题。