第9章 胚胎培养与人工种子

人工种子
1、人工种子的概念
植物人工种子概念有狭义和广义之分。

狭义的概念是指植物离体培养中产生的胚状体（包括体细胞胚和性细胞胚），包裹在含有养分和具有保护功能的物质中，并在适宜条件下能够发芽出苗的颗粒体。

但由于技术原因以及花粉胚状体等性细胞胚有遗传分离或单倍体不育等不足，所以目前主要应用的是体细胞胚。

胚状体是由非合子细胞分化形成的类似于胚的结构物，在一定条件下，其可以通过胚胎发育程序形成植株。

自然界中仅在少数植物中偶尔发现有天然形成的胚状体。

胚状体在其发育早期与不定芽十分相似，但胚状体具有明显的极性，可以分化出茎端和根端，同时它的维管束与其母体的维管束系统不是紧紧相连，所以，较易从母体脱离。

广义而言，人工种子是在胚状体或一块组织（顶芽、腋芽）、一个器官（小鳞茎等）之外加上必要的营养成分（人工胚乳）后，用具有一定通透性而无毒的材料将其包裹起来，形成的与天然种子相似的颗粒体。

甚至不经包裹，作适当处理后直接播种发芽的体细胞胚，混在胶体物质中，用流质播种法直接播种的体细胞胚等也属于此类。

但由于植物的种子有胚乳型与无胚乳型之分，对于无胚乳型植物的健壮胚体不需要加入人工胚乳也能在有菌条件下发芽，而有胚乳型植物的体细胞胚的生长需要附加人工胚乳，且其人工种子发芽成苗显著低于前者。

2、人工种子的基本制作流程
人工种子的制作主要包括胚状体的诱导、包裹制作与发芽试验。

以海藻酸钠包裹细胞胚制作人工种子的研究可分为：愈伤组织诱导→体细胞胚诱导→体细胞胚的同步化→体细胞胚的分选→体细胞胚的包裹（相当于种子的胚乳或子叶）→包裹外膜→人工种子的贮藏→发芽成苗试验→检查体细胞变异程度及农艺研究。

人工种子（artificial seeds）的研制。

1、人工种子：即人为制造的种子，它是一种含有植物胚状体或芽、营养成分、激素以及其他成分的人工胶囊。

人工种子又称合成种子或体细胞种子，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；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。

2、人工种子的构成及特点：（1）人工种皮：包裹在人工种子最外层的胶质化合物薄膜，具有进行气体交换、防止营养物的渗漏、抗机械压力。

（2）人工胚乳：人工配制的保证胚状体营养物质。

（3）胚状体：胚状体是由组织培养产生的具有胚芽、胚根和类似天然种子胚的结构，具有萌发长成植株的能力。

植物组织培养复习资料一、名词解释。

（每个3分，共24分）１、植物组织培养：在无菌和人工控制的环境条件下，利用适当的培养基，对离体的植物器官、组织、细胞及原生质体进行培养，使其再生细胞或发育成完整植株的技术。

又称植物离体培养。

２、细胞的全能性：指植物体的任何一个有完整细胞核的活细胞都具有该植物的全套遗传基因和产生完整植株的潜在能力。

3、脱分化：离体培养条件下生长的器官、组织、细胞，经过细胞分裂或不分裂而恢复分生状态，形成无组织结构的细胞团或愈伤组织或成为未分化细胞特性的细胞过程。

4、外植体：从活体植物上切取下来，用以进行离体培养的那部分组织或器官。

5、单细胞培养：对分离的到的单个细胞进行培养，诱导其分裂增殖，形成细胞团，再通过细胞分化形成芽、根等器官或胚状体，直至长成完整植株的技术。

6、胚状体：亦称体细胞胚。

指在组培过程中，由植物体细胞所形成的类似于合子胚的结构。

它具有根、茎结构，能够一次性形成再生植株。

7、平板培养：是将悬浮培养的细胞接种到未固化的薄层培养基中，使其与培养基充分配合，再倒入培养皿中进行培养的方法。

8、人工种子：指植物离体培养中产生的胚状体或不定芽，被包裹在含有养分和保护功能的人工胚乳和人工种皮中，从而形成能发芽出苗的颗粒状。

9、次生代谢产物：指植物生长发育正常运行的非必需的小分子有机化合物，其产生和分布通常有种属、器官、组织以及生长发育时期的特异性。

10、再分化：细胞经过脱分化形成的愈伤组织再次分化，进行器官形成，产丛生芽或胚状体，形成完整植株的过程。

11、无病毒苗:指不含该种植物主要危害病毒的苗木。

二、不定项选择1、培养室里的湿度一般保持在____C_____.A 30~40%；B 50~60%；C 70~80%；D 80~90%2. 下列不属于生长素类的植物激素是____A D____。

A Kt；B IAA；C NAA；D ZT3. 影响培养基凝固程度因素有_______A B C D__.A 琼脂的质量好坏；B 高压灭菌的时间；C 高压灭菌的温度；D 培养基的PH4. 活性炭在组织培养中的作用有_______ABC_。

细胞工程（植物部分）名称解释1、植物细胞工程：植物细胞工程是植物生物技术的一个重要组成部分，是在离体培养条件下，在细胞水平上对植物材料进行遗传操作的技术，即对植物体的任何一个部分（器官、组织、细胞、原生质体）进行离体诱导使其称为完整植株的技术。

2、细胞全能性：每个细胞都含有个体的全部遗传信息，都有分化成一个完整生物个体的固有能力称之为细胞的全能性。

3、细胞分化：是指导致细胞形成不同结构，引起功能改变或潜在发育方式改变的过程。

4、脱分化：分化细胞在一定条件下，可以转变为胚性状态，重新获得分裂能力，称为脱分化。

5、再分化：是脱分化后的分生细胞（愈伤组织）在一定条件下，重新分化为各种类型的细胞，并进一步发育成完整植株。

6、外植体：植物组织培养中用来进行无菌培养的离体材料，可以是器官、组织、细胞和原生质体等。

7、愈伤组织：脱分化后的细胞，经过细胞分裂，产生无组织结构、无明显极性的、松散的细胞团称为愈伤组织。

植物细胞培养：是指在离体条件下对植物单个细胞或小的细胞团进行培养使其增殖的技术。

8、悬浮细胞的同步化：是指同一悬浮培养体系的所有细胞都同时通过细胞周期的某一特定时期。

9、细胞平板培养：将制备好的单细胞悬浮液，按照一定的细胞密度，接种在1mm 左右的薄层固体培养基上进行培养，称之为平板培养10、看护培养：用一块愈伤组织或植物离体组织看护单细胞使其生长增殖的一种单细胞培养方法。

11、微室培养：人工制造一个小室，将单细胞培养在小室中的少量培养基上，使其分裂增殖形成细胞团的方法，称微室培养。

12、饲养层培养基技术：将饲养细胞先用射线辐射处理，然后将饲养细胞和培养细胞混合植板，经过照射的细胞对于培养细胞起到一个饲养作用。

13、离体无性繁殖：利用离体培养技术，将来自优良植株的茎尖、腋芽、叶片、鳞片等器官、组织和细胞进行离体培养，在短期内获得大量遗传形状一致的个体的方法。

也称之为微繁、快速繁殖。

14、植物脱毒：利用植物组织培养技术，脱除植物细胞中浸染的病毒，生产健康的繁殖材料。

细胞工程题一、名词解释1.植物组织培养：是指将植物组织在适当培养条件下诱导长成完整植株的技术。

2.植物的器官发生：指离体培养的组织或细胞团分化形成不定根、不定芽等器官的过程。

3.脱分化：已有特定结构和功能的植物组织的细胞，在一定的条件下被诱导改变原有的发育途径，逐步失去原有的分化状态，转变为具有分生能力的胚性细胞的过程。

4.愈伤组织：脱分化后的细胞经过细胞分裂产生无组织结构、无明显极性的松散的细胞团5.外植体：植物体上切下来进行培养的部分组织或器官。

可以是器官、组织、细胞和原生质体。

6.继代培养：指愈伤组织在培养基上生长一段时间后，营养物枯竭，水分散失，并已经积累了一些代谢产物，此时需要将这些组织转移到新的培养基上，这种转移称为继代培养或传代培养7.体细胞胚：又叫胚状体，是指离体培养条件下没有经过受精过程而形成的胚胎类似物。

8.植物胚胎培养：指对植物的胚及胚器官进行人工离体无菌培养，使其发育成幼苗的技术。

9.人工种子：又称合成种子或体细胞种子，是指将植物离体培养的胚状体或芽包裹在含有养分和保护功能的人工胚乳和人工种皮中的类似种子的颗粒。

10.植物脱毒：利用物理、化学或生物学方法脱除植物所感染的病毒，在无菌条件下培养不带病毒的植株，进行快速繁育无病毒种苗的技术。

11.看护培养：指用一块活跃生长的愈伤组织来看护单个细胞，使其持续分裂和增殖的一种培养方法。

这块愈伤组织被称为看护组织。

12.细胞系：是以一种细胞为主、能在体外长期生存的不均一的细胞群体13.细胞株：是指从一个经过生物学鉴定的细胞系用单细胞分离培养或通过筛选的方法，由单细胞增殖形成的细胞群。

14.细胞融合：指使用人工方法使两个或两个以上的细胞合并形成一个细胞的技术。

15.体细胞杂交：指将不同来源的体细胞融合并使之分化再生、形成新品种的技术。

16.单倍体：细胞中含有正常体细胞一半染色体数的个体，即具有配子染色体组的个体。

17.花药和花粉培养：指离体培养花药和花粉，形成花粉植株，从中鉴定出单倍体植株并使之二倍体化的细胞工程技术。

植物细胞全能性:植物体的每个细胞都携带有该物种的全部遗传信息，因而只要在适当的条件下，植物一切生活细胞都具有分化为一个完整植株的潜在能力，这就是细胞的全能性。

这是细胞工程的理论基础。

细胞分化:个体细胞发育过程中，后代细胞在形态、结构和生理功能上发生差异的过程。

脱分化:原已分化的细胞，失去原有的形态和机能，又回复到没有分化的无组织的细胞团或愈伤组织，这个过程称为脱分化。

再分化:由脱分化状态的细胞再度分化形成另一种或几种类型的细胞的过程，称为再分化愈伤组织:外植体在离体条件下，细胞经脱分化等一系列过程，转变为一种能迅速增殖的无特定结构和功能的细胞团，称为愈伤组织。

愈伤组织细胞大而不规则,高度液泡化、没有次生细胞壁和胞间连丝。

继代培养:对来自于外植体所增殖的培养物通过更新新鲜培养基及不断切割或分离,进行连续多代的培养.外植体:植物组织培养中用来进行离体无菌培养的材料,可以是器官、组织、细胞和原生质体。

器官发生:指离体培养条件下的组织或细胞团分化形成不定根、不定芽等器官过程。

体细胞胚：由外植体可直接形成胚状体，外植体也可以经脱分化先形成愈伤组织，再由愈伤组织形成胚状体。

胚状体是由体细胞发育而来人工种子：通过将植物组织培养中所产生的体细胞胚或珠芽等包埋在“人工胚乳”和“人工种皮”里，制成的具有播种功能、类似天然种子的颗粒就称为人工种子。

繁殖系数：也叫增殖系（倍)数或增殖率，是指繁殖材料在一个培养周期内增殖的倍数。

污染：指在组织培养过程中培养基和培养材料滋生杂菌，导致培养失败的现象。

褐变：指在组织培养中，由于材料被切割而使多酚氧化酶活化将组织中的酚类物质氧化形成棕褐色的醌类物质，并向培养基中扩散，抑制培养物生长甚至导致其死亡的现象。

玻璃化：指组织培养过程中的特有的一种生理失调或生理病变，试管苗呈半透明状外观形态异常的现象。

悬浮培养：将游离的单细胞或小的细胞团，按照一定的细胞密度，悬浮在液体培养基中进行培养的方法。

人工种子的探究及其发展前景【摘要】人工种子是人为制造的种子，它是一种含有植物胚状体或芽、营养成分、激素以及其他成分的人工胶囊。

植物组织培养可以诱导植物组织产生胚状体，这种结构与来自正常有性生殖的合子胚十分相似。

将胚状体包裹在含有营养成分和保护功能的膜内，就可以做成人工种子，在适宜条件下，这种人工种子与天然种子一样，可以发芽出苗。

人工种子是在植物的快速繁殖技术上发展起来的，它的主要优点是：繁殖速度很快，可以用发酵罐大量生产，生产成本比试管苗低，且体积小，易于运输等。

人工种子的前景十分诱人。

【关键词】人工种子制备技术问题应用前景人工种子的概念最早是由murashige(1978)提出的，是指通过组织培养术，将植物的体细胞诱导成在形态上和生理上均与合子胚相似的体细胞胚，然后将它包埋于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种子的单位。

人工种子首先应该具备一个发育良好的体细胞胚（即具有能够发育成完整植株能力的胚）；为了使胚能够存在并发芽，需要有人工胚乳，内含胚状体健康发芽时所需的营养成分、防病虫物质、植物激素；还需要能起保护作用以保护水分不致丧失和防止外部物理冲击的人工种皮。

通过人工的方法把以上3个部分组装起来，便创造出一种与天然种子相类似的结构——人工种子。

1. 人工种子的制备方法与技术要求人工种子制备包括胚状体的诱导与同步化、人工种子的包埋、人工胚乳的制作、人工种皮的制作、人工种子贮藏等步骤内容。

1.1 胚状体的诱导与同步化胚状体的诱导：胚状体可从悬浮培养的单细胞得到，也可通过试管培养的愈伤组织、花粉或胚囊获得。

胚状体一般在培养物的表面产生，其形状与合子胚类似，但胚状体却是无性繁殖的产物。

实际操作中，一般在试管中诱导出愈伤组织，并在含生长素的培养液中悬浮培养，然后置于含生长素的发酵罐中，使细胞迅速扩增，再将细胞移入无生长素的发酵罐中诱导出大量胚状体。

胚状体同步化处理或分选：胚状体的同步化是指促使所有培养的细胞或发育中的细胞团块进入同一个分裂时期。

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1902年，Haberlandt(哈博兰特)提出植物细胞全能性。

1934年，Gautberet（高特里特）培养三毛柳、黑杨的形成层，成功得到愈伤组织。

1947年，White(怀特)发明了第一个人工合成培养基。

1937年，Nabecourt（诺比考特）是胡萝卜根组织经培养获得愈伤组织并继代培养了几十年。

细胞全能性（Totipotency）：每个完整植物的体细胞或性细胞都拥有该植物形成一个完整植株的全套遗传基因，在一定的培养条件下，细胞都可发育成一个与母体一样的植株，这种能力称之为植物细胞的全能性。

外植体（Explant）：从植物体上分离下来的用于离体培养的材料。

愈伤组织（Callus）：在离体培养过程中形成的具有分生能力的一团不规则细胞，多在植物体切面上产生。

特点：多细胞起源的，具有异质性，遗传稳定性差，易发生变异。

分化（Differentiation）：在细胞分裂过程中发生结构和功能上的改变，从而在个体发育中形成各类组织和器官完成整个生活周期。

脱分化（Dedifferentiation）：已分化好的细胞在人工诱导条件下，恢复分生能力，回复到分生组织状态的过程。

再分化（Redifferentiation）：脱分化后具有分生能力的细胞再经过与原来相同的分化过程，重新形成各类组织和器官的过程。

细胞（原生质体）融合（Protoplast fusion）：两种异源原生质体在诱导剂诱发下相互接触，从而发生膜融合，胞质融合和核融合并形成杂种细胞，进一步发育成杂种植株的过程。

细胞培养(Cell culture)：用能保持较好分散性的植物细胞或很小的细胞团为材料进行离体培养。

器官培养(Organ culture)：对植物的根、茎、叶、花、果实以及各部原基的培养。

胚胎培养(Embryo culture)：以胚珠、幼胚、成熟胚为材料的离体培养。

组织培养(Tissue culture)：植物各部分组织的离体培养，使之形成愈伤组织称之为组织培养。

半夏人工种子技术研究半夏（Arisaema erubescens）是一种常见的中草药材，具有清热解毒、消肿止痛的功效，常被用于治疗风湿关节痛、跌打损伤等疾病。

然而，由于采收过多以及生境破坏等原因，半夏的种群数量急剧减少，严重威胁了其生存与发展。

为了保护和繁育半夏种群，人工种子技术被引入并在实践中取得了一定的成功。

人工种子技术是指将植物胚胎培养体外，经过特殊处理后形成的胚乳培养物或胚乳凝胶冻结为种子状，从而实现种子保存和繁殖的一种技术。

通过人工种子技术，可以实现对半夏大规模繁育，并在需要时随时进行种植。

首先，人工种子技术的研究离不开对半夏的种子生物学特性的深入了解。

半夏的成熟种子相对较小，直径约为1-2毫米。

研究者发现，半夏种子的萌发受到抑制，需要经过一定时间的冷藏处理才能达到良好的发芽率。

通过对半夏种子的萌发机制和影响因素进行研究，可以为人工种子技术的进一步改进提供参考。

其次，人工种子技术的关键是胚乳培养。

研究者将半夏成熟种子表皮去除后，将种子胚乳培养于适当的培养基上，经过一段时间的培养和处理，可以促进胚乳的分化和发育。

培养基的配方以及培养条件对胚乳的发育起着重要的作用，因此需要对适宜的培养基成分以及最佳的培养条件进行研究和优化。

此外，人工种子技术还有助于解决半夏的保存问题。

采用传统的种子保存方法，半夏种子的保存期限较短，且易受到环境变化的影响。

利用人工种子技术，可以将半夏种子冷冻保存，延长保存期限，确保种质资源的完整性。

最后，人工种子技术在半夏种植中的应用也是一个重要的研究方向。

通过种子的人工培育和繁殖，可以实现对种子的定期投放，从而提高半夏的种植效果和产量。

但需要注意的是，在推广应用过程中，对培养技术的掌握和相关管理经验的积累都是非常重要的。

综上所述，半夏人工种子技术的研究为保护和繁育半夏种群提供了一种可靠的途径。

通过对种子的生物学特性的深入了解，胚乳培养的优化以及保存和应用的探索，可以有效地推进半夏人工种子技术的发展和应用。

一、名词解释。

1、植物组织培养：植物的离体器官、组织或细胞在人工制备的培养基上进行无菌培养，并在人工控制的环境条件下，使其发育成完整植株的科学技术。

2、脱分化：指失去分裂能力的细胞回复到分生性状态并进行分裂，形成无分化的细胞即愈伤组织的现象。

3、再分化：愈伤组织形成不定芽或不定根或胚状体。

4、外植体：植物组织培养过程中从活体植株上切去下来的用于离体培养的一切材料。

5、愈伤组织：原本指植物在受伤后于其伤口表面形成的一团薄壁细胞。

在组培中，则指人工培养基上由外植体形成的一团无序生长的薄壁细胞。

6、器官发生：胚胎时期由胚层器官原基发育成器官的过程。

包括细胞分化和器官形成。

7、胚状体发生：在植物细胞、组织或器官体外培养过程中，由一个或一些体细胞经过胚胎发生和发育过程，形成的与合子胚相类似的结构。

可进一步发育成植株。

8、细胞全能性：指植物的每一个细胞都携带有一完整的基因组，并具有发育成完整植株的潜在能力。

9、细胞分化：一个尚未特化的细胞发育出特征性结构和功能的过程。

10、极性：细胞内的一端与另一端在形态结构和生理生化上的差异。

11、试管苗：通过组织培养产生的植株。

12、看护培养：是指用一块活跃生长的愈伤组织来看护单个细胞，使其持续分裂和增殖的一种培养方法。

这块愈伤组织被称为看护组织。

13、固相化培养：将细胞或原生质体固着在琼脂糖、藻（月元）酸盐或多聚赖氨酸中，然后将他们放入液体培养基中震荡培养。

这种培养方法既利用了振荡培养室营养物质和气体易于交换的优点，有利用了固相化使细胞免受振荡时剪切力的作用。

14、悬浮细胞培养：将单个游离细胞或小细胞团在液体培养基中进行培养增值的技术。

适用于大规模的培养，使细胞工程的基本平台。

15、离体授粉：将未授粉的胚珠或子房从母体上分离下来,进行无菌培养,并以一定的方式授以无菌花粉,使之在试管内实现受精的技术,又称为离体受精或试管受精。

16、器官培养：指植物的根、茎、叶、花器和幼小果实的无菌培养。