体细胞胚胎发生和人工种子

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：是指在无菌和人工控制的环境的条件下，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，使其再生细胞或完整植株的技术。

根据培养的可分为：愈伤组织培养、悬浮培养、器官培养、茎尖分生组织培养、原生质体培养。

根据培养过程分为：初代培养、继代培养、生根培养根据培养基的物理状态分为：固体培养，液体培养，半固体培养，双层培养脱分化：也称去分化，是指离体培养条件生长的细胞、组织或器官经过细胞分裂或不分裂逐渐失去原来的结构和功能而恢复分生状态，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征的细胞的过程。

再分化：离体培养的植物细胞和组织可以由脱分化状态重新进行分化，形成另一种或几种类型的细胞、组织、器官、甚至完整植株的，这个过程成为再分化。

*器官发生型：由愈伤组织不同部位产生不定芽或不定根，而且通常是单极性的。

*胚胎发生型：由愈伤组织产生胚状体或称体细胞胚，胚状体是双极性的，芽根间有维管组织连接，可独立生长完成整植物体。

*外植体：在植物组织培养中，由植物体上取下来，进行离体培养的那部分组织或器官。

植物组培的应用：1理论研究反面的应用：研究细胞分化和器官建成影响因素的主要方法。

2快速繁殖：离体诱导不定芽分化和促进腋芽增殖。

3人工种子制备：通过诱导体细胞胚（胚胎发生）制备人工种子。

4次生产物生产：有用化合物工业化生产。

5脱毒培养：离体茎尖培养技术可脱去病毒，解决无性繁殖植物品种退化。

6植物种植资源的保存和交换，保存物种多样性。

7遗传操作a突变体的筛选b离体授粉及胚胎培养：克服远远杂交不亲和性（受精前/后障碍）c原生质融合：可获得有性杂交不能产生的杂种，产生细胞质杂种d单倍体诱导：花药培养技术可缩短杂合体纯合时间，加速育种进程e遗传进化：基因工程不可缺少的部分。

一准备室：材料，培养器械的清洗，培养基准备，灭菌的工作。

*1普通化学实验室：仪器及设备化学药品（纯水仪，冰箱，过滤灭菌器，电炉，微波炉，磁力搅拌器，低速台式离心机，电脑等。

人工种子的研究现状和发展前景白雪11021295411级种工二班引言种子不仅是植物种续代繁衍之本，而且也是人类衣食之源。

春种一粒粟，秋收万颗籽。

”农业上传统的种植方式，大多是用种子播种来进行作物的繁殖与栽培。

植物人工种子的制作，是在植物组织培养基础上发展起来的一项生物技术。

“细胞工程技术的开展，为作物的育种与繁殖提供了不少新的技术手段。

在离体培养条件下，植物学家们已可使植物的一个芽、一小块茎、一小块叶甚至一个细胞再生成为小植株；在实验室里，一年四季可生产出成千上万的试管植物来。

植物人工种子作为一项新兴的生物技术，为农业生产展示了诱人的前景，已引起世界各国的重视。

尽管尚未进入应用阶段。

但目前植物人工种子技术发展迅速，在不久的将来定能发挥出其潜在的优势。

一．人工种子的概念植物人工种子（plant artificial seed）概念最早由Murashige （1978）提出，它是指利用细胞的全能性，将植物离体培养中产生的体细胞胚或能发育成完整植株的分生组织（芽、愈伤组织、胚状体等）包埋在含有营养物质具有保护功能的外壳内形成的在适宜条件下能够能够发育成完整植株的小颗粒。

天然的植物种子是由种皮、胚、胚乳三部分组成。

种皮是由珠被受精后发育而来，常具有多层细胞：外部为厚壁细胞，内部几层为薄壁细胞，排列紧密，有极强的保护作用机械力量。

胚乳由受精极核发育来，含有大量养料，为胚发育提供营养。

胚由受精卵（合子）发育而来，由胚芽、胚轴、胚根、子叶组成，将来发育成新的植株。

完整的人工种子包括：人工种皮、人工胚乳胚状体（体细胞胚）3 部分。

有的人工种皮是指海藻酸钠与氯化钙络合形成的包在胚状体等材料外的藻酸钙层，它具有一定的硬度，有保护功能。

有的人工种子在海藻酸钠胶囊外又包一层高分子化合物（Elvax4260 或聚丙烯酸酯），种皮就是指这层高分子化合物外膜。

人工种皮上没有种脐、种孔等结构。

人工胚乳常是人工配制的能供胚良好生长的培养基。

综述一般都包括题名、著者、摘要、关键词、正文、参考文献几部分。

其中正文部分又由前言、主体和总结组成。

植物细胞工程的历史回顾与展望摘要：概要介绍了植物细胞工程的历史回顾与主要分支学科及其研究进展。

包括原生质体培养、细胞融合与体细胞杂交、胚胎培养和试管受情、组织和细胞培养生产有用物质、单倍体育种、体细胞无性系变异‘细抱突变体的筛选、植物快速萦殖技术‘体细胞胚胎发生和人工种子、组织细胞培养物的超低温保存以及转基因植物等关键词：植物细胞工程概况植物组织培养农业生物技术生物技术：以现代生命科学为基础，结合先进的工程技术手段和其他基础学科的科学原理，按照预先的设计改造生物体或加工生物原料，为人类生产出所需新产品或达到某种目的。

植物细胞工程：以植物组织细胞为基本单位，在离体条件下进行培养、繁殖或人为的精细操作，使细胞的某些生物学特性按人们的意愿发生改变，从而改良品种或创造新品种，或加速繁殖植物个体，或获得有用物质的过程。

（一）探索阶段（1902-1929）19世纪30年代，细胞学说的确立。

1902年，德国著名植物生理学家Haberlandt, 首次进行高等植物的细胞培养实验，但细胞未能发生细胞分裂和增殖。

1904年，Hanning对萝卜和辣根菜未成熟胚进行培养，离体胚可以充分发育并提早形成小苗。

1922年，Kundson采用胚培养法获得了兰花幼苗，克服兰花种子发芽困难的问题。

1922年，美国的Robbins和德国的Kotte分别报道了培养离体根尖获得的某些成功。

这是有关根培养的最早的实验。

1925年Laibach把亚麻种间杂交形成的不能成活的种子中的胚剥出，人工培养至成熟。

因此可以认为，幼胚培养和胚胎拯救（embyrorescue）技术是最早应用的植物细胞工程技术。

（二）培养技术与理论的建立与发展阶段（1930-1959）20世纪30年代，植物组织培养技术基本建立。

李继侗（1933年）将3mm以上的银杏胚培养成功，并且发现加入胚乳汁可以促进离体胚的成长。

第一章植物细胞组培：在离体条件下利用人工培养基对植物器官、组织、细胞原生质体等进行培养，使其长成完整株体。

类型 1器官培养 2茎尖分生组织培养3愈伤组织培养 4细胞培养 5原生质体培养植物组培特点:1培养条件可认为控制 2 生长周期短，繁殖率高 3管理方便，利用工厂化生产和自动化控制植物细胞全能性：每个植物体细胞或性细胞都具有该植物的全套遗传基因，因此在一定条件下培养都可发育成一个与母体一样的植株。

植物细胞变现全能性必须经过的步骤:成熟细胞——分生细胞——胚状体——完整植株成熟细胞——愈伤组织——出根出芽——完整植株愈伤组织:原本指植物受伤后在表面形成的一团薄壁细胞。

植物组培中特指人工培养基上形成的无数生长的薄壁细胞。

脱分化：已经完全分化定型的细胞，经过诱导成为重新恢复分裂能力的细胞的过程。

诱导细胞脱分化是处于抑制的，需要外接条件刺激，在各条件中，激素起重要作用。

4类植物 1有些植物只需生长素——IAA吲哚乙酸 NAA萘乙酸 2,4-D 如菊苣2 有些仅需细胞激动素萝卜大豆3 须加细胞激动素和生长素烟草胡萝卜马铃薯4不需加任何激素烟草愈伤组织再分化：植物成熟细胞经过脱分化后（形成愈伤组织后），由愈伤组织再形成完整植株的过程。

植物组培过程取组织——形成愈伤组织——幼胚——植物幼体——成熟植株脱分化再分化*以高度分化的动物体细胞的细胞核具有全能性植物组培动物组培原理植物细胞全能性细胞增殖培养基性质固体培养基液体培养基培养基特有成分蔗糖、植物生长调节剂葡萄糖、动物血清培养结果植物植株细胞系、细胞株获得细胞或细胞分泌物培养目的快速繁殖、培育无病毒植株等植物组培发展简史探索阶段施莱登施旺创立细胞学说提出理念细胞学说要点1动植物均由细胞组成2所有细胞来自其他细胞3卵和精子是细胞4单个细胞可分裂形成组织5细胞遗传全能性；组培技术哈勃兰特成功培育出植物提供理论基础奠基阶段怀特配制出培养基认识到维生素和植株激素在植物组培中的重要作用崔徵用不同种类和比例植物激素处理离体培养的烟草茎段和髓发现腺嘌呤和生长素的比例是控制芽和根形成的主要条件之一斯图尔特证实哈波兰特50年前理论正确性快速发展阶段 MS培养基 PEG原生质体融合法植物遗传转化体细胞无性系变异人工种子植物组培应用1增加遗传变异性，改良作物2繁殖植物无性系：组培中从一个单细胞、一块愈伤组织、一个芽等器官都可获得无性系。

《林木生物技术》复习题一、名词讲解题1、愈伤组织的驯化2、胚状体3、愈伤组织4、基因克隆5、人工种子6、感觉态细胞7、器官发生8、植物体细胞杂交9、载体10、外植体11、植物生物技术12、植物细胞全能性13、化学恒定培养14、基因15、选择标记基因二、辨析题1、辨析分化、脱分化和再分化。

2、辨析培养细胞器官发生的几个学说的差别。

3、比较花药培养和小孢子培养的异同。

4、比较自然突变和培养细胞突变的异同。

5、比较体细胞杂交四各样类的差别。

6、愈伤组织的驯化与其形态发生潜力的丧失有何差别？7、辨析体细胞胚发生的几个学说。

8、比较茎尖培养脱毒、愈伤组织培养脱毒、花药（或花粉）培养脱毒以及珠心胚培养脱毒的机理。

9、比较原生质体培养方法的异同。

10、比较有性杂种、体细胞杂种与细胞质杂种的差别。

11、比较体细胞发生与器官发生的差别。

12、低温保存和冷冻保存有何差别？13、比较可遗传变异和表观遗传变异的特点。

三、简答题1、简述分生组织防备病毒侵染的系统。

2、简述植物组织培养实验室的组成与功能。

3、怎样引诱和调治不同样种类的愈伤组织？4、简述将外源基因导入植物细胞的方法。

5、简述常有的鉴于PCR 的各分子标记的基根源理。

6、举例说明组织培养过程中植物细胞决定作用的表现。

7、简述依照培养基中无机盐含量而划分的培养基种类。

8、简述农杆菌介导的基因转移方法。

9、简述分子标记协助育种的优点。

10、简述基因克隆工具酶的特点和用途。

11、怎样理解植物细胞全能性的表达？12、简述培养物对氮素吸取利用致使培养基pH 发生的变化。

13、简述植物组织培养器官发生中，重生植株形态发生的基本形式。

14、简述农杆菌介导的遗传转变机理。

15、简述 RAPD 标记技术的优缺点。

四、阐述分析题1、试述基因克隆的过程。

2、试述影响花药和花粉培养的因素。

3、试述迅速生殖植物种苗各阶段技术举措。

4、试举例说明分子标记的主要应用方面。

5、试述无机营养在植物组织培养中的作用以及培养物的吸取特点。

生物技术:也称生物工程, 是指以现代生命科学为基础,结合先进的工程技术手段和其他基础科学的科学原理, 按照预先的设计改造生物体或加工生物原料, 为人类生产出所需要的产品或达到某种目的的一系列技术。

重组DNA技术：采用分子生物学操作方法，在体外将外源DNA与载体DNA构建成具有自我复制能力的DNA分子，通过转化或转染宿主细胞，筛选出含有该外源DNA的转化细胞，在进行增殖。

细胞工程:指应用细胞生物学和分子生物学的方法，在细胞水平进行的遗传操作。

愈伤组织:植物外植体脱分化、经过细胞分裂形成的一团无序生长的薄壁细胞。

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。

人工种子:是将植物离体培养产生的体细胚包埋在含有营养成分和保护功能的物质中，在适宜的条件下发芽出苗。

茎尖培养:取植物茎尖组织放入培养液中进行的无菌培养。

植物组织培养:在含有营养物质及植物生长物质的培养液中，培养离体植物组织（器官或细胞）并诱导使其长成完整植株的技术。

细胞全能性:广义的细胞全能性指一个细胞发育成一个完整有机个体的潜能和特性。

植物细胞的全能性指具有完整细胞核的细胞，在适宜的条件下能够分化发育成完整植株的潜在能力。

无病毒苗：未被病毒感染，或经人工处理去除病毒的植物苗株。

外植体:从植株上切离、用于培养的部分或器官称为外植体。

植物胚胎培养：在无菌条件下对植物的胚、子房、胚珠和胚乳进行离体培养，使其发育成完整植株的技术。

单细胞培养:指从植物器官、愈伤组织或悬浮培养物中游离出单个细胞，在无菌条件下，进行外培养，使其生长、发育的过程。

细胞悬浮培养:指将植物的细胞和小的细胞聚集体悬浮在液体培养基中进行培养，使之在体外生长、发育，并在培养过程中保持很好的分散性。

体细胞无性系变异：指植物体细胞在组织培养过程发生变异，进而导致再生植株发生遗传改变的现象。

细胞突变体:指将植物细胞培养在附加一定化学物质的培养基上，用生物化学的方法诱导细胞遗传物质的改变，从细胞水平上大量筛选拟定目标突变体。

1．传递细胞：A结构特点：初生壁具有次生性的内突生长，形成指状、鹿角状突起，使质膜面积增大，有利于原生质体与外界进行物质交换。

胞间连丝发达，核多样，细胞器丰富（1.5分）。

B部位：出现于溶质短途密集运输的部位，如小叶脉、节和花序节部、分泌结构、子叶、胚乳、胚柄、中央细胞和反足细胞、珠被绒毡层和伴胞等（1.5分）。

C.功能：一种特化的薄壁细胞，具有高效的传递和运输能力（1分）。

2．植物细胞的编程性死亡：A指在一定生理和病理条件下，细胞遵循自身的程序，主动结束生命的过程，属正常的生理性死亡（1.5分）。

B细胞表现为染色质降解，核DNA形成寡聚小体片段，细胞质浓缩，内质网成泡状，具自溶作用，主动耗能（1.5分）。

C根毛死亡，管状分子死亡，大孢子退化，叶的衰老等都属于编程性死亡。

它以与有丝分裂相反的方式来调节细胞群的相对平衡，是长期演化的结果（1分）。

3．细胞编程性死亡：A指在一定的生理和病理条件下，细胞遵循自身的程序，主动结束生命的过程，属正常的生理性死亡（1分）。

B细胞表现为染色质降解，核DNA形成寡聚小体片段，细胞质浓缩，内质网成泡状，具自溶作用，主动耗能（2分）。

C根毛死亡，管状分子死亡，大孢子退化，叶的衰老等都属于编程性死亡。

它以与有丝分裂相反的方式来调节细胞群的相对平衡，是长期演化的结果（1分）3．外胚乳：A 种子在形成和发育过程中，胚珠的珠心、珠被组织不被完全吸收而消失，有部分残留，构成外胚乳（1.5分）。

B 外胚乳是补充胚乳的一种附属贮藏组织，是演化位置较高的次生性状（1.5分）。

C 外胚乳可以与胚乳并存，如芡的种子等（1分）。

4．双受精：A 被子植物的花粉管进入胚囊后，释放两个精子，一个与卵细胞结合成合子（或受精卵），另一个与极核结合形成受精极核的过程（1.5分）。

B意义：双受精是被子植物特有的生殖现象，它使2个单倍体的雌雄配子融合在一起，恢复了亲本原有的二倍体染色体数目，具有父母双亲的遗传特性，加强了后代个体的生活力和适应性（1.5分）。

试卷编号NO：高等函授教育《植物组织培养》试题学号：姓名：一名词解释：（10*2分=20分）1、植物细胞组织培养2、细胞全能性3、脱分化4、外植体5、试管苗驯化6、间接不定芽发生7、双极性8、微体嫁接9、人工种子10、体细胞无性系变异二填空：（30*1分=30分）1、目前植物组织培养应用最广泛的方面是和。

2、由脱分化的细胞再分化出完整植株有两种途径，一种叫做，另一种叫做。

3、培养用具的常用灭菌方法有、、。

4、某些生长调节物质及抗生素、酶类物质遇热不稳定，对其灭菌时不能进行，而要进行。

5、一般来说，黑暗条件下有利于的增殖，而往往需要一定的光照。

6、植物离体授粉技术通常包括、、三个方面。

7、一般液体培养的继代时间较短，继代一次；而固体培养继代时间可以长些，继代一次。

8、外植体器官发生的三种途径包括、、。

9、从再生植株倍性来看，小孢子培养通常产生植株，胚培养通常产生植株，通常产生三倍体植株。

10、脱毒苗鉴定与检测的主要方法有、、、。

11、在生长素中，对于许多作物花粉的启动、分裂、形成愈伤组织和胚状体起着决定性作用，但是对却有抑制作用。

12、用平板培养法培养单细胞或原生质体时，常用来衡量细胞培养效果。

13、用药剂处理是诱导染色体加倍的传统方法。

三计算题（1*10分=10分）某培养基的配方是MS＋BA 2.0mg/L＋NAA 0.5mg/L＋2.5%蔗糖＋0.7％琼脂粉。

MS母液的浓度分别是：大量元素２０倍，微量元素500倍，铁盐100倍，有机物５０倍；BA母液浓度1.0 mg/ml ，NAA母液浓度0.1mg/ml。

要配制400ml 该培养基，需要吸取各种母液各多少ml？分别称取蔗糖、琼脂粉各多少克？（要求写出计算步骤）四简答题（5*5分=25分）1、造成组织培养过程中发生污染的原因有哪些？如何有效控制污染？2、简述外植体消毒的一般步骤。

3、胚培养在科学研究及生产实践中有哪些应用？4、结合花粉培养，简述看护培养法。