体细胞胚胎发生和人工种子 PPT课件

（一）体细胞胚状体的概念及其特点
1、定义：
离体培养下没有经过受精过程，但经过了胚胎发育过 程所形成的体细胞胚或胚状体。
2、体细胞胚的结构与发育特点：
（1）与器官发生形成个体的途径相比： （2）与合子胚相比
2、体细胞胚的结构与发育特点
第五章 愈伤组织的培养
第一节 愈伤组织的诱导和分化 第二节 愈伤组织中的形态发生 第三节 人工种子
教学目的：
掌握愈伤组织诱导与形态发生的基本知识， 熟悉人工种子的制作技术，了解愈伤组织的 增殖方式及其状态的调控技术。
教学重点：
1、愈伤组织的诱导； 2、愈伤组织器官的形成； 3、体细胞胚胎发生； 4、人工种子。
①体细胞胚人工种子； ②非体细胞胚人工种子。
三、人工种子的优点：
①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；
②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；
③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；
2、人工种子概念的发展：
（1）早期的人工种子：仅仅局限于由人工种皮包被 的体细胞。
体细胞人工种子的局限性：使其应用受限
• ①体细胞诱导在植物种类上的局限性； • ②体细胞胚在群体上的变异； • ③木本植物经过胚途径繁殖其幼年期较长等问题。
（2）人工种子概念的延伸（日本）：
认为使用适当方法包埋组织培养所获得的具有发育成 完整植株的分生组织（芽、愈伤组织、胚状体和生长 点等）、可取代天然种子播种的颗粒均为人工种子。
②成簇成团的体积小而细胞质致密的细胞，这类细胞具有成 胚能力，因而，把这类细胞团又称为胚性细胞团。

人工种子的研究进展
人工种子的概念
植物人工种子 的概念最早1978 年由Mrashige提 出，是指将植物 离体培养中产生 的体细胞胚、不 定芽、顶芽、腋 芽等繁殖体包裹 在能提供养分的 胶囊和具有保护 功能的外膜内， 形成类似于天然 植物种子的结构， 在适宜条件下能 萌发生长成完整 植株。
人工种子的结构
人工种子要真正进入商业市场 并与自然种子竞争，必须降低生产 成本。由于人工种子是由组织培养 产生的，需要一定时间才能很好地 适应外界环境，因此人工种子在播 种到长成自养植株之前的管理也非 常重要，在推广之前必须经过农业 试验，并对栽培技术及农艺性状进 行研究。
人工种子的应用前景
• 人工种子作为一种可替代天然种子的人造 体，可直接播种于田间。在作物遗传育种、 良种繁育和栽培等方面起到巨大的推进作 用，由此产生的“ 种子革命” 将造福于整 个人类。 • 人工种子的研究范围从过去的模式植物转 向石斛、半夏等具有重要经济价值的粮食 作物 、观赏植物和药用植物，大大增加了 它的应用价值与商业价值，将推动经济的 发展。
• 完整的人工种子包括:繁殖体（胚状体）﹑人工胚 乳﹑人工种皮
人工种子的制作过程
• 人工种子的制作过程：大致包括体细胞胚的同步 化控制﹑胚状体的包埋﹑人工种子的储藏及萌发 检测
人工种子的研究进展
20多 年来、已 有几十个 国家的科 研人员从 事着这方 面的研究。
人工种子的研究进展
欧洲把它列入“ 尤里卡” 计 划，美国 P u r d u e 大学的 K i t t o和J a n I d e 在 1985 年以胡萝 胚状体为包裹材料首次制造出小圆 片状的人工种子 ，几乎是同期Re d e n b a u g h 与1986年首次使 用海藻酸钠为介质包裹单的胚状体 制成圆球形的人工种子 。

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（二）、局限性
1、一些具有重要性状的植物目前发生体细胞胚的能力较弱， 再生系统尚不健全，难以形成有活力的胚并同步化发育。
2、制作的人工种子成本远高于自然种子，无竞争力。
3、人工种子的贮藏、运输以及机械化播种等问题尚未解决 。
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第29页，此课件共3凝胶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 将碳水化合物和大量元素包裹在微型胶囊内，然 后再把微型胶囊和种胚一起包裹在海藻酸钠中。
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2、植物组织培养的应用：
现在已有胡萝卜、芹菜、柑橘、咖啡、棉花、玉米、水 稻、橡胶等几十种植物的人工种子试种成功，但由于成本 较高，中国尚未应用于生产。
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二、愈伤组织器官的发生
• 不定芽方式
• 胚状体形成的方式
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• 不定芽方式（adventitious bud type）是指
愈伤组织培养物，通过形成不定芽再生成 植株。这是愈伤组织中常见的器官发生方 式。
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• 愈伤组织通过不定芽方式再分化形成再生植株的方式主 要有四种：
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人工种皮需要满足的条件：
• 1、具有一定的透气性，不能影响胚状体的呼吸；
• 2、具有一定的硬度，经得起种子储存和运输中的挤 压和机械播种中的磨损；
• 3、易于降解；
• 4、含有其他有利于胚状体存活、生长的成分。
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B. 体细胞胚包裹的材料：
• 凝胶 • 可以使人工种皮具有柔软性，不仅适于胚

第一节 人工种子的概念
• 一. 基本概念
• 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
• 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。
• 1986年Redenbaugh等成功地利用藻酸钠包埋 单个体细胞胚，生产人工种子。 • 胡萝卜、棉花、玉米、甘蓝、莴苣、苜蓿等人工 种子制作获得成功。
• 目前已有许多国家的植物基因公司和大学实验室 从事这方面研究。欧共体将人工种子的研制列人 “尤里卡”计划，我国也于1987年将其列入国家 高新技术研究与发展计划(863计划)。经过20多 年的努力，人工种子研究已取得了很大进展。
茶树
体细 胞胚
不定 芽 体细 胞胚 不定 芽, 4%
0.5-1.0
1.0
0.5
GA(0.3), IAA(0.3-0.5) IAA(0.3) 1.0
Step II, 30
MS, 2-3%
1.0
0.5
25 Step I, 25
MS, 2-3% MS, 3% 1.0
1.0 0.2
表7.3 部分植物繁殖体诱导培养条件
植物 种类
繁殖 体类 型 体细 胞胚 微芽 体细 胞胚 桉树 微芽 培养程序 及培养天 数
Step I, 21
培养基 及蔗糖 浓度
MS, 3%
激素浓度（mg./L）
2,4-D 2.0 NAA 1.0 Zeatin 1.0 BA Kin
其它成分 (mg/L)

2 间接途径
间接体细胞胚胎发生中，外植体已分化的细胞先脱分化， 并对其发育命运重决定而诱导出胚性细胞――诱导胚胎决定 细胞（IEDCs），进而形成体细胞胚。
-
1 茎尖培 养诱导形 成胚性愈 伤组织
MS培养 基附加 2.0mg/L 2,4-D
2 胚性 愈伤组 织悬浮 培养增 殖
MS培养 基附加 2.0mg/ L 2,4-D
多 核明显，大，核仁
多
白色 粗糙 松散，水渍状 极少或无 管状或不规则形 稀薄，染色浅 少 核小，核仁少，或 无核
植物体细胞胚胎发生和诱导器官发生相 比具有明显的特点：
1、具有两极性 2、存在生理隔离 3、重演受精卵形态发生的特性
二 、体细胞胚胎发生的方式
**植物组织培养过程中植物体细胞胚胎途径可归纳 为两类：直接途径和间接途径。 **直接途径是直接从原外植体不经愈伤组织阶段发 育而成 **间接方式是体胚从愈伤组织或悬浮细胞、有时也 从已形成的体胚的一组细胞中发育而成，如香雪兰 （Freesia refracta）花序外植体经直接体细胞胚胎发生 途径形成再生植株。
林木植物胞胚胎及人工种子
森环森保所 韩素英 2012.10
-
体细胞胚及人工种子
第一节 体细胞胚的概念及其发生途径
体细胞胚胎发生的意义 体细胞胚胎发生的概念 体细胞胚胎发生的方式 体细胞胚胎的起源 体细胞向胚性转变的制机 体细胞胚胎发育成植株的能力 影响体细胞胚胎发生的因素 举例：落叶松体细胞胚胎发生
3 由细
4 体细
胞集合
胞胚萌
体形成
发并形
体细胞
成小植
胚
株
MS培养 基附加
2.0mg/ L 2,4-D
MS培 养基附 加

Lipid transfer PR-protein Heat-shock
心形胚
心形胚 原胚、球形胚、心形胚 球形胚、心形胚 原胚 原胚 原胚 原胚 球形胚、心形胚、鱼雷胚 球形胚、心形胚 胚性细胞、原胚 球形胚 原胚、球形胚、心形胚、鱼 雷胚 胚性细胞、球形胚、心形胚 胚性细胞、球形胚、心形胚 、鱼雷胚、小植株 球形胚、心形胚
第七章 植物体细胞胚胎发生
本章主要内容
体细胞胚胎的概念、特点和意义 影响体细胞胚发生的因素 体细胞胚胎发生的生物学 人工种子
一、体细胞胚胎的概念、特点和意义
概念
离体培养下没有经过受精过程，但经过胚 胎发生和胚胎发育过程所形成的类胚结构，称 为胚状体（embryoid）或体细胞胚（somatic embryo）。
饥饿；有丝分裂阻止
2、人工种子包埋
包埋材料： 海藻酸钠、明胶、果胶酸钠、琼脂、树胶
包埋方法： 液胶包埋法；干燥包埋法；水凝胶法
人工胚乳研制
木薯淀粉与海藻酸钠混合胚乳是目前比较理想 的材料，还可以在胚乳中加入激素（GA3等）、 缓释物（活性炭等）、固化剂（CaCl2等）、抗生 素、其他混合物等制作全能性人工胚乳。
人工种皮研制
壳聚糖、El-vax-4260（10％环己烷）等
三、人工种子转换实验
转换指人工种子在一定条件下，萌发、生长、 形成完整植株的过程。可以分为无菌条件下的转 换和土壤条件下的转换。
2、培养基的影响
碳源
碳水化合物的种类和浓度可以影响体细胞胚的生长 发育，蔗糖是体胚发生最有效的还原碳源。但在一些 试验中，某些糖的培养效果优于蔗糖。还可添加半乳 糖、可溶性淀粉等促进体胚的生长发育。
糖类还可作渗透调节剂对体胚发育或成熟起作用。

器官发生
• 概念：离体培养的组织、细胞在诱导 条件下经分裂和增殖再分化形成不定 根和不定芽等器官的过程。
• 发生方式：
– 直接发生：（具有初生分生能力的）外 植体直接分化成器官的过程。如落地生 根.
2023/12/31
– 间接发生：外植体（已分化的成熟组织 ）经脱分化形成愈伤组织再分化形成器 官的过程。
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组织的分化与器官建成
• 维管组织的分化
• 早期研究发现（Wetmore，1955），丁香的芽可 以诱导邻近的组织分化出维管束，后证明这是芽中 IAA的作用。将一块含有14C-IAA和蔗糖的琼胶楔 形物插入到愈伤组织切口中，14C-IAA表明蔗糖和 IAA通过琼胶扩散到愈伤组织，从而在愈伤组织中 造成这两种物质的梯度，在楔形物一颇有同感形成 维管束的瘤状物，瘤状物含有一形成层带，一面形 成韧皮部，一面形成木质部，与正常的维管束有类 似的排列。增加IAA的浓度，导致木质部形成，增 加蔗糖浓度则导致韧皮部形成。生长素水平恒定时 ，2%蔗糖则全部分化出木质部，4%蔗糖几乎全部 分化出韧皮部，3%蔗糖则可以分化出二者。所以， 生长素和蔗糖浓度决定愈伤组织中维管束的类型与
第七章 器官发生与体细胞胚胎发生
植物细胞全能性实现的过程: 外植体脱分化
愈伤组织
再分化
不定芽
胚状体
丛芽
生根
发育成完整的植株
发育成完整的植株
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• 脱分化:成熟细胞转变成分生状态并 形成愈伤组织的过程.
• 再分化:由分生状态的愈伤组织或外 植体分化出各种器官的过程.
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影响体细胞胚胎发生的因素

45、法律的制定是为了保证每一个人 自由发 挥自己 的才能 ，而不 是为了 束缚他 的才能 。—— 罗伯 事 常成 于困约 ，而败 于奢靡 。——陆 游 52、 生 命 不 等 于是呼 吸，生 命是活 动。——卢 梭
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41、实际上，我们想要的不是针对犯 罪的法 律，而 是针对 疯狂的 法律。 ——马 克·吐温 42、法律的力量应当跟随着公民，就 像影子 跟随着 身体一 样。— —贝卡 利亚 43、法律和制度必须跟上人类思想进 步。— —杰弗 逊 44、人类受制于法律，法律受制于情 理。— —托·富 勒
53、 伟 大 的 事 业，需 要决心 ，能力 ，组织 和责任 感。 ——易 卜 生 54、 唯 书 籍 不 朽。——乔 特
55、 为 中 华 之 崛起而 读书。 ——周 恩来

淡黄 光滑 坚硬但易碎 大量 小，圆球形 浓厚，染色深
多
核明显，大，核仁 多
白色 粗糙 松散，水渍状 极少或无 管状或不规则形 稀薄，染色浅 少
核小，核仁少，或 无核
胚性细胞团特征：成簇、成团，体积小，细胞质致密
三、体细胞胚的来源
**体细胞胚胎发生途径有直接途径和间接途径，但无论哪一 种发生途径，绝大多数研讨报道以为体细胞胚胎来源于单细 胞,从多种植物中都察看到单个胚性细胞，有不均等分裂的二 细胞原胚和均等分裂的二细胞原胚、多细胞原胚、球形胚直 到成熟胚。也有研讨以为来源于多细胞。
〔引自Miguel等，2019〕
2、植物激素与体细胞胚发生
**离体植物细胞在开场往往缺乏合成生长素和细 胞分裂素的才干，但是在大多数情况下，这些细 胞的分裂和分化以及形状建成过程中又必需生长 素和细胞分裂素两种激素的共同作用。
**在培育介质中添加不同种类或不同浓度的外源 激素诱导形状发生已遭到广泛的注重。
五、体细胞胚发育成植株的才干
1 体细胞胚发育成植株的才干
**普通来说胚胎一旦被分化出来或甚至完成诱导之后转移 到根本培育基上即可发育成熟，并可构成小植株。
**如陈东方等〔1986〕对棒头草幼穗培育的研讨阐明，体 细胞胚构成之后，可以在原来培育基上或MS无任何附加成 分的培育基上以及1/2MS加IAA或NAA 0.5mg/L和6-BA 0.5mg/L培育基上萌生构成小植株。
1 直接途径 直接发生体胚的来源细胞可以是外植体表皮、亚表皮、幼
胚、悬浮培育的细胞和原生质体。 普通以为直接方式发生体胚是由原先就存在于外植体中的胚 性细胞――预胚胎决议细胞〔PEDCs〕培育后直接进入胚胎发 生而构成体胚，如柑桔属的珠心组织〔在体内或离体情况〕 经过预胚胎决议细胞直接进展体胚发生的最好例子.

4）由花药花粉培养产生的单倍体胚状体，如曼陀罗、烟草、青椒等；
5）源于原生质体的胚状体，如玉米、黄瓜。
体细胞胚胎发生的同步控制
在培养中体细胞胚胎的发生一般是不同步的。控制胚状体的同步发育是人工种子的重要条件。
现在常用以下几种方法对体细胞胚的发生进行同步控制。
1）同步脱分化促进细胞的同步分裂 细胞培养初期加入DNA合成抑制剂（如五氨基脲嘧啶），使细胞DNA合成暂时停止。一旦除去DNA抑制剂，细胞开始进入同步分裂。
凝胶囊中直接加入大量元素、碳水化合物及防病用抗生素。
2）微型包裹法
首先将碳水化合物和大量元素包裹在微型胶囊内，然后再把微型胶囊和种胚一起包裹在褐藻酸钙（人工种子）中。目的是使人工胚乳的营养成分在人工种子内缓慢地释放，提高种子的存活时间。
2、人工种子的研究现状
人工种子具备了组培试管苗的全部优点，具有巨大的应用潜力：
1、愈伤组织的诱导
愈伤组织的形成大致要经过起动期、分裂期和形成期三个阶段。
1）起动期 当外植体已分化的活细胞在外源植物生长物质的作用下，通过脱分化起动而进入分裂时期，进而形成愈伤组织。此期的细胞大小无明显变化，胞内RNA含量迅速明显增加，细胞核变大。
2）分裂期 是指细胞通过一分为二的方式不断增生子细胞的过程。外植体的细胞一旦经过诱导，其外层细胞开始细胞分裂，使细胞脱分化。此期细胞分裂快、结构疏松、缺少组织结构。
图15.3 人工种子的结构
1 、人工种子的制备
A、体细胞胚的制备
体细胞胚的发生方式
体细胞胚胎（胚状体）可由表皮细胞、愈伤组织、悬浮细胞、花粉、原生质体等发生：
1） 来源于外植体的表皮细胞，如石龙芮、刺五加、芹菜等；
2） 来源于愈伤组织细胞，如玉米、西洋参桃等；