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第六章 人工种子的研制 第一节 人工种子概述 一、人工种子的概念及发展 Murashige（1978）首次提出人工种子（artificial seed）的概念。最初人工种子是指人工种皮（胶囊）包裹单个发育良好的体细胞胚胎（即具有发育成完整植株的能力），适量的人工胚乳及其它成分，使之像种子一样，可以在田间播种萌发。Kitto等（1981）首次用聚氧乙烯包裹胡萝卜胚状体制成人工种子。自Bapat等（1987）首次报道桑树对腋芽包裹、贮藏和萌发以来，人工包裹的繁殖体不一定局限于体细胞胚胎，可以是顶芽、腋芽、带有顶芽或腋芽的微切段、小鳞茎、原球茎、不定芽、花粉胚、小植株等，也可以是未完全分化的拟分生组织、细胞团或愈伤组织等，人工种子的概念已较为宽泛，如以腋芽为材料的作物有烟草、花叶芋、蕹菜、桑树、姜、香蕉、甘薯等。Kamada（1985）就将用人工种膜胶囊包裹能发育成植株的一个培养物、组织块或器官都称为人工种子。以芽等类体胚材料制成的人工种子变异程度低、萌芽率及成苗高，尤其是对于一些木本植物难以获得数量多、质量高的体细胞胚胎，因而具有更大的优越性。人工种子又称为合成种子（synthetic seed）、人造种子（man-made seed）、无性种子或体细胞种子（asexual seed或somatic seed）等。 从人工种子的包裹方法、包裹内容及播种方法角度，人工种子分为广义和狭义两种。.狭义的人工种子是指将组织培养中产生的胚状体包裹在含有养分和有保护功能的物质中，能在一定条件下发芽成苗的颗粒体。广义的人工种子研制包括以下几种情况：（1）经或不经干燥处理，不经包裹成球状结构而直接播种的体细胞胚。Gray（1987）报道将鸭茅的体细胞胚干燥，使其水分含量为13%，可播种萌发。（2）用聚氧乙烯等多聚物将多个体细胞胚胎包裹成的饼状物。如Kitto和Janick（1982）用聚氧乙烯包裹胡萝卜胚性悬浮物（包含细胞、细胞团、愈伤组织块及成熟胚状体），有3%包裹的干燥体细胞胚存活。（3）将体细胞胚胎混在胶中，用流质播种法直接播种。如Baker（1985）将胡萝卜体细胞胚与蔗糖、激素及流体胶混合播种。（4）用凝胶包裹顶芽、腋芽或小球（体）茎制成球形人工种子。Redenbaugh等（1986）用海藻酸钠水凝胶法包裹苜蓿单个体细胞胚，播种于温室，成株率可达20%。 典型的人工种子由人工种皮、人工胚乳和胚状体（或芽）三部分组成（图6.1）。最外层为人工种皮，要求质地柔软，能保护内部的体细胞胚胎，使人工种子能经得起生产、贮存、运输和种植过程中的机械碰撞，并且不能对胚胎有毒害作用。中间为人工胚乳，人工胚乳应含有营养物质、生长调节物质（加植物激素），以及其他发芽和植物初期生长所需的成分，人工胚乳应能控制营养成分逐渐释放。还可在人工胚乳中加入一些促进生长的微生物、农药、抗生素等，使体细胞胚胎能在不灭菌的土壤中萌发和健康生长。最内侧为体细胞胚或芽，体细胞胚应发育正常，表型一致。人工种子应易于播种，使种植者容易接受等。 图6.1 人工种子及其萌发。左图为人工种子示意图（Redenbaugh，1990），中图为用海藻糖包裹胚状体制成的芹菜人工种子，右图为水稻人工种子的发芽 二、人工种子的研制的意义 （一）繁殖产生人工种子速度快、数量多、效率高。例如用液体培养基方法在1升培养基中可产生10万个体细胞胚胎，而在一个体积为12升的发酵罐中，20多天内生产的胡萝卜体细胞胚可制成1000万粒人工种子。与微繁殖一样，它不受季节气候和空间的限制，可全年进行，具有占空间小，快速、高效等优点。 （二）与微繁殖一样，人工种子属无性繁殖，不存在基因型和表现型的分离，非常适于固定和繁殖杂种（尤其是需三系配套生产的杂种一代）及雄性不育系、优良单株、突变体及遗传工程筛选出的优良基因型等。另外，对一些珍稀名贵品种或经济价值较高的品种、不能产生种子、种子发育不全、或自然条件萌发率极低的植物，以及存在较长的幼年期（或童期）的木本树种等也具有重要的应用前景。 （三）人工种子内可以加入农药、菌肥或有益微生物及激素等，改善和调节植物的抗逆能力和生长发育。 （四）利用体细胞胚胎发生途径可进行基因转移，因此人工种子可作为遗传工程的受体或向生产实践应用的桥梁。 （五）与试管快繁相比，人工种子操作方便，便于运输、贮存及机械化作业，节省劳动力和生产成本。这对快繁苗木及人工造林等方面具有很大的应用优势。 第二节 人工种子生产的程序和技术 一、人工种子生产的程序和技术 人工种子生产的程序和技术如图6.2。其关键技术包括植物大规模体细胞胚胎发生、体细胞胚胎生长发育的同步化、体细胞胚胎的成熟、单个体细胞胚胎的分离、体细胞胚的包裹及人工胚乳研制、人工种子的贮藏和转换等几个重要环节。 图6.2 人工种