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神奇的基因工程
1.5.3 植物“试管婴儿”

植物“试管婴儿”

提起“试管婴儿”,人们想到的就是试管受精,这在动物和人上都有大量成功的事例,可植物的“试管婴儿”是什么呢?其实就是“人工种子”。

“春种一粒粟,秋收万颗籽。”自古以来,人们播种习惯上都用天然种子。可是,种子不仅繁殖周期长,而且常常因减数分裂引起遗传重组,使植物的优良性状不稳定,出现品种退化、品质变劣等现象。另外,有一些植物的种子还十分难得。

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。在植物细胞工程技术的基础上,1978年,美国植物学家穆拉希格又提出了一个新的想法,用试管培养出来的芽或胚状体(一种类似于自然种子的胚,有根和芽的结构),包以胶囊,使之保持种子的机能以代替自然种子而用于田间播种的“人工种子”模式。

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人工种子

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人工种子模式

人工种子,又称合成种子或体细胞种子,是将植物立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,再适宜的条件下发芽出苗。人工种子的概念首先是1978年由Murashige在第四届国际植物组织细胞培养大会上提出的。他认为随着组织培养技术的不断发展,可以用少量的外植体同步培养出众多的胚状体,这些胚状体被包埋在某种胶囊内使其具有种子的功能,可以直接用于田间播种。

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人工种子培育的番茄

日本学者Kamada 1985年首先将人工种子的概念延伸,认为使用适当的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体均为人工种子。

中国科学家陈正华等将人工种子的概念进一步扩展为:任何一种繁殖体,无论是涂膜胶囊中包埋的,裸露的或经过干燥的,只要能够发育成完整植株的均可称之为人工种子。

人工种子充分利用了快繁技术的优势,又吸收了对植物生长发育和农业生物技术研究的先进成果。具有以下优点:(1)繁殖速度快。人工种子中的体细胞胚是通过组织培养法生产的,故能以很快的速度繁殖生产体细胞胚。人工种子的包裹层是通过化学方法生产的,不存在生物生产的任何限制;(2)可望获得整齐一致的植物苗,有利于农业生产的规范化、标准化和机械化管理,不存在任何遗传变异问题;(3)缩短育种周期、加速良种繁育速度;(4)具备天然种子不具备的功能,具有特殊价值;(5)便于贮藏和运输,适合机械化播种。

但是目前人工种子的研究才刚刚起步,距离实际应用还有不小的距离。尽管科学家们在实验室中已获得了包括芹菜、莴苣、胡萝卜、花椰菜、水稻和橡胶在内的10余种植物的人工种子,但许多植物还不能成功地诱导出高质量的胚状体来。此外,现有的人工种皮和人工胚乳也不够理想,尤其是不能有效抵御微生物的侵袭。人工种子的贮藏特性也有待于进一步改善。

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人工种子培养箱