体细胞胚胎发生和人工种子优秀课件.ppt

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1、体细胞胚胎发生和人工种子第1页，本讲稿共39页教学目的和要求教学目的和要求掌握愈伤组织的发生方式；掌握愈伤组织的发生方式；掌握人工种子的定义；掌握人工种子的定义；掌握人工种子的制备。掌握人工种子的制备。第2页，本讲稿共39页第一节第一节 愈伤组织和体细愈伤组织和体细 胞胚胎发生胞胚胎发生第3页，本讲稿共39页体细胞体细胞 胚胚 胎发生胎发生(Somatic embryogenesis)是指是指单倍或双倍的体细胞或单个花粉在特定的条件单倍或双倍的体细胞或单个花粉在特定的条件下，未经性细胞融合而通过与合子胚胎发生类下，未经性细胞融合而通过与合子胚胎发生类似的途径，即通过原胚期、球形胚期、心形胚似的

2、途径，即通过原胚期、球形胚期、心形胚期、鱼雷形胚期和子叶期，发育成新个体的形期、鱼雷形胚期和子叶期，发育成新个体的形态发生过程，这种类合子胚结构称胚状体或体态发生过程，这种类合子胚结构称胚状体或体细胞胚细胞胚(Somatic embryo).第4页，本讲稿共39页 1.1.1.1.非胚性愈伤组织非胚性愈伤组织非胚性愈伤组织非胚性愈伤组织的悬浮细胞的悬浮细胞的悬浮细胞的悬浮细胞 2.2.2.2.胚性愈伤组织的胚性愈伤组织的胚性愈伤组织的胚性愈伤组织的悬浮细胞悬浮细胞悬浮细胞悬浮细胞 3.3.3.3.球形胚球形胚球形胚球形胚 4.4.4.4.心形胚心形胚心形胚心形胚 5.5.5.5.鱼雷胚鱼雷胚鱼

3、雷胚鱼雷胚 6.6.6.6.子叶胚子叶胚子叶胚子叶胚 7.7.7.7.愈伤组织表面具愈伤组织表面具愈伤组织表面具愈伤组织表面具早期体细胞胚早期体细胞胚早期体细胞胚早期体细胞胚 第5页，本讲稿共39页愈伤组织（愈伤组织（callus）指从外植体的内部）指从外植体的内部或切口表面形成的一团没有分化的均一或切口表面形成的一团没有分化的均一一致、无序生长的薄壁细胞团。这种组一致、无序生长的薄壁细胞团。这种组织具有再分化的能力。织具有再分化的能力。第6页，本讲稿共39页一、愈伤组织的诱导一、愈伤组织的诱导起动期起动期分裂期分裂期形成期形成期第7页，本讲稿共39页起动期起动期:植物准备分裂的时期；植物准备

4、分裂的时期；特征：细胞大小无明显变化；特征：细胞大小无明显变化；RNARNA含量迅含量迅速明显增加；细胞核变大。速明显增加；细胞核变大。第8页，本讲稿共39页分裂期：细胞通过一分为二的方式不断分裂期：细胞通过一分为二的方式不断增生子细胞的过程。增生子细胞的过程。特征：细胞分裂快、结构疏松、缺少组特征：细胞分裂快、结构疏松、缺少组织结构织结构第9页，本讲稿共39页 形成期：外植体细胞经过诱导、分裂形成了无序的形成期：外植体细胞经过诱导、分裂形成了无序的形成期：外植体细胞经过诱导、分裂形成了无序的形成期：外植体细胞经过诱导、分裂形成了无序的愈伤组织的时期。愈伤组织的时期。愈伤组织的时期。愈伤组织的

5、时期。细胞特点：细胞大而不规则、高度液泡化、无次生细细胞特点：细胞大而不规则、高度液泡化、无次生细细胞特点：细胞大而不规则、高度液泡化、无次生细细胞特点：细胞大而不规则、高度液泡化、无次生细胞壁和胞间连丝，整个组织结构比较松散；表面以下胞壁和胞间连丝，整个组织结构比较松散；表面以下胞壁和胞间连丝，整个组织结构比较松散；表面以下胞壁和胞间连丝，整个组织结构比较松散；表面以下5 51010个细胞是细胞生长的中心，分生中心的细胞明显小个细胞是细胞生长的中心，分生中心的细胞明显小个细胞是细胞生长的中心，分生中心的细胞明显小个细胞是细胞生长的中心，分生中心的细胞明显小些，出现了胞间连丝和果胶质，这些中心

6、是愈伤组织的主些，出现了胞间连丝和果胶质，这些中心是愈伤组织的主些，出现了胞间连丝和果胶质，这些中心是愈伤组织的主些，出现了胞间连丝和果胶质，这些中心是愈伤组织的主要生长部位。随着愈伤组织表层细胞分裂的减缓和停止，要生长部位。随着愈伤组织表层细胞分裂的减缓和停止，要生长部位。随着愈伤组织表层细胞分裂的减缓和停止，要生长部位。随着愈伤组织表层细胞分裂的减缓和停止，内部深处的生长中心细胞不断分裂并形成像维管束或类似内部深处的生长中心细胞不断分裂并形成像维管束或类似内部深处的生长中心细胞不断分裂并形成像维管束或类似内部深处的生长中心细胞不断分裂并形成像维管束或类似分生组织的鸟巢状结构。分生组织的鸟巢

7、状结构。分生组织的鸟巢状结构。分生组织的鸟巢状结构。第10页，本讲稿共39页二、愈伤组织器官的发生二、愈伤组织器官的发生不定芽方式不定芽方式胚状体形成的方式胚状体形成的方式第11页，本讲稿共39页不定芽方式（不定芽方式（adventitious bud type）是）是指愈伤组织培养物，通过形成不定芽再指愈伤组织培养物，通过形成不定芽再生成植株。这是愈伤组织中常见的器官生成植株。这是愈伤组织中常见的器官发生方式。发生方式。第12页，本讲稿共39页 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愈伤组织通过不定芽方式再分化形成再生植株的方式主

8、要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：有四种：有四种：有四种：1 1、在愈伤组织上分别形成根或芽器官，即形成无根的芽或无、在愈伤组织上分别形成根或芽器官，即形成无根的芽或无、在愈伤组织上分别形成根或芽器官，即形成无根的芽或无、在愈伤组织上分别形成根或芽器官，即形成无根的芽或无芽的根；芽的根；芽的根；芽的根；2 2、在愈伤组织上先产生芽，待芽伸长后再在其茎的基部长、在愈伤组织上先产生芽，待芽伸长后再在其茎的基部长、在愈伤组织上先产生芽，待芽伸长后再在其茎的基部长、在愈伤组织上先产生芽，待芽伸长后再在其茎的基部长出根而形成小植株，多数植物属于此种方式；出根而形成小植株，多数植

9、物属于此种方式；出根而形成小植株，多数植物属于此种方式；出根而形成小植株，多数植物属于此种方式；3 3、在愈伤组织上先产生根，再从根基部分化出芽而形成小植、在愈伤组织上先产生根，再从根基部分化出芽而形成小植、在愈伤组织上先产生根，再从根基部分化出芽而形成小植、在愈伤组织上先产生根，再从根基部分化出芽而形成小植株，双子叶植物多属此种情况；株，双子叶植物多属此种情况；株，双子叶植物多属此种情况；株，双子叶植物多属此种情况；4 4、先在愈伤组织的不同部位分别形成根和芽，然后两者、先在愈伤组织的不同部位分别形成根和芽，然后两者、先在愈伤组织的不同部位分别形成根和芽，然后两者、先在愈伤组织的不同部位分别

10、形成根和芽，然后两者结合起来形成一株小植株，只有根和芽的维管束是相通的结合起来形成一株小植株，只有根和芽的维管束是相通的结合起来形成一株小植株，只有根和芽的维管束是相通的结合起来形成一株小植株，只有根和芽的维管束是相通的才能得到成活的植株。才能得到成活的植株。才能得到成活的植株。才能得到成活的植株。第13页，本讲稿共39页胚状体形成（胚状体形成（embryoid formationembryoid formation）是）是指从培养的组织或细胞中直接或间接形指从培养的组织或细胞中直接或间接形成胚胎的生长方式。成胚胎的生长方式。直接形成胚胎是指在外植体上直接分化直接形成胚胎是指在外植体上直接分化

11、出胚状体；出胚状体；间接形成胚胎是指在外植体上先分化出间接形成胚胎是指在外植体上先分化出胚性愈伤组织，然后由胚性愈伤组织再胚性愈伤组织，然后由胚性愈伤组织再分化形成胚状体分化形成胚状体第14页，本讲稿共39页第15页，本讲稿共39页第二节第二节 人工种子人工种子一、人工种子的定义一、人工种子的定义人工种子人工种子(artificial seed)：是指通过植物组织培养的方法产：是指通过植物组织培养的方法产生的体细胞胚包埋在含有营养成分和保护功能的物质中，在生的体细胞胚包埋在含有营养成分和保护功能的物质中，在适宜条件下可以发芽成苗的植物幼体。适宜条件下可以发芽成苗的植物幼体。Murashige1

12、978年首次提出人工种子的概念，利用植物组织年首次提出人工种子的概念，利用植物组织培养中有体细胞胚胎发生的特点，把胚状体等组织包埋在培养中有体细胞胚胎发生的特点，把胚状体等组织包埋在胶囊内形成球状结构，使其具有种子的机能并可直接播种胶囊内形成球状结构，使其具有种子的机能并可直接播种于田间。于田间。第16页，本讲稿共39页外形上它就象一颗颗乳白色、半透明、圆粒外形上它就象一颗颗乳白色、半透明、圆粒状的石榴果实内的小颗粒。状的石榴果实内的小颗粒。第17页，本讲稿共39页二、人工种子的制备二、人工种子的制备 农业生产中使用的农业生产中使用的天然种子天然种子，一般由种皮、胚乳和胚三部，一般由种皮、胚乳

13、和胚三部分构成。分构成。目前，人工种子的制作程序包括：目前，人工种子的制作程序包括：a a、体细胞胚的诱导及同步化控制、体细胞胚的诱导及同步化控制b b、人造胚乳及人造种皮研制及包埋、人造胚乳及人造种皮研制及包埋c c、人工种子的贮藏及萌发、人工种子的贮藏及萌发important第18页，本讲稿共39页1 1、高质量体细胞胚发生系统的建立、高质量体细胞胚发生系统的建立大量形成高质量的体细胞胚是人工种子制作的前提大量形成高质量的体细胞胚是人工种子制作的前提 二倍性二倍性 胚状体胚状体 单倍性单倍性高质量的体细胞胚：高质量的体细胞胚：体细胞胚具有发育成完整小植株的体细胞胚具有发育成完整小植株的能力

14、，即要求体细胞胚在解剖结构上具有明显的胚根、胚能力，即要求体细胞胚在解剖结构上具有明显的胚根、胚芽的双极性结构。芽的双极性结构。人工种子能否成功的关键。人工种子能否成功的关键。第19页，本讲稿共39页体细胞胚的发生方式：体细胞胚的发生方式：胚状体可由表皮细胞、愈伤组织、悬浮细胞、花胚状体可由表皮细胞、愈伤组织、悬浮细胞、花胚状体可由表皮细胞、愈伤组织、悬浮细胞、花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：粉、原生质体等发生：粉、原生质体等发生：粉、原生质体等发生：1 1、来源于外植体的表皮细胞；、来源于外植体的表皮细胞；、来源于外植体的表皮细胞；、来源于外植体的表皮细胞；2

15、 2、来源于愈伤组织细胞；、来源于愈伤组织细胞；、来源于愈伤组织细胞；、来源于愈伤组织细胞；3 3、悬浮培养中由单细胞来源的胚状体、悬浮培养中由单细胞来源的胚状体、悬浮培养中由单细胞来源的胚状体、悬浮培养中由单细胞来源的胚状体 4 4、由花药花粉培养产生的单倍体胚状体；、由花药花粉培养产生的单倍体胚状体；、由花药花粉培养产生的单倍体胚状体；、由花药花粉培养产生的单倍体胚状体；5 5、来源于原生质体的胚状体。、来源于原生质体的胚状体。、来源于原生质体的胚状体。、来源于原生质体的胚状体。第20页，本讲稿共39页2 2、体细胞胚胎发生的同步化控制、体细胞胚胎发生的同步化控制为得到活力强、萌发率高的人

16、工种子，制作要求胚状体的形态上为得到活力强、萌发率高的人工种子，制作要求胚状体的形态上大小一致、发育进程相似。因此，对体细胞胚发生要进行同步化大小一致、发育进程相似。因此，对体细胞胚发生要进行同步化控制和纯化筛选。控制和纯化筛选。控制胚状体的同步发育是人工种子的重要条控制胚状体的同步发育是人工种子的重要条件。件。A A：化学抑制法同步脱分化促进细胞的同步分裂：化学抑制法同步脱分化促进细胞的同步分裂在细胞培养初期加入在细胞培养初期加入DNADNA合成的抑制剂，使细胞合成的抑制剂，使细胞DNADNA合成暂时停合成暂时停止，除去抑制剂后，细胞同步分裂。止，除去抑制剂后，细胞同步分裂。B B：低温抑制

17、法：低温抑制法低温处理导致发育停止，形成温度冲击，处理时间过后恢复正常温低温处理导致发育停止，形成温度冲击，处理时间过后恢复正常温度，可使胚性细胞达到同步分裂。度，可使胚性细胞达到同步分裂。第21页，本讲稿共39页C：渗透压选择：渗透压选择不同发育阶段的胚有不同的渗透压要求，调节渗透压可以不同发育阶段的胚有不同的渗透压要求，调节渗透压可以控制胚的发育，筛选到较为一致的体细胞胚。如球形胚的控制胚的发育，筛选到较为一致的体细胞胚。如球形胚的渗透压渗透压17.5，心形胚的，心形胚的12.5。D：机械分离过筛选择法：机械分离过筛选择法胚性细胞及悬浮液分别用胚性细胞及悬浮液分别用80、53、40、27微

18、米的滤网过滤，微米的滤网过滤，可以按体积大小分开。可以按体积大小分开。E：在悬浮培养中控制通气：在悬浮培养中控制通气在培养基中通入乙烯或氮气，使细胞分裂达到高峰。在培养基中通入乙烯或氮气，使细胞分裂达到高峰。第22页，本讲稿共39页3 3、人工种皮及人工胚乳研制及包埋、人工种皮及人工胚乳研制及包埋（1 1）人工种皮的研制）人工种皮的研制总的要求是：能保持胚状体的活力，利于萌发和贮藏。总的要求是：能保持胚状体的活力，利于萌发和贮藏。所选材料所选材料要有韧性、耐压，对胚状体无毒害，含有胚状体发芽生长所要有韧性、耐压，对胚状体无毒害，含有胚状体发芽生长所需的营养成分或植物激素，还应含有杀菌剂以防止播

19、种后土需的营养成分或植物激素，还应含有杀菌剂以防止播种后土壤微生物的侵染。如海藻酸钠、明胶、琼脂糖、淀粉、动物壤微生物的侵染。如海藻酸钠、明胶、琼脂糖、淀粉、动物胶等。胶等。A.材料：胶质的化合物薄膜，以便包裹于人工胚乳之外，为种材料：胶质的化合物薄膜，以便包裹于人工胚乳之外，为种子提供保护，并防止融于水的营养物质向外渗透。子提供保护，并防止融于水的营养物质向外渗透。第23页，本讲稿共39页人工种皮需要满足的条件：人工种皮需要满足的条件：1 1、具有一定的透气性，不能影响胚状体的呼吸；、具有一定的透气性，不能影响胚状体的呼吸；、具有一定的透气性，不能影响胚状体的呼吸；、具有一定的透气性，不能影

20、响胚状体的呼吸；2 2、具有一定的硬度，经得起种子储存和运输中、具有一定的硬度，经得起种子储存和运输中、具有一定的硬度，经得起种子储存和运输中、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；的挤压和机械播种中的磨损；的挤压和机械播种中的磨损；的挤压和机械播种中的磨损；3 3、易于降解；、易于降解；、易于降解；、易于降解；4 4、含有其他有利于胚状体存活、生长的成分。、含有其他有利于胚状体存活、生长的成分。、含有其他有利于胚状体存活、生长的成分。、含有其他有利于胚状体存活、生长的成分。第24页，本讲稿共39页B.体细胞胚包裹的材料：体细胞胚包裹的材料：凝胶凝胶可以使人工种皮具有

21、柔软性，不仅适于可以使人工种皮具有柔软性，不仅适于胚状体的要求，而且具有抗压性。胚状体的要求，而且具有抗压性。第25页，本讲稿共39页C.人造种子的包埋技术人造种子的包埋技术最佳的包埋材料是海藻酸钠，包埋方法有干燥包埋法、液胶最佳的包埋材料是海藻酸钠，包埋方法有干燥包埋法、液胶包埋法和水凝胶法包埋法和水凝胶法。干燥包埋法：将胚状体置于干燥包埋法：将胚状体置于2323度，相对湿度为度，相对湿度为7979，黑暗条，黑暗条件下逐渐干燥，然后用聚氧乙烯中包裹贮藏。件下逐渐干燥，然后用聚氧乙烯中包裹贮藏。液胶包埋法：将胚状体悬浮在一种粘滞的流体胶中，直接播液胶包埋法：将胚状体悬浮在一种粘滞的流体胶中，直

22、接播入土壤。入土壤。水凝胶法：用海藻酸钙水性胶囊包埋胚状体，用以生产人工单水凝胶法：用海藻酸钙水性胶囊包埋胚状体，用以生产人工单胚种子称水凝胶法。胚种子称水凝胶法。第26页，本讲稿共39页制作过程制作过程l体细胞胚与藻酸体细胞胚与藻酸钠混合后，滴入钠混合后，滴入到硝酸钙或到硝酸钙或CaCl2中，中，10分钟后，表面分钟后，表面聚合，形成人工聚合，形成人工种子种子第27页，本讲稿共39页人造胚乳即包裹胚状体的营养基质，其外部人造胚乳即包裹胚状体的营养基质，其外部就是人工种皮。就是人工种皮。（2）人造胚乳的研制）人造胚乳的研制第28页，本讲稿共39页人工胚乳的成分人工胚乳的成分人工胚乳的主要成分为

23、无机盐、碳水化人工胚乳的主要成分为无机盐、碳水化合物、蛋白质等营养物质。合物、蛋白质等营养物质。第29页，本讲稿共39页人工胚乳的制作人工胚乳的制作 直接法直接法直接法直接法 在凝胶中直接加入大量元素、碳水化合物及防病在凝胶中直接加入大量元素、碳水化合物及防病在凝胶中直接加入大量元素、碳水化合物及防病在凝胶中直接加入大量元素、碳水化合物及防病用抗生素。用抗生素。用抗生素。用抗生素。微型包裹法微型包裹法微型包裹法微型包裹法 将碳水化合物和大量元素包裹在微型胶囊内，然将碳水化合物和大量元素包裹在微型胶囊内，然将碳水化合物和大量元素包裹在微型胶囊内，然将碳水化合物和大量元素包裹在微型胶囊内，然后再把

24、微型胶囊和种胚一起包裹在海藻酸钠中。后再把微型胶囊和种胚一起包裹在海藻酸钠中。后再把微型胶囊和种胚一起包裹在海藻酸钠中。后再把微型胶囊和种胚一起包裹在海藻酸钠中。第30页，本讲稿共39页 现现在在已已有有胡胡萝萝卜卜、芹芹菜菜、柑柑橘橘、咖咖啡啡、棉棉花花、玉玉米米、水水稻稻、橡橡胶胶等等几几十十种种植植物物的的人人工工种种子子试试种种成成功功，但但由由于于成成本本较较高，中国尚未应用于生产。高，中国尚未应用于生产。2 2、植物组织培养的应用：、植物组织培养的应用：第31页，本讲稿共39页（4 4）人工种子的转换）人工种子的转换转换是指由体细胞胚发育成具正常表现型的绿色转换是指由体细胞胚发育成

25、具正常表现型的绿色植株的能力，转换率用来表示不同发育阶段的体植株的能力，转换率用来表示不同发育阶段的体细胞胚发育为小植株的比率。细胞胚发育为小植株的比率。第32页，本讲稿共39页二、人工种子的优越性与局限性二、人工种子的优越性与局限性 （一）、优越性（一）、优越性1 1、通过植物组织培养技术生产的胚状体具有数量多，繁殖速度、通过植物组织培养技术生产的胚状体具有数量多，繁殖速度快，结构完整等特点，可短期内大量生产优良种苗，比茎尖培快，结构完整等特点，可短期内大量生产优良种苗，比茎尖培养繁殖速率还高。养繁殖速率还高。2 2、大量人工种子来源于同一植株的体细胞，不存在遗传变异的、大量人工种子来源于同

26、一植株的体细胞，不存在遗传变异的问题问题,渴望获得整齐一致的植物苗，利于农业生产的规范化、标渴望获得整齐一致的植物苗，利于农业生产的规范化、标准化和机械化管理。准化和机械化管理。3 3、为一些不能采用种子繁殖的园艺植物开辟了良好的良种繁育、为一些不能采用种子繁殖的园艺植物开辟了良好的良种繁育新途径。新途径。第33页，本讲稿共39页（二）、局限性（二）、局限性1 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，、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。再生系统尚不健全，难以形成有活力的胚并同步化发育。2 2、制作的人工种子成本远高于自然种子，无竞争力。、制作的人工种子成本远高于自然种子，无竞争力。3 3、人工种子的贮藏、运输以及机械化播种等问题尚未解决。、人工种子的贮藏、运输以及机械化播种等问题尚未解决。第34页，本讲稿共39页人工种子长出人工种子长出的芹菜味道非的芹菜味道非常鲜美常鲜美第35页，本讲稿共39页黄连黄连第36页，本讲稿共39页苜蓿苜蓿第37页，本讲稿共39页马铃薯的人工种子马铃薯的人工种子第38页，本讲稿共39页思考题思考题如何实现体细胞胚的同步发育？如何实现体细胞胚的同步发育？什么是人工种子？它是如何构建的？什么是人工种子？它是如何构建的？第39页，本讲稿共39页