6.6.2 人工种子技术
1)胚状体诱导
控制体细胞胚状体同步发育是制备人工种子的核心问题,可采取以下方法促进胚状体同步生长。
(1)抑制剂法
抑制剂法是在细胞培养初期加入细胞分裂抑制剂,如5-氨基尿嘧啶抑制剂,细胞即可同步分裂。
(2)低温法
低温法即低温处理抑制细胞分裂,再恢复正常温度使细胞分裂同步化。
(3)渗透压法
不同发育时期的胚,对渗透压要求不同,同种植物的胚越幼嫩需要的渗透压越高。
(4)通气法
在细胞分裂达到高峰前,有乙烯合成高峰。通气法是在培养基中通入乙烯或氮气,1~2次/天,每次3~4 s,控制细胞同步分裂。
(5)分离过筛法
分离过筛法是用不同孔径尼龙网将不同发育时期的胚扶体分离开,可采用密度梯度离心法来选择不同发育时期的胚。目前,大规模胚状体诱导都采用了发滤分选方法同步处理,有效地保证了发芽的整齐度。
2)人工种皮制作
理想的人工种皮必须具有保护胚的功能,并且无毒性、通气好、抗污染、抗压性好、不粘连、适于贮藏和运输。最早使用的材料聚氧乙烯有一定毒性且遇水易溶解。后来藻酸盐应用较多,通过控制与络合物离子交换时间,可控制胶囊硬度。但海藻酸盐种皮有易粘连、失水干缩等弊端,可采取种皮外加一层包裹剂的方法克服,如滑石粉、5%CaCO3等。总之,至今尚未找到理想材料。(https://www.daowen.com)
3)人工胚乳的研制
人工胚乳主要包括无机盐、碳水化合物(糖和淀粉)、蛋白质等成分。对于无胚乳植物的人工种子制作必须加入糖分,例如:苜蓿人工种子如果胚乳以1/2 SH培养基为基本成分,成苗率为0,但在其中加入1.5%的麦芽糖后,种子成苗率上升为35%。因糖分容易导致微生物感染而腐烂,所以同时也要加入防腐剂、抗菌素、农药等。人工胚乳可直接加入人工种子凝胶囊中,也可先包裹在微型胶囊内再与种胚一起包裹在人工种皮中,这样可使人工胚乳缓慢释放营养,解决种皮易失水干缩的问题。
4)包埋技术
人工种子包埋的方法主要有干燥法、液胶法和水凝胶法。
(1)干燥法
最早的人工种子包埋技术是聚氧乙烯干燥法包埋。即将胚状体置于23℃、相对湿度70%±5%的黑暗条件下逐渐干燥,然后用聚氧乙烯包裹这种胚状体。被包埋的胚状体在包裹物水合后仍能发芽,如胡萝卜人工种子。
(2)液胶法
液胶法即胚状体不经干燥包埋,直接与流体胶混合后播入土中。此法不适于人工种胚的包埋,如将胡萝卜体细胞胚与流体胶混合后播入土中,成活率很低,胚会因干燥而死亡。
(3)水凝胶法
水凝胶法是最常用的一种方法。即用褐藻酸钠等水溶性凝胶经与Ca2+进行离子交换后凝固,用于包埋单个胚状体。种子硬度由凝胶浓度与络合物离子交换时间决定。胡萝卜、苜蓿等人工种子的包埋方法就是水凝胶法。
5)贮藏与发芽
一般将人工种子贮藏在4~7℃低温、相对湿度小于67%的条件下。随贮藏时间的延长、人工种子的萌发率会显著下降。人工种子的贮藏存在许多问题尚未完全解决,如种胚质量不高、后期停止生长、胚腐烂、种子失水干缩等。国内外许多学者针对这些问题做了大量研究,如胚乳中添加防腐剂、抗生素,控制糖含量,低温贮藏,种皮外包裹滑石粉、液状石蜡等成分。
人工种子的萌发率也是由内外条件共同决定的。种子本身胚状体的健壮程度、种皮性质、内源激素等决定种子萌发率。试验表明,人工种子在蛭石、珍珠岩等基质上发芽率较高。
人工种子的研制经历了十几年时间,取得了较大进展,但是至今研制还处于实验室研究阶段。人工种子种皮的缺陷、有菌条件下发芽率低、贮藏难、生产成本高、制作流程复杂等问题,都限制了人工种子的推广。但随着人工种子研究的日益发展以及制作工艺日臻完善,其必将广泛应用于作物育种和良种的快速繁殖,并将极大地推进组织培养的工厂化生产进程。