种子的克隆技术

种子的克隆技术

种子植物是通过从种子到种子的生活周期，年复一年地使其得以繁衍生存，而人类生产作物的种子却是基本食物，是我们赖以生存的一项基本生产活动，这就是种植业。

作为传统的种植业，在生产上受到季节的限制，一般作物每年繁殖一次，有的甚至要经过多年才开始繁殖，难以满足生产用种的需要。利用杂种优势的作物，除受季节条件限制外，由于杂种后代的分离，为提供生产用种，还得年年进行程序复杂的制种，使得生产杂种一代种子的成本上升。

人们根据植物组织培养的研究，提出了人工种子的概念并进行了实验研究。结果表明，它不仅可以解决上述问题，还可以给传统的种植业带来一场更为深刻的可喜变革。

什么是人工种子

人们从植物组织培养发现，在一定条件下，可把植物组织的体细胞培养成胚状体。这种胚状体与由受精卵发育成的天然种子的胚相似，在适宜的条件下可生长发育成一棵正常植株。由于这种胚状体是由植物的体细胞(而不是由植物的受精卵细胞)发育的，所以也叫体细胞胚。

于是人们推想:能否利用体细胞胚生产种子而取代传统的生产用种呢?我们知道，天然种子是由种皮、胚乳(指有胚乳种子)和胚组成的。种皮通常较硬，在种子外层起保护作用;胚乳含有大量淀粉、蛋白质、脂肪等营养物质及一些酶、维生素、生长素等，它是种子萌发及其幼苗生长不可缺少的营养物质;胚由胚芽、胚轴、胚根和子叶构成，将来发育成植株。所以，如果在体细胞胚外包上一层有机薄膜(防止胚受伤和失水)，并在胚和膜之间放入体细胞胚发育所需要的营养物质(供体细胞胚萌发及其幼苗用)，那么这样组成的颗粒不就是一粒种子吗?这种模拟天然种子进行人工包装的具有种子功能的颗粒，叫做人工种子(图7—3)。可见，在人工种子中，类似天然种子的胚是通过组织培养获得的体细胞胚;外面包裹的人工配制的物质，相当于天然种子的胚乳;最外层起保护层作用的薄膜，相当于天然种子的种皮。

图7—3　人工种子(左)和天然种子

在一些不易得到体细胞胚的植物中，也可用芽或短枝代替胚，从而制造人工种子。如利用花叶芋和百合的芽以及直杆桉的短枝等制造的人工种子，都获得了正常植株。

人工种子的优点

人工种子不仅像天然种子那样，可以贮存和运输，而且还具有如下独特优点:

1．工厂化生产，繁殖速度快。

人工种子由于是工厂化生产，不受季节和日夜的限制，可常年任何时候生产。由于人工种子的体细胞胚是通过组织培养产生的，所以可快速繁殖生产出体细胞胚。以胡萝卜的组织培养为例，用一个体积为12升的培养罐，在20天内生产的体细胞胚可生产1000万粒人工种子，可供数百万亩地种植，这就大大地节约了天然种子(粮食)和省去了作为生产留种用的土地。

2．固定杂种优势。

杂种优势的利用是品种改良的一个主要方向，但像水稻、玉米等类作物，提供杂种一代的制作过程复杂，往往需要具备雄性不育系、雄性不育保持系和雄性不育恢复系的“三系”配套的繁殖制种体系，仅此就需要花费很长时间，此其一。其二，由于杂种一代经有性繁殖产生的后代出现分离，继续种植会降低产量和品质，因此，为了利用杂种一代必须年年制种，使得生产用种的成本上升。

利用杂种一代植株进行组织培养以生产人工种子，不仅可快速繁殖杂种一代(如日本和美国共同开发人工种子栽培芹菜、莴苣杂种一代和大量无性繁殖水稻，用1克愈伤组织培养6个月后，芹菜能形成1000万个、莴苣能形成10万个、水稻能形成250万个体细胞胚)，而且还可固定杂种一代优势(因为人工种子体细胞胚的基因型完全与杂种一代的基因型相同)。

3．具有天然种子所没有的功能。

如上所述，人工种子的胚乳和种皮是包藏体细胞胚的介质，其介质可根据不同植物的需要配制最优的营养，再加入某些抗病药剂和除草剂等，就可防治某些病害和起到除草作用等。

人工种子的应用

自20世纪80年代初以来，人工种子的研究获得很大进展，引起了世界各国的重视。美国加州的植物遗传公司生产的人工种子芹菜已在生产上应用，并在西红柿、甘蓝、花椰菜、莴苣多种蔬菜上开展了人工种子的试验。在我国，人工种子技术已列入国家863高技术项目中，已在胡萝卜、玉米、水稻、芹菜、花芋、桉树等植物上获得成功，只是在成本上比生产天然种子高些，仍在试验阶段。

由于人工种子具有众多的独特的优越性，相信随着生物技术，尤其是组织培养技术的发展，它在21世纪会成为种子业的主导技术之一。