人造種子

人造種子，又名人工種子。就是將組織培養產生的體細胞胚或不定芽包裹在能提供養分的膠囊里，再在膠囊外包上一層具有保護功能和防止機械損傷的外膜，造成一種類似於種子的結構。是在組織培養基礎上發展起來的一項生物技術。

基本介紹

• 中文名：人造種子
• 又名：人工種子
• 類別：生物技術
• 體系：細胞工程

基本概念

廣義而言，人工種子是在胚狀體或一塊組織（頂芽、腋芽）、一個器官（小鱗莖等）之外加上必要的營養成分（人工胚乳）後，用具有一定通透性而無毒的材料將其包裹起來，形成的與天然種子相似的顆粒體

狹義的概念是指植物離體培養中產生的胚狀體（包括體細胞胚和性細胞胚），包裹在含有養分和具有保護功能的物質中，並在適宜條件下能夠發芽出苗的顆粒體。

來由

糧食生產受到多種主客觀條件的制約，水、肥料、土壤、種子對糧食都有極大的影響，其中種子的優劣更是一個關鍵因素。多年來，科學家採用傳統的“雜交”良種研究法，誠然，雜交產生的良種對提高糧食產量起過很大的作用，例如雜交水稻良種推廣後可大面積增產，是一個成功的範例。但是培育的雜交品種往往只有一代或者幾代具有優勢。因此，雜交制種需要專門的“制種田”，這一缺陷很大程度上限制了其發展。

1978年Murashige提出人工種子概念

人工種子又稱人造種子，是細胞工程中最年輕的一項新興技術。最初是由英國科學家於1978年提出的。他認為利用體細胞胚發生的特徵，把它包埋在膠囊中，可以形成具有種子的性能並直接在田間播種。這一構想引起人們極大的興趣。

1986年Redenbaugh等成功地利用藻酸鈉包埋單個體細胞胚，生產人工種子。 胡蘿蔔、棉花、玉米、甘藍、萵苣、苜蓿等人工種子製作獲得成功。

目前已有許多國家的植物基因公司和大學實驗室從事這方面研究。歐共體將人工種子的研製列人“尤里卡”計畫，我國也於1987年將其列入國家高新技術研究與發展計畫(863計畫)。經過20多年的努力，人工種子研究已取得了很大進展。

作用

第一，它同微繁殖技術一樣，培養條件可以人為控制，免遭大自然災害性氣候的不利因素，且具有省地省工可直接在田間播種等優點。

第二，在人工種子製作中，可加入營養物質、植物生長調節劑、固氮菌、殺蟲劑等，這是微繁殖難以達到的。

第三，用於製作人工種子的體細胞胚，可利用生物反應器大規模培養，大大提高了效率。

第四，一些難以得到天然種子的珍稀植物或脫毒苗、基因工程植株，均可利用人工種子技術加速其生產。

新技術

由於體細胞誘導在植物種類上存在局限性，體細胞在群體上的變異、木本植物經過胚途徑繁殖幼年期較長等問題，體細胞人工種子的套用有一定局限。

人們開始設計利用其它離體培養的器官如微芽、微型變態器官等用於人工種子生產。如：

1987年桑樹腋芽包裹的人工種子

萵苣不定芽，蘭花原球莖、百合小鱗莖人工種子等。

因此人工種子的涵義已經不僅僅局限於由人工種皮包被的體細胞胚的範疇。

結構

農業生產中使用的天然種子，一般都是由種被、胚乳和胚三部分構成。

目前研製的人工種子的結構:體細胞胚、人工種皮、人工胚乳

廣義的體細胞胚由組織培養中獲得的體細胞即胚狀體、愈傷組織、原球莖、不定芽、頂芽、腋芽、小鱗莖等繁殖體組成。

膠囊之外的包膜稱之為人工種皮,有防止機械損傷及水分乾燥等保護作用。包裹成功的人工種子既能通氣、保持水分和營養,又能防止外部一定的機械衝擊力。

人工胚乳一般由含有供應胚狀體養分的膠囊組成,養分包括礦質元素、維生素、碳源以及激素等。

分類

根據Redenbaugh對人工種子的分類方法，可將人工種子分為三大類：

裸露的或休眠的繁殖體 如微鱗莖，微塊莖等。它們在不加包被的情況下也具有較高的成株率。

人工種皮包被的繁殖體 一些體細胞胚、原球莖等不能過度乾燥，但只需要用人工種皮包被即可維持良好的發芽狀態，如胡蘿蔔體細胞胚。

水凝膠包埋再包被人工種皮的繁殖體 大多數體細胞胚、不定芽、莖尖等均需要先包埋在半液態凝膠中，再經人工種皮包裹才能避免失水，從而維持良好的發芽能力。

根據繁殖體的類型人工種子可分為兩類：

一類是體細胞胚人工種子

另一類是非體細胞胚人工種子

特點

人工種子與天然種子比較有其自身的特點

（1）可對一些自然條件下不結實的或種子很昂貴的植物進行繁殖。

（2）固定雜種優勢，使Fl雜交種可多代利用，使優良的單株能快速繁殖成無性系品種，從而大大縮短育種年限。

（3）節約糧食。因為人工種子作為播種材料，在一定程度上可取代部分糧食(種子與塊根莖)。

（4）在人工種子的包裹材料里加入各種生長調節物質、菌 肥、農藥等，可人為地影響控制作物生長發育和抗性。

( 5 )可以保存及快速繁殖脫病毒苗，克服某些植物由於長期營養繁殖所積累的病毒病等。

( 6 )與試管苗相比成本低，運輸方便(體積小)，可直接播種和機械化操作。

意義

其一，在無性繁殖植物中，有可能建立一種高效快速的繁殖方法，它既能保持原有品種的種性，又可以使之具有實生苗的復壯效應； 其二，可以對優異雜種不通過有性制種而快速獲得大量種子，特別是對於那些制種困難的植物更具有主要的適用意義；

其三，對於一些不能正常產生種子的特殊植物材料如三倍體、非整倍體、工程植物等，有可能通過人工種子在短期內加大繁殖套用；

其四，與田間制種相比，可以節省制種用地，且不受季節限制，可以實現工廠化生產，同時還避免了種子攜帶病原菌的危險；

其五，與利用試管苗相比，可以避免移栽困難，且可以實現機械化操作，同時還便於儲藏和運輸。

人工種子的局限性

目前，絕大多數人工種子發芽需要無菌條件，所以，還不能實現廣泛套用。另外，人工種子的製作費用過高，並且在套用上需要各個環節的配套，這些都限制了人工種子的推廣。

現狀

目前一種新型的、像一粒粒小膠丸樣的人造種子，正在雄心勃勃地帶領著古老的種植業邁向新時代。它為解決日益因難的糧食問題帶來了新曙光。現代遺傳學研究證明，植物細胞具有全能性，每一個細胞都有可能生成一株完整的植株。1958年，美國科學家斯蒂伍德，將一棵胡蘿蔔根須上的細胞取下，經人工培養成了完整的胡蘿蔔植株並開花結果，這種方法是在玻璃試管中完成的，從此開創了“試管苗”的先河。但是，這種試管苗的培育環境是無菌而且要求營養豐富，把試管苗移種大田，條件的變化使其成活率非常低。目前的人造種子可有效解決上述難題。人造種子製作過程是先把植物幼苗的嫩莖切成極小的碎片，這些碎片叫胚狀體，根據生物工程原理，每一碎片，經處理後可長出根、莖、葉成為一株幼苗。胚狀體很嬌嫩，為了適應環境必須給它穿上“外衣”，即給其包上一層如天然種子種皮一樣的營養層和保護層，營養層是胚狀體萌發及發育的營養物質，保護層是一種入土後能自行溶解的高分子材料。人造種子可以保證種子發芽整齊劃一，對管理和收穫的機械化非常有利。人造種子可以在製作的過程中用刺激細胞變異的方法，培養新品種或增強某種有用性獲得高產優質的種子。人造種子還可加入天然種子沒有的特殊成分，如加入固氮菌、殺蟲劑和除草劑等物質。人造種子的使用可以節約大量的糧食，統計表明，我國每年種子的用量可達150億公斤，幾乎可供近1億人一年的口糧。而人造種子一株植物的嫩芽就可制出百萬粒種子，可節約大量的糧食。

前景

人造種子的這種誘人之處，吸引了各國農業專家致力於這方面的研究。美國率先投入大量人力物力使其在人造蔬菜及玉米種子上獲得成功，這些人造種子不久就可全面商業化生產。人造種子成本雖比天然種子要高60%，但由於內有生長激素和殺蟲劑，後期管理成本大降足以抵消製作成本。法國、瑞士和德國等歐洲國家也不甘人後，相繼開發了人造種子。我國也在積極研製，上海復旦大學已研製出芹菜、花椰菜的人造種子，並正向高難度的水稻種子進軍。相信在不久的將來，人造種子工廠將大批生產各種優良種子，種植時只要從工廠得到各種優良種子即可，拋棄傳統的作物在收穫期留種的方法，這對解決糧食生產不足問題無疑會帶來新的希望。