人工種子

所謂人工種子，就是將組織培養產生的體細胞胚和性細胞胚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，形成一種類似於種子的結構。

以植物組織培養的胚狀體、不定芽、頂芽和腋芽等為材料，通過人工薄膜包裝得到的種子。

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、激素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。

人工種子又稱合成種子或體細胞種子，指通過組織培養技術，將植物的體細胞誘導在形態上和生理上均與合子胚相似的體細胞胚，然後將它包埋於有一定營養成分和保護功能的介質中，組成便於播種的類似種子的單位。

人工種子（artificial seeds)又稱合成種子（synthetic seeds)或體細胞種子（somatic seeds)。是將植物離體培養產生的體細胚包埋在含有營養成分和保護功能的物質中，在適宜的條件下發芽出苗。人工種子的概念首先是1978年由Murashige在第四屆國際植物組織細胞培養大會上提出的。他認為隨著組織培養技術的不斷發展，可以用少量的外植體同步培養出眾多的胚狀體，這些胚狀體被包埋在某種膠囊內使其具有種子的功能，可以直接用于田間播種。

日本學者Kamada1985年首先將人工種子的概念延伸，認為使用適當的方法包埋組織培養所獲得的具有發育成完整植株的分生組織（芽，愈傷組織，胚狀體和生長點等），可取代天然種子播種的顆粒體均為人工種子。

中國科學家陳正華等（1998）將人工種子的概念進一步擴展為：任何一種繁殖體。無論是塗膜膠囊中包埋的，裸露的或經過乾燥的，只要能夠發育成完整植株的均可稱之為人工種子。

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，體細胞人工種子的應用有一定局限。

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。

種子不僅是植物傳種續代繁衍之本，而且也是人類衣食之源。植物人工種子的製作，是在組織培養基礎上發展起來的一項生物技術。

種子能發育出新的植物體，首先是因為它有一個具有生活力的胚。科學工作者能夠採用高科技手段，將其某些植物細胞在試管中培育成胚狀體，再用富含營養物質和其他必要成分的凝膠物將胚狀體包裹起來，製成人工種子。當條件適宜時，胚狀體就像真正的種子那樣萌發成幼苗。

體細胞胚是製作人工種子的起始材料。它既可由外植體的表皮細胞直接產生，也可由愈傷組織的表層細胞產生。人們還發現細胞培養中的單細胞，花粉中產生單倍體體細胞和原生質體培養在適當條件下均可獲得體細胞胚。從理論上講，產生體細胞胚是植物界的普遍現象，但已知能產生體細胞胚的植物只有200餘種。由於這方面的奧秘還未完全揭開，科學工作者們只得花費巨大的勞動，進行大量的篩選才能獲得體細胞胚、人工胚乳是包埋體細胞胚的膠狀介質。美國的一個研究組花了近兩年時間，從百餘種材料中篩選到廣泛使用的人工種子包埋介質海藻酸鈉。這種物質在0.1M氯化鈣溶液中可以迅速固化成透明的小膠球。海藻酸價格低廉，質地柔軟無毒性，還可人為地在其中加入各種營養物質和生長調節劑，因此是一種，迄今為止已發現的比較理想的體細胞胚包埋劑。但這種物質作人工胚乳還存在一些缺點，如營養物質易泄漏，保水性差，而且膠球很易粘連等。為此，科學家又設想在膠球外包一層薄膜——人工種皮。美國科學家在1987年篩選出一種疏水性物質Elvax-4260（乙烯、乙烯基乙配和丙烯酸共聚物）但不夠理想。人們正在尋找更理想的、既能透水透氣又能防菌的人工種皮。

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。

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。

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。

根據Redenbaugh對人工種子的分類方法，可將人工種子分為三大類：

1.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。

2.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。

3.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：

1.體細胞胚人工種子

2.非體細胞胚人工種子

1.通過組織培養的方法可以獲得數量很多的胚狀體（1L培養基中可產生10萬個胚體），而且繁殖速度快，結構完整；

2 .可根據不同植物對生長的要求配置不同成分的“種皮”；

3、在大量繁殖苗木和用於人工造林方面，人工種子比採用試管苗的繁殖方法更能降低成本，而且方便機械化播種，可節省勞動力；

4.體細胞胚是由無性繁殖體系產生的，因而可以固定雜種；

5.有時可以在人工種子中加入某些農藥、菌肥、有益微生物、激素等；

6 .胚狀體發育的途徑可以作為高等植物基因工程和遺傳工程的橋樑。

7 .解決了有些作物品種繁殖能力差、結子困難或發芽率低等問題。

8.與天然種子相比，人工種子可能有很多優點。比如，生產人工種子不受季節限制，可能更快地培養出新品種來還可以在凝膠包裹物里加入天然種子可能沒有的有利成分，使人工種子具有更加好的營養供應和抵抗疾病的能力，從而獲得更加茁壯生長的可能性。

9.天然種子由於在遺傳上具有因減數分裂引起的重組現象，因而會造成某些遺傳性狀的改變；天然種子在生產上受季節限制，一般每年只繁殖1～2次，有些甚至十幾年才繁殖一次。而人工種子則可以完全保持優良品種的遺傳特性，生產上也不受季節的限制。

10.再者人工種子大小一致 ,落種均勻 ,出苗整齊。

11.對於雜交后因性狀分離而不能制種的作物品種 ,可以通過人工種子發展成品種。

12.對於自然條件下不能結實和能結實而種子壽命短的植物 ,可以通過人工種子得以快速大量地繁殖。

13.試管苗的大量貯藏和運輸也是相當困難的。人工種子則克服了這些缺點，人工種子外層是起保護作用的薄膜，類似天然種子的種皮，因此，可以很方便地貯藏和運輸。

14.人工種子與試管苗相比，具有所用培養基量少、體積小、繁殖快、發芽成苗快、運輸及保存方便的特點；

15.人工種子技術適用於難以保存的種質資源、遺傳性狀不穩定或育性不佳的珍稀林木繁殖；

16.人工種子可以克服營養繁殖造成的病毒積累，可以快速繁殖脫毒苗。

1.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複壯效應；

2.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；

3.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應用；

4.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；

5.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。

絕大多數人工種子發芽需要無菌條件，所以，還不能實現廣泛應用。另外，人工種子的製作費用過高，並且在應用上需要各個環節的配套設施費用昂貴，技術也不夠成熟，農民對人工種子還比較陌生，對種子也不熟悉，不了解，自然沒有什麼興趣，這些都限制了人工種子的推廣。

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后可大面積增產，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。

人工種皮的透水性和透空氣性差異比較大，製造人工種皮的質量不能保證，導致胚不能正常發育，影響正常耕種。

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。這一設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。

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”計劃，我國也於1987年將其列入國家高新技術研究與發展計劃(863計劃)。經過20多年的努力，人工種子研究已取得了很大進展。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。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，經處理后可長出根、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，保護層是一種入土后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。

1.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。

2.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。

3.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。

4.一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用於生產。

人造種子的這些誘人之處，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。人工種子在快速繁殖苗木和人工造林方面，具有很大的應用前景。