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外植体的诱导与分化--胚状体的发育、原球茎的发育
发布时间:2019-08-07

胚状体的发育 

指由植物的体细胞,经诱导产生的体细胞胚(Somatic embry),其功能类似合子胚(zygotic embryo),但却不同于合子胚。通过球形、心形、鱼雷形和子叶形的胚胎发育时期,最后发育成完整的小植株。专家们认为,胚状体这一术语只用于植物组织培养中,是由体细胞形成的、类似于生殖细胞形成的台子胚发育过程的胚胎发生途径。有时胚状体可能缺乏(或欠典型)某一形态时期,如胚柄缺失、子叶畸形、多子叶、胚根不发育等,因激素等条件不适宜.有时整个胚状体的发育都不正常。在茶科植物中可能发育成假珠芽,有时可能胚状体整个愈伤组织化。胚状体可以从愈伤组织表面产生,也可由外植体表面已分化的细胞或从悬浮培养的细胞产生。

通过体细胞胚状体的发生来进行无性系的大量繁殖具有极大的潜力,其特点是成苗数量多、速度快、结构完整。目前,已有人对若干种高等植物的胚状体成茁途径作了形卷发生学上的研究,有人甚至追踪了单个细胞发育的全过程。目前,包括裸子植物、双子叶和单干叶植物中许多科的代表植物,如五针松、侧柏、火炬松、苏铁、泽米、胡萝卜、黑种草、金鱼草、矮牵牛、山茶花、百合、一品红、夜来香、花叶芋等近20100120种植物都有胚状体发生,这表明胚状体发生在高等植物中已是普遍现象。上述种属尚未包括花粉、花药培养中产生的胚状体,因为那些是从生殖细胞发育而来,不在快速繁殖的应用范围之内。

体细胞胚发育出的再生小植株与腋芽苗或不定芽苗的发育不同,它们之间的显著差异有两点:一是胚状体在形成的最初阶段,多来自单个细胞,很早就具有明显的根端与苗端的两极分化,极幼小时也可=一个根芽齐全的微型植物;二是由胚状体发育成的植株与周围的愈伤组织或母体组织块之间,几乎没有什么有结构的联系,小植株是独立形成的,易于与其他部分分离,通常不需要诱导生根的阶段。胚状体小植株通过振摇或镊子、解剖针等轻拨就可被此分开。而由腋芽或不定芽发育来的小=物,它们最初由分生细胞团形成单极性的生长点,发育为芽,随后再转移到生根培养基上形成根,通常它们与母体组织块或愈伤组织之同有着较紧密的连接,包括一些维管束组织、皮层和表皮组织等,因而不易分离,在转移生根时,往往用刀切才能分开。

从目前的研究来看,这100多种能够产生胚状体的植物中,胚状体的发生与发育情况极为复杂,远不如愈伤组织的器官形成型及外植体表层诱导不定芽的器官型那样,有一个通过细胞分裂=/生长素之间比例不同而控制芽、根分化的“激素杠杆”。尽管认为胚状体的发生具有普遍性,但与约4000种可以经组织培养再生的植物相比,比例还是较小,因此要掌握它的规律性,尚待更多实验结果的积累。可初步总结如下,但往往都有例外的情况发生。

①外因的诱导  第一步是植物激素对胚状体发生的影响,在培养初期要求必须含有一定量的生长素类的物质,以诱导脱分化、愈伤组织生长胚性细胞的形成。使用较多的是24-D;第二步包括胚状体的形成和发育,这时必须在降低或完全去掉24-D的培养基上才能进行,这类植物有金鱼草、矮牵牛、紫苏、印度娃儿藤、一些棕榈科植物等。另一些植物加红醋栗、山岭麻黄、檀香、大麦等可以在只有细胞分裂素的培养基上诱导出胚状体。大多数植物可以在生长素结合使用细胞分裂素的培养基上诱导出胚状体,如山茶花、油茶、桉树、泡桐、花叶芋、番茄、澳洲火树、海枣、咖啡等。

培养基中要求含有一定量的还原态氮化物,主要是NH4离子,如果全部是含氧化态氮的NO3-离子(White培养基),则几乎不能诱导出胚状体,但加人0 .1mmolL的氯化铵(NH4CI),即可明显促进胚状体的分化。此外,有机氮化合物如氨基酸、酰胺、水解乳蛋白等也对胚状体的发育有利。

②内因的影响  遗传型对胚状休的影响.目前的一些研究发现,有些植物较易产生胚状体,而有的植物则易于锷不定芽,这不但在较大的分类单位之间如此,甚至在同种品种、遗传型之间也有不同。在产生胚状体的约120种植物中,伞形科占11种,松科占10种,禾本科7种,芸香科6种,茄科、棕榈科各4种,其他科则更少,大多数科至今尚未发现胚状体的产生。当然随着研究的广泛开展,种类会不断增加,但遗传上的差异对产生胚状体的难易,无疑有着深刻的影响。如茄子有的品种易于产生胚状体,而另一些品种易<产生不定芽,要使它们朝各自相反的方向发育却都很困难。值得思考的是,研究得最早、最多的烟草在1988年后才有人诱导出胚状体来。看来这些都应归属于遗传型的影响。

产生胚状体的细胞或组织块一定是生理上隔离的细胞或组织块。它们从整体植物中分离出来并脱离整体的控制之后,才能发育出胚状体。随植物种类不同,要求隔离的程度也不一样,从单个或数个细胞到切下的子叶、胚芽、胚轴以及茎段、叶切块等。

幼龄状态的组织比老龄的组织更易产生胚状体,一旦产生出了胚状体,在其上易于诱导再发生次级和多级的胚状体,所以获得胚状体后,可以作为继代增殖的材料。

能够产生胚状体的植物种类或材料,在条件适宜时,经短期培养即可表现出来。如条件不适宜,随着培养时间的延长,胚状体发生的能力会下降以至消失。

胚状体的发育是植物再生的第三种方式。有人提出在胚状体发育到适宜的阶段时,用人工合成的营养物和保护物包裹起来,做成“超级种子”,播种于田间苗圃。美国已有人开始试验,他们称做“薄膜包装胚状体”,初步包装的胡萝胚状体在6h内保持活力。专家们认为,由育种工作者提供优良的新品种,结合胚状体诱导、培养、包装等工序,紧密地构成一个整体,将为迅速大面积地推广新品种做出贡献。这无疑将为生产带来直接的经济利益。

原球茎的发育  

专指兰科等植物,常从茎尖或侧芽的培养中产生一些原球茎,原球茎本身可以增殖,以后能萌发出小植株。原球茎(protocorm)最初是兰花种子发芽过程中的一种形态学构造。种子萌发初期并不出现胚根,只是胚逐渐膨大,以后种皮的一端破裂,胀大的胚呈小圆锥状,称做原球茎。因此,原球茎可理解为缩短的、呈珠粒状的、由胚性细胞组成的、类似嫩茎的器官。在兰花的组织培养中,从顶芽、侧芽组织中和从种子中萌发的植株器官培养,都能诱导这样的原球茎。从一个芽的周围能产生几个到几十个原球茎,培养一段时间后,原球茎逐渐转绿,相继可长出毛状假根,叶原基发育成幼叶,再转移培养生根,形成完整的再生植物。扩大繁殖应在转绿前,将原球茎切割成小块,或给予针刺等损,转移到新鲜的增殖培养基上,可以增殖出更多的原球茎。一些种类可在慢速旋转的液体培养基中增殖。

开创这一繁殖方法的是法国人Morel,他在1960年就从感染病毒的兰花(Cymbidium)植株上分离茎尖(0.1mm),培养出了去病毒的兰花植株,同时也实现了快速繁殖兰花的目的。使用这一技术,可以使一个健康的兰花茎尖在一年内生产出400万株在遗传性上相同的健康兰花植株。从事商业性兰花生产的人,立刻理解到这项研究的巨大价值,很快就应用于生产,并建立了兰花工业(orchid industry)。实际上快速繁殖的具体实例,兰花是历史上的第一件。Morel的这一项贡献不仅是对兰花种植业的革命,而且推动了利用茎尖培养脱病毒、快速繁殖其他植物的研究。同时这一技术已成为繁殖兰花的标准方法。

目前在观n花卉组培快繁的规模化生产中,通过这四种外植体的再生方式生产组培苗的途径都有包括。但最广泛的仍是丛生苗再生和不定苗再生两种,尤其是从顶芽或腋芽完全不产生愈伤组织,而直接分化丛生芽的方式,继代产生的组培苗,性状稳定,基本无变异,而被更放心地使用。采用经愈伤组n分化产生不定芽方式生产的组培苗需要进行变异性测试和试种后,才能进行批量生产。

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