（江玲）种子学-9种子生产原理和技术new

1、种子生产原理和技术 种子生产(seed production)是一门研究保持育成、引进和现有品种特性以及采用优良生产技术和栽培条件以生产农业生产需要的优良品种的优质种子的科学。种子生产是种子工作的重要组成部分，它是育种工作的继续，也是种子推广的基础，是种子工程的重要内容。 以前种子生产被称为良种繁育，即种子“繁”和“育”的统一，主要是提高繁殖系数和提高品种特性，但种子生产不是育种，它的主要工作是防杂保纯和扩大种子量。种子生产主要是生产优良品种，包括优良杂交种亲本和杂种种子，其主要任务体现在两个方面：(1)迅速地大量繁殖新育成、新引进并经过审定的或现有的优良品种的优质种子，以有计划、有组织地更换

2、生产上现有的品种，满足农业生产对良种的需要；(2)采用先进的生产技术，保持良种的种性，确保种子质量，以替代生产上已经混杂退化的种子。 种子生产原理 :遗传平衡、杂种优势理论 品种的混杂退化及其防止 种子生产技术 ：常规种子、杂交种子作物种子生产原理和方法洪德林 教授细胞全能性理论营养繁殖和组织培养的理论依据德国植物学家Haberlandt于1902年就提出细胞全能性(totipotency)的概念。所谓细胞全能性是指植物体的每个细胞携带着一套完整的基因组，并且有发育成完整植株的潜在能力。因为每个细胞都来自受精卵，所以带有与受精卵相同的遗传信息，完整植株中的细胞保持着潜在的全能性，细胞分化完成后

3、，就受到所在环境的束缚，相对稳定一旦脱离原来所在的环境，成为离体状态时，在适宜的营养和外界条件下，则开始脱分化，表现出全能性，生长发育为完整的植株。无性繁殖是指不经过开花、受精和两性细胞结合，直接由母体的一部分产生下一代新个体的过程。以无性繁殖为主的作物在一般情况下不通过两性细胞的结合产生后代，而通常利用植物体的营养器官繁殖后代，如利用根、茎、芽等进行繁殖，形成与母体基因型相同的新个体。无性繁殖作物在一般情况下不能开花、或者开花不结实，但在适宜自然或人工控制条件下，无性繁殖材料也可以进行有性繁殖。无性繁殖作物也有自花授粉和异花授粉的区别，如马铃薯是典型的自花授粉作物，甘薯是典型的异花授粉作物。

4、无性繁殖(agamogenesis)由于无性繁殖产生的新个体通常来自母体的体细胞，在生长发育上是母体生长发育的延续，因而同一株系的遗传型是相同的，品种性状比较稳定，在种子生产上，无性繁殖产生的种子容易保纯，但也应注意去杂，注意人为的方向性选择，以防止混杂退化。无性繁殖在杂种优势的利用有独特的优势，对于适宜无性繁殖的材料，通过诱导其进行有性杂交或无性繁殖材料产生的变异体，从中选择优良单株，继而进行有性繁殖，较长时间内利用杂种优势，而不必年年进行有性制种。无性繁殖生产农业种子 农业生产上的种子不仅仅指通过有性过程，由胚发育成的籽粒等，还包括用于扩大再生产的根、茎、苗、芽等一切可被用作繁殖材料的植物

5、器官。马铃薯的块茎繁殖、甘薯的块根繁殖、林木的扦插育苗、其它营养器官的幼苗繁殖及人工种子等都是典型的无性繁殖方式在这些植物的繁殖中，通常利用营养器官的再生能力，生产下一代的个体，这种生产方式比较简便，没有有性繁殖那么复杂，因而得到广泛的应用。 (一)马铃薯等的脱毒技术 象马铃薯、甘薯等作物通过营养繁殖生产下一代时，往往会将上一代感染的病毒病带到下一代，因而常需要对由此产生的幼苗进行脱毒处理。通常情况下，利用幼苗茎尖进行脱毒处理，再进行无性繁殖，生产无毒的后代但值得注意的是，组织培养苗不等于脱毒苗，脱毒也并非一劳永逸，一是茎尖分生组织内部不存在维管系统，而通过维管系统在体内移动侵染的病毒则不能到

6、达茎尖分生组织；二是分生组织内源生长素含量较高，对病毒有钝化作用；三是分生组织细胞分裂速度较快，超过了病毒的繁殖速度。利用茎尖分生组织脱毒的原因取材种薯在人工气候箱中使其萌发,材料较干净,又不受病虫害的侵染,易消毒，一般放在温度较低的条件下培养,当薯块芽长410 cm ,还未开始展叶时剪取。消毒冲洗30 min ;洗洁精浸泡10 min , 自来水冲去泡沫;用无菌水冲洗; 用升汞(0. 1 %HgCl + 2 %酒精) 消毒处理34 min ,若用5 %次氯酸溶液则需510 min ;用无菌水冲洗45 次. 剥离和接种芽段置于3040 倍的解剖镜下,取茎尖约0. 20. 3 mm （带12 个

7、叶原基的生长点）,立即接种在试管内的MS 培养基上,做好记录.茎尖的培养2628 , 20003000 lux , 16 h 光照. 茎尖成活后1 个月左右即可明显增长 . 待茎尖发育成株,长45 节(约3 月左右) 时，把茎段切成每节带1 个叶片的切段平放或插入培养基上,放2 周后可形成带有35 叶的小植株,再进行单节切段培养.经病毒检测试管苗移栽到防虫室内繁育的苗，允许以苗繁殖在严格隔离的防蚜设施内获得在防蚜隔离设施内育出的秧苗，允许以苗繁苗在防蚜隔离环境中获得，简称原原种在防蚜隔离环境中育出的秧苗，允许以苗繁苗脱毒试管苗高级脱毒苗高级脱毒薯脱毒原原种苗茎尖培养脱毒原原种薯脱毒原原种薯脱毒

8、原种苗在隔离环境中获得，允许在空间隔离环境下生产可按普通育苗法以苗繁苗可按普通生产法留种，用于下代繁苗可按普通生产法以苗繁苗不能再称脱毒种薯，可视为普通种薯或用作商品薯，脱毒薯生产至此为止脱毒原种苗脱毒原种薯一代生产种苗二代生产种苗二代生产种薯一代生产种薯在隔离环境中获得，允许在空间隔离环境下生产目前造成我国甘薯减产退化的主要病毒： 甘薯羽状斑驳病毒(SPFMV)、隐潜病毒(SPLV) 其它检测到的病毒侵染后对产量的影响程度尚不明确 病毒检测采用指示植物法和血清学方法检测病毒在马铃薯上造成严重危害病毒：马铃薯Y病毒( PV Y) 、马铃薯卷叶病毒( PLRV) 、马铃薯A 病毒和X 病毒( P

9、VA、PVX) 以及马铃薯纺锤块茎类病毒(PSTVd) 等。在所有的这些病毒和类病毒中, 我国广泛分布的有: PSTVd、PLRV、PV Y、PVX以及苜蓿花叶病毒(AMV)而马铃薯Y 病毒坏死株系(N 株系) 、烟草脆裂病毒( TRV) 以及番茄黑斑病毒( TBRV) 只局部发生脱毒种薯(苗)质量标准 (1)黄淮、长江流域及北方薯区 原原种原种生产用种纯度100%99%96%薯块整齐度90%85%80%不完整薯率1%3%6%羽状斑驳病毒隐潜病毒05%-10%15%-20%根腐病001%线虫病000黑斑病软腐病率01%2%(2)南方薯区 特级苗 无病毒，无其它病害，茎尖分生组织脱毒培养的试管苗

10、及组培微繁的试管苗经病毒检测认定后为特级苗。一级苗 从特级苗严格隔离种植的植株上采苗，病毒感染率小于10%，无明显病毒症状，无病虫害。二级苗 由一级苗在产区适当隔离种植获得，病毒感染率允许10%-30%，但病毒症状轻微，无病虫害。三级苗 由二级苗在产区适当隔离种植获得，允许病毒感染率30%以上，但病毒症状轻微，也允许有其它病虫害少量轻微症状。三级苗为生产用苗，不能再作种苗繁殖。 (二)花卉、苗木等微繁技术 一是通过器官发生，由培养的组织或细胞产生愈伤组织，再诱导发生芽和根；或培养的组织直接诱导发生芽和根。二是通过无性胚发生，由培养组织产生愈伤组织，通过悬浮培养，或直接产生大量胚状体，再生长发育

11、形成植株。通过胚状体培养可以得到大量的植株，大大提高繁殖率。 利用组织培养生产大面积用种主要集中:花卉种苗的生产顶端分生组织培养形成小植株一般把由外植体芽(不包括不定芽)在组织培养下直接诱发生长都称为茎尖培养。为获得无病毒植株进行的茎尖培养，其开始所取外植体仅毫米，可称为严格茎尖。茎尖培养繁殖变异少，能很好地保持遗传稳定性。 2 通过器官直接诱导不定芽利用植物的根、茎、叶及其他如花茎、鳞片、花等器官的小块组织在培养基上直接诱导产生不定芽，生长发育成新梢，这些新梢可再切成小块进行继代培养，再产生大量不定芽，扩大繁殖系数。 微繁、快繁的主要方式：3 愈伤组织培养再诱导产生不定芽 接种的组织或器官块

12、，采用较高浓度生长素就可诱导愈伤组织生长。愈伤组织长大时可切成小块，再继代增殖。愈伤组织扩大到一定数量，可将其转入含高细胞分裂素、低生长素或不含生长素的分化培养基诱导不定芽，分化成苗。也可将愈伤组织先诱导形成胚状体，然后再发育成小植株。 4 细胞培养 包括悬浮细胞培养和单细胞无性系繁殖悬浮培养是将游离的植物细胞悬浮在液体培养基中进行培养。因为植物细胞具有集聚性，在培养过程中不象细菌那样各自分散在培养液中，通常在培养液里只有少量的单个游离细胞，大量的是球状细胞集聚体。悬浮细胞培养多用于生产一些植物特有产物。 植物单细胞在离体条件下培养时，可通过细胞分裂形成细胞团，再经过细胞分化形成根、茎、叶等器

13、官，或经过胚状体，最后长成植株。 (三)人工种子 植物组织、细胞培养可以形成小芽或胚。一般所谓胚指种子的幼小植物体。由组织培养中体细胞经历和种子同样发育的过程，就可形成胚，这样就称体细胞胚。通过培养产生的大量幼芽和体细胞胚，用特定方法将其包裹起来加以保护，制成种子的类似物。这就叫人工种子 历史Or Synthetic seed(合成种子)analogs of bantonical seed（种子类似物）1978年murashige国际园艺学术会议首次提出研究人工种子的设想指将植物离体培养中产生的体细胞胚或能发育成完整植株的分生组织(芽、愈伤组织、胚状体等)包埋在含有营养物质和具有保护功能的外壳

14、内形成的在适宜条件下能够发芽出苗的颗粒体。人工种子的基本结构胚状体人工胚乳人工种皮胚状体人工种子的“核心”部分，相当于天然种子的胚具有胚根和胚芽的双极性，能发育成整个个体人工胚乳为胚状体的Q进一步发育提供必需的营养由各种培养基的主要成份组成，主要包括碳源、氮源、矿物质、维生素、激素等根据目的的不同加入的物质也不同，还可以向人工胚乳中加入各种不同的物质如 杀虫剂、除草剂.人工种皮具有保护作用，能够像天然种皮一样在适宜条件下维持胚状体的正常生长发育。它既可以保证种子内水分和营养免于丧失，又能保证良好透水透气，防止外部机械冲击的压力胚状体的发生方式外植体的表皮细胞愈伤组织细胞悬浮培养中的单细胞原生质

15、体的胚状体花药、花粉培养产生的单倍胚状体人工胚乳的研制海藻酸钠中加入 MS培养基 固化成球的胶体对水有很好的通透性，使种皮中的水溶性物质及助剂易随水失，且胶球易粘连和失水干缩。 改进选用无毒、透气和吸水性强的木薯淀粉与1.5% 海藻酸钠(1/2 M S 培养基配制) 混合制作的胚乳可改善单一海藻酸钠人工胚乳的透气性、吸水性和发芽率 人工胚乳中加入GA 3 有利于人工种子的发芽, 加活性炭可改善营养固定和缓释, 提高人工种子在土壤中的成苗率。人工种皮的研制人工种皮的要求 1.对胚状体无毒害 2.抗压 贮藏运输中的挤压 机械播种的压力 3.含农药 防止播种后土壤微生物的侵染 4.播种后易于化解，对

16、环境无毒害包埋材料的选择胶类 海藻酸盐、琼脂、明胶、淀粉、动物胶、果胶、角叉胶等 络合剂 钙盐、氯化钾、氯化铵海藻酸钠 优点：无毒、资源丰富、价廉及工艺简单等特点被广泛应用于人工胚乳的制作。 缺点：营养物质易渗漏、透性差而阻碍体细胞胚的生长、胶粒易失水变干及失水后的吸水回胀率低、胶粒本身带有粘性和不便于贮存、运输和播种等问题。人工种子的制备方法主要为海藻酸钠包埋法人工种子的贮藏 贮藏是人工种子的主要难点之一, 贮藏时间远不如天然种子。 人工种子含水量大，常温下易萌发，易失水干缩，贮藏难度较大。 目前应用的有低温法、干燥法、抑制法、液体石蜡法等及上述方法的组合, 干燥法和低温法组合是目前应用最多

17、. 胡萝卜愈伤组织在15相对湿度25% 的条件下存放一年仍可再生。 大豆体胚干化到原体积的40% 50% 后再吸水, 萌发率仍达到31%人工种子的播种能否直接播种关系到人工种子在生产上应用潜力。虽然在有菌条件下有的植物的人工种子发芽率已达95%以上,但大部分还很低。影响发芽率的主要因素主要有 胚状体的质量 种皮的透气性 人工胚乳的营养 抗病能力主要程序人工种子研制操作程序大致包括：外植体的选择和消毒 愈伤组织的诱导 体细胞胚的诱导 体细胞胚的同步化 体细胞胚的分选 体细胞胚的包裹 包裹外膜 发芽成苗试验 体细胞胚变异程度与农艺研究。 研究人工种子的意义 1.不受季节限制，四季皆可生产 2.自然条件不结实或种子昂贵的植物种子 快速繁殖 3.可机械化生产，效率高，占地少 4.改变种子生长发育条件 5.加快育种进程 6.体积小，便于运输 7.适于机械播种待解决的问题(1)许多重要的植物难得到高质量的体细胞胚或不定芽。(2)包埋剂的选择及制作工艺方面尚需改进，以提高体胚到正常植株的转化率，并达到加工运输方便、防干防腐耐贮藏的目的。(3) 实现机械化操作，进行大量制种和大田播种(4) 成本高(5) 发芽率低 (6) 易变异90年 32种植物94年 76种植物