植物人工种子应用的意义和前景展望

　　摘    要：　综述了近40年来人工种子在植物繁育新领域的研究进展及应用现状，阐述与分析了人工种子的概念、发展现状、应用前景，结合在沙地云杉人工种子方面的探究，提出了人工种子目前应解决的问题及今后的应用方向。

　　关键词 :      植物:人工种子:研究进展应用前景，

　　自然界中，植物繁殖的方式主要有无性繁殖、种子繁殖、孢子繁殖等。其中，种子繁殖在植物繁衍中有重要意义，很多植物都是依靠种子实现世代扩繁与生命的延续。另外，很多植物的种子对人类有重要的应用价值，如大豆、芝麻、文冠果等具有食用价值，可榨油；苍耳子、巴豆等具有药用价值，对于人体的健康有很大的益处；梧桐、橡胶等的种子具有很高的商业开发价值，可作为化工原料。植物种子具有很高的挖掘潜力，但一些植物由于气候、人为等因素面临结实困难，甚至濒临灭绝的境地，因此，科学家们通过生物技术的方法以期实现在实验室内进行人工干预实现植物种子的扩繁。

　　随着科学技术的发展，很多学者深入研究植物人工种子的培育方法，希望为植物的繁殖提供新的思路与可能。从长远角度看，人工种子具有良好的发展前景，为植物种质资源的保存开辟了新的路径。以植物组织培养技术为基础作为支撑，植物人工种子制作成为了一项新的生物技术。在当前的研究中，植物人工种子制作已经展现了巨大的发展潜力，虽然目前进入应用阶段的植物种类较少，但已被各个国家当作重点项目，大力支持相关研究活动的开展。在此简述近年来人工种子的研究进展，并探讨未来的研发方向和发展前景。
 

　　1 、人工种子相关内容简介

　　1.1、 人工种子的概念

　　植物人工种子的概念最初由Murashige在1978年第四届国际植物组织细胞培养大会上提出。在这之后多位研究专家学者对其进行了补充，1985年日本学者Kamada[1]将人工种子的概念进行延伸，通过研究认为使用适当的方法包埋植物组织，培养所获得的具有发育成完整植株的分生组织，如芽、愈伤组织、胚状体等可取代天然种子播种的颗粒体均为人工种子。在1998年，我国科学家陈正华等人对人工种子的概念提出了进一步的扩展，主要内容是：无论是涂膜胶囊中包埋的还是裸露的，经过干燥等处理的繁殖体，只要还存在繁殖能力，可以发育成完整植株的都可以称为人工种子。在这些不断完善的理论支持下，人们对人工种子的制作研究逐渐加深，在植物组织细胞培养技术的支持下，开始探寻利用其他离体培养的植物器官用于植物人工种子生产，主要是进行了微芽、微型变态器官等部位的研究。如今科技水平提高，已经将芹菜、花椰菜、苜蓿、铁皮石斛的胚状体包装成了人工种子，我国科学家经过努力钻研成功研制出了水稻人工种子[2]。尽管当前人工种子已经取得了不俗的成效，但由于体细胞诱导技术在植物种类上存在局限，使人工种子应用发展受到限制。

　　1.2、 人工种子的发展现状

　　人工种子的制作对农业生产有重要意义，不仅促进了农作物的改良创新，也为提高农作物的优良品质产生深远的影响。通常天然的植物种子由3部分组成：种皮、胚和胚乳，这3部分共同保证了种子正常发育，种皮起到保护作用，胚是发育成新植株的部分，胚乳起到营养支持作用。而同样的人工种子也需要保证有营养、保护、发育这3个组成部分。当前有的人工种子的种皮是利用海藻酸钠和氯化钙络合产生，形成具有一定硬度的藻酸钙层包在胚状体等材料外，起到了保护人工种胚的作用。还有的采用海藻酸钠胶囊外包裹高分子化合物作为种皮，此时这层高分子化合物外膜便是种胚的保护措施。人们根据合成种子的需要，配置相应的营养液，进而形成可以促进胚良好发育的人工胚乳，而人工种子的胚通常是依靠生物技术从组织培养中得到胚状体、芽、愈伤组织等类似物而形成的。

　　从人工种子概念的提出到今天为止，很多国家都进行了相关的研究。引起了各国高度的重视，经过40多年的发展，现今的人工种子取得了很大的进步，已对35个科近40种植物进行了探索，除了胡萝卜、玉米、芹菜、棉花等农作物外，在园艺植物和林木中[3]也取得了一定的研究成果。如苜蓿、长寿花、水塔花、白云杉、挪威云杉、沙地云杉[4]、杂交鹅掌楸[5]等。经过多年的研究探索总结，在包裹材料的培养和优化及人工胚乳的制作工艺到附加物的种类筛选等方面都有了进步，通过开展人工种子的研究探索，在农作物产量及林业发展方面取得了突破性进展，带来了巨大的经济效益。

　　2、 人工种子的应用及意义

　　2.1 、人工种子的应用

　　2.1.1、 大田作物。

　　其中有很多植物都已经被科学家和学者做了植物人工种子的研究，如水稻和马铃薯等人们常见的粮食作物，对于水稻主要是采用了它的不定芽作为胚，将其包裹起来制作人工种子。而对于马铃薯等可采用不定芽也可选择度过休眠期的微型薯[6]，其中对于微型薯具有要求，相应的直径不能超过0.2～0.3cm，使用海藻酸钠进行包埋后，形成人工种子。

　　2.1.2 、园艺植物。

　　李晋华等[7]以丛生芽作为小黄姜人工种子的包埋繁殖体，并深入研究了人工种皮基质、胚乳组成、络合时间、贮藏条件以及萌发基质、储藏条件等因素。陈秀玲等[8]在水塔花的人工种皮上添加防腐剂从而提高种子的发芽率，李小玲等[9]研究了美容杜鹃人工种子制备及萌发技术，邢小姣等[10]研究了垂盆草人工种子制作。

　　2.1.3、 药用植物[11]。

　　张虹等[12]采用双层膜制作人工种子，其优点是增强了抗压和保水性并提高了人工种子的萌发率。李欢[13]研究了影响半夏人工种胚同步化的关键因素，结果表明：添加0.5mg/L6-BA+0.1mg/L IBA+10g/L蔗糖同步分化率最高。范滕飞等[14]深入研究了铁皮石斛人工种子及产业化生产关键技术。

　　2.1.4、 林木植物。

　　应用人工种子技术的有桑树、日本珊瑚树、杂交鹅掌楸，针叶树种有挪威云杉、白云杉、黑云杉、沙地云杉等。沙地云杉是特有的珍稀常绿针叶树种，是沙地治理和干旱区城市绿化的重要树种，因其种子产量低对播种育苗产生了极大影响，且有限的母树资源和年龄效应等因素制约了扦插繁殖技术的使用效果。为了提高沙地云杉的数量，先后采取了多种措施，在生物技术的发展中，人工种子制作为沙地云杉的繁殖提供了新的思路，开展沙地云杉人工种子[15]的研究具有重要意义。经过近40年努力，国内外有10多种云杉属树种的体细胞胚胎发生己获得成功，其中研究较为深入的有挪威云杉、白云杉和黑云杉，获得的再生植株已经大量应用于造林实践，带来了巨大的生态效益、社会效益和经济效益。

　　2.2 、人工种子的意义

　　人工种子制作技术的出现，对于某些自然繁殖缓慢、生长条件苛刻的植物有积极影响。通过体细胞培养突破自然环境和土地资源的制约，可依据需求对植物进行大量室内繁育，虽然人工种子成本花费较高、运输贮存较难，但仍具有较强的应用优势。尤其在培育新品种方面，有不可替代的作用，借助人工种子制作，在进行水稻品种育种时极大地缩短了时间，并可通过人为调控，改良种子的各种特性，借助转基因技术可专门培育具有优良特性的植物。且由于人工种子不涉及植物有性繁殖，植物也不会进行基因重组分离，从而保持植物的杂种优势[16]。

　　3、 人工种子的前景展望

　　由于当前生物技术水平的局限，人工种子制作还存在很多问题，当前技术还不够完善，许多重要植物无法利用此种方式保证正常生长、繁殖，且在贮藏和运输方面无法达到需求，且制作成本较高，很多研究机构难以承担，导致人工种子难以大规模生产。它较试管苗相比，具有繁殖速度更快，体积更小、运输和保存方便等优点，尤其是在对某些难以保存的种质资源、优质形状保存方面有极好的效果[17]，可以克服营养繁殖造成的病毒积累，实现快速繁殖脱毒苗的目标。人工种子的研究将对种子供应不足问题带来解决措施，给园林绿化方面带来突破性的变革。在人们的不断钻研下，人工种子作为新兴技术，未来发展光明可期。

　　4、 结语

　　人工种子具有“超级种子”的称号，发展前景被各个国家广泛认同，但有许多问题仍需要解决，如人造胚乳的营养价值较自然种子更低，无法达到自然种子的效果，最重要是的储存问题，无法像自然种子一样长久保存。这些问题限制了人工种子技术的推广使用，想要让其更好的发展，需要促进生物技术发展，加大研究开发的支持力度，最终将人工种子大规模应用到农林生产实践中。

　　参考文献

　　[1] Kamada H. Artificial seed[C]. Practical Technology on the Mass Production of Clonal Plants. Tokyo CMC Publisher,1985:48.
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　　[4]娜苏勒玛沙地云杉体细胞胚胎不同发育时期生理生化特性研究[D].内蒙古农业大学, 2019.
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　　[7]李晋华,赵德刚,赵懿琛.小黄姜人工种子技术探索[J].分子植物育种, 2018, 16(24):8148-8154.
　　[8]陈秀玲,庄尔铮,何丽烂水塔花人工种子的研究[J]佛山科学技术学院学报(自然科学版) , 2001(03)-.78-80.
　　[9]李小玲，赵义兰,华智锐美容杜鹃人工种子制备关键技术及萌发研究[J].江西农业学报, 2020,32(02):38-43.
　　[10]邢小姣,陆婷，马楠,等垂盆草人工种子制作技术研究[J]西北林学院学报, 2016,31(06):169-174.
　　[11]张夙夙.药用植物人工种子的概况[J]安徽农业科学， 2014.42(24):8164+8176.
　　[12]张虹,何钢,刘贤桂, 等仙茅人工种子的初步研究[J].分子植物育种, 2017.15(08):3173-3178.
　　[13]李欢影响半夏人工种胚同步化的关键因素研究[D]贵州大学, 2020.
　　[14]范滕飞铁皮石斛人工种子工业化生产关键技术[D].大连工业大学, 2014.
　　[15]樊荣,白玉娥,苗慧琴,等-种沙地云杉人工种子的合成方法, CN110999785A[P]. 2020.
　　[16]刘昕岑,樊国盛植物人工种子研究与应用进展[J]绿色科技, 2010(11):39-41.
　　[17]刘福平,张小杭,崔寿福植物人工种子研究概况[J].江西科学, 2015,33(04):484-490.