前 言

所谓人工种子，就是用高分子凝胶包住由克隆增殖得到的小植物体——这种类似于种子的胶囊物就是人工种子。这种人工种子若能提供给市场，就可使社会所需求的新品种得以迅速繁殖。本文以西芹不定胚以及毛状根的人工种子调制方法为例，就人工种子的现状及问题作一叙述。

植物的繁殖方法大致可分二大类 :一种是由种子繁殖，另一种是由插条、压枝、移接、分株、茎块等繁殖（亦称营养繁殖）。由于种子繁殖这一方法最为简便，故广泛应用于农业、园艺方面。但要想培育一个新的优良品种则很困难，这是由于植物在传代优异的遗传基因的同时，有时也会将不易发现的劣质遗传基因传下来。为此，培育一个优良品种必须花费10年至20年的时间，有时甚至费时再长也培育不出来。

现在，一种应用植物组织进行培养的技术正在迅速发展。由营养繁殖方法之一的克隆增殖法培养草莓、马铃薯、石竹、兰花、苹果、葡萄等供应市场。克隆增殖的基本方法，就是将灭菌的植物组织放在培养液中使其大量增殖，由这一组织在植物体内的再生，大量增殖克隆植物。一旦发现具有优良遗传特征的个体，就可用克隆增殖法在短时间内大量增殖与该植物完全相同的东西。病毒感染会严重阻碍植物的生长，但若能在培养时去除植物的病毒，就可提高收获量。克隆增殖的培养方法大多使用混入营养源的琼脂固态培养基，故要花费相当多的人工与时间用于制作苗，而且像稻子、小麦等大面积耕种作物，以现有的增殖率与种子繁殖相比，成本上根本无法竞争。因此，必须利用能大量获得小植物体的液体培养系统，开发一个既有种子繁殖的简便性、又有克隆增殖优异性的人工种子供给系统。

一、人工种子的意义

人工种子的概念，是美国穆拉西格（Murashige）博士1978年提出来的。这是将由组织培养得到的不定胚、不定牙制成胶囊供应市场的新种苗供给系统。人工种子充分发挥克隆增殖的优点，且由于是在试管内培养，故可不受季节、气候的影响，不用等待一年一度的种子培育，短时间内就可获得种子。另外，由添加化学变异剂、基因工程方法可期待在细胞水平方面改进品种，具备原有种子所没有的特征。

一般认为，人工种子是由能维持稳定的遗传特征、具有高效分化能力的内封物，，以及包住内封物的含有营养成分的人工乳构成。人工胚乳由物理性冲击、干燥来保护内含的植物细胞免受病毒、微生物的污染，并保持良好的通气性、水分及营养成分，以利促进发芽及生长。研究人员还考虑在最外层制作多层结构的薄膜，以利添加保水剂、抗生素等药剂。

人工种子的制造，由构成内封物的克隆植物大量增殖、甄选、成熟、胶囊化、贮藏、运输一系列的生产程序组成。为使人工种子实用化，在详细研究具有高度发芽能力的人工种子结构的同时，必须考虑如何有效地提高各生产工艺的效率。

二、使用不定胚的人工种子

一般来说，种子必须是由受精卵发育成胚，再发展长大为完全的植物。植物的场合，胼胝（尚未变成茎、叶茎的未分化细胞组织）、普通的叶、茎等，受精卵以外的细胞，有时经过与受精卵类似的形态变化后变为胚，我们称它为不定胚。使用适当的培养方法，不定胚再次分化为完全的植物体。

形成不定胚的有效因子为植物荷尔蒙之一的茁长素，由于具有形成不定胚能力的细胞是作为胚进行形态分化的，故必须除去茁长素。在形成不定胚的过程中，具有形成不定胚能力的细胞大致可分为诱导期，以及胚的形态分化、发展二大过程。后者还可进一步分为细胞分裂频繁的球形胚形成阶段、从外观无明显变化的球形坯发展到心形胚阶段、再由心形胚发展至鱼雷形胚阶段，以及鱼雷形胚成熟至发芽的阶段。

以西芹为例，第一阶段由西芹叶诱导衍生的胼胝放在置于暗处含有茁长素的培养基中培养；第二、三阶段，将除去茁长素的培养基置于亮处继续培养，经过不定胚使其发展成植物体。在第一阶段的培养中，以使用pH为指标的硝酸液或氨氮液进行培养，结果得到了为分批培养1.45倍的效率。

在第二、三阶段，在除去茁长素的同时，一般需要光照射。光的照射量对于形态形成是个重要因素，它对于决定包括生物反应器形状在内的培养方法有着重要影响。我们研究了形成不定胚与光需求量的关系。心形胚形成时，光不是必须的，由暗处与亮处造成的形成数量差别也极小。

此外，第二阶段即使置于暗处，只要第三阶段有相当的光照射，就能得到十分健壮的小植物体。叶绿体的形成与不定胚的形成是同时进行的，与光的有无没有关系。再分化这一过程，由胼胝至形成健全的球形胚、心形胚、鱼雷形胚的阶段是最难的。这期间容易发生变异，也最易左右人工种子的生产效率。就是说，鱼雷形胚的数量就是人工种子的数量，因此如何进行第二阶段的培养是最重要的。虽然第二阶段的光照时间及光照量可以考虑减少，但第三阶段的光照时间必须在16 h/d以上，健壮的植物数量与光照强度成正比。另外，在3800 lx的光度下，16 h/d的光照时间能最好地促进小植物体的形成数量。

至今为止，有许多关于植物种子的不定胚形成报告，但实际的农作物中，有许多不定胚并没有诱导衍生物，故尽管报道了不定胚的形成，但大多不定胚的形成数量很小。为了使人工种子技术实用化，在利用价值高的植物中，高效的不定胚诱导衍生法的开发是不可缺少的。

三、使用毛状根的人工种子

已经知道，在这种毛状根中，存在由光照射使植物体再分化的成分。例如，诱导的长春花属毛状根制作的药品原料，只有再分化的茎及叶具有特异性。此时，毛状根的人工种子成为连结制作有用植物细胞及物质生产的重要桥梁。源于毛状根的再生植物体具有如下特征：

1. 地表部分矮化；

2. 与初始植物相比，根系发达，故可期待有较好的抗风雨及抗干燥性；

3. 在导入Ri质粒时，同时也有可能导入目的异种基因。

在诱导毛状根时，诱导的毛状根之间，由于在形态、增殖速度、生产物的含有量等遗传特征方面有差别，可以选择能保持各种遗传特征的个体。另一方面，在同一毛状根（克隆）内，显示出这类遗传特征是均一的，且基因性能稳定。正是这种多样的选择性以及选择后的稳定性，才是毛状根作为人工种子的最大优点。

由上可看出，毛状根不仅仅是停留在物质生产这一目的上，作为再分化的植物也是有效的，但还没有人进行有关人工种子化的研究。

由于不定胚本身就是一个一个处于单独分离的状态，故可就此作为人工种子的内封物。但是毛状根连结的是植物组织，故必须切断成最佳长度。毛状根作为人工种子，可根据断片化操作需要，利用生长于暗处的未呈绿色的毛状根、处于暗处的毛状根上形成的粒状不定芽原基，以及在明处发芽的毛状根不定芽3种植物体。是在培养后立即进行胶囊化，还是成熟处理后胶囊化，根据具体情况进行选择。此外，与断片化方法及封入胶囊植物体相符的营养成分的选择也是重要的课题。现在正摸索使用最佳毛状根的人工种子结构，可以在至今为止的实验中选出一些较明显的例子。

一般较为通用的培养方法，在暗处使毛状根增殖，在亮处添加植物激素之一的细胞分裂素使其发芽。毛状根在增殖阶段不需添加茁长素，但我们特意作了添加茁长素的试验。结果是分枝增大，最大增殖速度达2.4倍。从分枝W近发芽，及添加茁长素对发芽影响极小这点可知，即使在暗处，也可添加茁长素（NAA1.0 mg/L）。将这种毛状根切断至5 mm左右的长度，然后将断片制成胶囊再放在亮处培养，发芽长成植物体。此外，如在暗处培养毛状根，可形成1~10 mm的颗粒。在亮处长出绿色的叫做不定芽原基。从未长出绿色这点来看，不定芽原基与在明处长成的植物体是同步的。但必须增加与毛状根数量相应的不定芽原基数量，改进操作方法。

使用毛状根，由工业一体化生产人工种子，就必须使用机械进行切断处理。因此我们研究了用搅切机进行毛状根的断片处理。使用添加细胞分裂素的液体培养基，在光照射下使毛状根断片形成不定芽，此时，在人工种子中放入内封物，每升培养液得到了约1800个左右大小2~5 mm的不定芽。添加细胞分裂素可增加发芽数，促进不定芽的成长，由此通过控制细胞分裂素的浓度及培养时间可调整不定芽的尺寸。另外，添加细胞分裂素与不添加相比，可较好地控制根的增长。使用1立升的生物反应器进行培养，可以扩大规模。现在正在研究如何改进条件，增加生产量。其后，将这种不定芽进行脱水处理，再用海藻酸钙凝胶进行胶囊化，约经过15天，100%的人工种子就发芽了。综上所述，由搅切机处理的毛状根得到的不定芽作为人工种子的内封物比较优良。

种子的本来作用就是保留基因。为此，现在的人工种子与原来的种子相比，发芽能力、基因稳定性、贮藏性等许多方面均略为逊色。但由克隆增殖生产的人工种子去除了保留后代的义务，由此减轻了人工种子努力接近原来种子的压力。此外，使用人工种子的植物不是栽培在室外，而是在植物工场那样的环境使其生长，故对人工种子不要求具备原来种子所具有的全部性能。要实现直播人工种子，今后还有一个发展过程，但首先必须是在适当的管理环境下使用人工种子，可以预测人工种子担当部分植物生产的日子已为期不远*

[Bioindustry，1994年第5期］