正文 第二節體細胞胚胎的發生(1 / 2)

在自然界體細胞胚胎發生的典型例子是柑橘屬的植物可從胚珠的珠心組織長出許多珠心胚。據不完全統計,能夠通過體細胞胚胎發生途徑從植物組織培養物誘導胚狀體發生的植物種類在150種以上,分布於40多個科,其中包括被子植物幾乎所有重要的科和一些裸子植物,這表明胚狀體發生在高等植物中是一個普遍的現象。體細胞胚是人工種子的主體,其質量直接決定著人工種苗的質量。

一、植物體細胞胚的概念、特點及優點

(一)概念

在特定條件下,由植物體細胞分化形成的類似於合子胚的結構,叫胚狀體(embryoid),也叫體細胞胚(somaticembryo)或體胚。從體細胞產生胚狀體的過程叫做體細胞胚胎發生(somaticembryogenesis)。體細胞胚是人工種子主體,其質量直接決定著人工種苗的質量。

(二)體細胞胚的特點

由於胚狀體的形態發生過程與合子胚很相似,因此對於這種由體細胞來源的“胚”(胚狀體)曾有各種各樣的名稱,如胚、體細胞胚、不定胚、副胚、類胚體、花粉胚等。不過,現在一般所說的胚狀體,主要是指在組織或細胞培養過程中,起源於非合子胚細胞、經過多次分裂產生的一種與胚相似的結構。這種胚狀體具有這樣一些特點:其一,這種胚狀體是組織和細胞培養的產物,以區別於自然界中的無融合生殖的胚;其二,這種胚狀體起源於非合子細胞,以區別於由卵和精子結合而形成的合子胚;其三,這種胚狀體具有胚根、胚軸和胚芽的完整結構,且與外植體的微管無組織聯係,易於分離下來,以區別於組織培養中的不定芽或不定根。

(三)誘導胚狀體的優點

1.數量多在細胞、愈傷組織和器官的培養當中,一個外植體誘導產生胚狀體的數量,往往要比誘導芽的數量要高得多。

2.速度快胚狀體是以單細胞直接分化成小植株,比經過愈傷組織再分化的要快些。

3.結構完整胚狀體一旦形成,即可長成小株,成苗率高。

二、影響胚狀體發生和發育的因素

幾十年來對於胚狀體發生的機理從形態學、細胞學、生理學和分子生物學等不同的角度進行了大量研究,為在實驗條件下控製胚狀體的發生和發育提供了許多重要的科學資料,但是胚狀體的誘導和發生是一個十分複雜的過程,其機理至今仍然很不清楚,是植物分子發育生物學中有待解決的重要問題之一。

植物材料的內在因素和組織培養的外部條件兩個方麵的許多因素都會影響胚狀體的發生和發育,主要的因素可以歸結如下。

(一)供體植物的基因型

不同植物種之間在產生胚狀體的能力方麵有很大的差別,茄科植物中的矮牽牛和顛茄等容易產生胚狀體,而煙草雖然同屬茄科植物,但很少產生胚狀體,一般是通過根芽的分化形成再生植株。

同一物種的不同品種之間在產生胚狀體的能力方麵也有很大的差別,在同樣的外源激素條件下,一些茄子品種的愈傷組織通過體細胞胚胎發生途徑再生植株,另一些品種則通過根芽分化再生植株,這種情況目前還無法給以恰當的解釋。

(二)外植體的來源和培養物的生理狀況

在實驗過的植物種類中,隻有少數物種的來源於各種器官的外植體能產生胚狀體,例如胡蘿卜。大多數植物隻有處於一定發育階段的某一種器官的外植體才可以誘導出胚狀體。雙子葉植物的下胚軸和子葉、禾穀類幼胚的盾片和幼穗等都是容易誘導胚狀體的外植體。石龍芮的花芽隻有在小孢子母細胞減數分裂前的時期進行培養才會產生胚狀體。長春藤隻有成熟的莖段才能產生胚狀體,幼年的莖隻能分化芽。在石龍芮、芹菜、人參、唐鬆草和酸棗的組織培養中觀察到,離體培養產生的胚狀體可以再次作為外植體,經過繼代培養能夠產生大量的次級和三級胚狀體,因此可以利用胚狀體的連續培養快速繁殖種苗。外植體培養時間的長短也會對胚狀體形成的能力產生影響,隨著胚性愈傷組織繼代培養代次的增加,胚狀體發生能力逐漸降低,一般認為是由於一些培養細胞的染色體倍性增高或者發生了染色體畸變。還有一些植物的愈傷組織要經過長期培養才能產生胚狀體,人參愈傷組織要經過8個月的繼代培養才具備分化胚狀體的能力。

培養細胞的內源激素水平對胚狀體發生可能有更直接的影響。胚狀體內其他內源激素的研究還不多,關於內源激素對胚狀體發生的影響目前還不能得出明確的結論。

(三)與胚狀體發生相關的基因的表達

Kitamiya等(2000年)在2,4-D誘導的胡蘿卜體細胞胚胎發生的起始階段分離到兩個相關的基因,正在對它們的功能進行研究。最近在擬南芥菜生長點突變體中克隆的WUS基因被證明與細胞全能性的保持與表達有關,Zuo等(2002年)將WUS構建到超量表達的質粒中,然後轉化擬南芥菜,在轉基因植物中觀察到根或其他部位的體細胞能夠分化出胚狀體,說明該基因的表達對於胚狀體的發生有重要的影響。