离体培养条件下,没有经过受精过程,但是经过了
胚胎发育过程所形成的胚状类似物,此现象无论在
体细胞培养还是生殖
细胞培养中均可以看到,因而统称为体细胞胚或胚状体。在离体
植物细胞、组织或
器官培养过程中,由一个或一些体细胞,经过
胚胎发生和发育过程,形成与
合子胚相类似的结构。胚状体一般专指在
组织培养条件下产生的非合子胚以区别于
自然发生的珠心胚及其他通过
无融合生殖和由合子胚分裂产生的胚(见
多胚现象)。
简介
胚状体是指在细胞、组织或器官的离体培养中,通过体细胞或性细胞未经受精而分化出与合子胚相似的胚胎。它包括体细胞胚与性细胞胚,
人工种子目前主要使用体细胞胚。
人工种子对胚状体有如下要求:①播种后能马上发芽出苗,且根与芽几乎同时生长;②下胚轴无膨大,无愈伤组织化;③同步化程度较高或经分选后能达到大小基本一致,使包裹制作的人工种子发芽生长整齐;④活力强,有一定的抗逆性;⑤发芽后幼苗形态与生长基本正常。
产生
能产生胚状体的植物已知的有43科92属117种,在维管植物各大类群中均有报道。
植物体上具有产生胚状体能力的部位也十分广泛,离体培养的根、茎、叶、花芽、
花药、幼苗、
合子胚及胚状体的
子叶和下
胚轴,
胚乳以及植物体各部分的单细胞和
原生质体;从
单倍体到
二倍体和
多倍体细胞,都能直接产生或通过诱导
愈伤组织再分化为胚状体。
对胚状体的发生研究得比较详细的有石龙芮的下胚轴,烟草
花药培养中的小孢子及胡萝卜和颠茄的细胞及原生质体等的培养物。胚状体发生初期的细胞分裂与合子胚的不同,但分化后的发育过程与合子胚的类似,均由
球形胚→心形胚→鱼雷形胚→成熟胚。
胚状体产生的方式有:
①直接由器官上发生,如石龙芮的下
胚轴(图a),檀香的幼胚,
菟丝子及桑寄生科的Dendrophthoefalcata的胚。石龙芮下胚轴产生的胚状体,是由表皮
细胞分裂出来的,并有胚柄的形成。
②培养物先形成
愈伤组织,由愈伤组织
再分化形成胚状体。这种方式比较常见,从石龙芮雄蕊的药隔,咖啡的叶,四季橘的珠心等组织中培养得到的胚状体都是这样形成的。胚状体可以在愈伤组织的表面产生,也可以从深层细胞产生,如印度娃儿藤的茎愈伤组织和猕猴桃
胚乳的愈伤组织,胚状体既可由表层细胞形成,也可由一些深层的细胞形成。
③在
花药培养中,可由小孢子发育成胚状体,如烟草(图b),曼陀罗、水稻、水麦等。对小孢子发育成胚状体的过程,在烟草、曼陀罗、茄子和辣椒中已做了详细观察。小孢子早期发育成的多细胞团,并不都发育为胚状体,有的也可发育成
愈伤组织。两者在结构上不易区别,还有待研究。
④在单细胞及
原生质体培养中,研究得最多的是胡萝卜。在
悬滴培养中,已看见由一个细胞发育成胚状体的全过程:这一个细胞先形成一个胚性细胞团,再从胚性细胞团上的细胞起源发育成胚状体(图c)。
胚状体与
合子胚发育过程不同之处,最常见的是
子叶的形状及数目。胚状体的子叶有时多到3~4片,有时只具一片
荷叶状的子叶,如烟草小孢子发育成的胚状体。
不论是哪一种方式产生的胚状体,在发生和发育过程中一般是不同步的。所以在一个材料中同时可以见到各个不同发育时期的胚状体。
诱导条件
诱导胚状体需要的条件,因植物种类、部位和培养时组织细胞所处状况的不同而异。可有几种情况:①胚状体的产生不需要任何激素和
细胞分裂素的,如烟草,曼陀罗和水稻等的
花药培养,莳罗和茴香的
子房培养,四季橘
愈伤组织和欧芹叶柄的
愈伤组织培养。②培养中需要
生长素或细胞分裂素或二者的组合,如石龙芮的下
胚轴,檀香和石刁柏的愈伤组织培养。有的需要较高的激动素和
生长素的配合才能有较高的胚状体发生频率,如颠茄的
花药培养。③需先在有激素的培养基上诱导,然后转入低浓度激素或无激素的培养基中,如石刁柏下胚轴的
愈伤组织培养及颠茄细胞的
悬浮培养。胡萝卜在诱导
愈伤组织时需2,4-D,但由愈伤组织诱导出胚状体时,则需在没有2,4-D的培养基培养。某些天然产物,如椰乳,西瓜汁,
酵母提取物,酪朊水解物或腺嘌呤等都有利于胚状体的发生。
胚状体的诱导与外植体所处生理状况,内源激素的变化及遗传性、倍性等都有密切关系。
形成优势
1、形成的再生植株遗传性状稳定,不会出现如
器官发生途径中出现的嵌合体植株,起源并不复杂。
3、体细胞胚形成后与母体的维管束系统联系少,即出现所谓的
生理隔离现象。胚性细胞形成的多细胞原胚始终被厚壁所包围,与
周围细胞形成明显的界限,通过柄状物或者
愈伤组织相连接。
4、体细胞胚含水量比合子胚高,且没有休眠。
起源
胚状体大多起源于一个胚性细胞,通过首次分裂形成二细胞原胚,以后经过
细胞分裂形成多细胞原胚,在单
子叶植物中,胚性细胞的第一次分裂一般为不均等分裂,在双子叶植物中,胚性细胞的第一次分裂为不均等分裂或者均等分裂,在大多数情况下,胚性细胞的第一次分裂为平周分裂,形成两个子细胞,处于上部的顶细胞继续发育为多细胞原胚,而处于下部的基细胞则形成柄状类似物。
发生过程
直接途径和间接途径
2、间接:在
固体培养中外植体首先形成
愈伤组织,然后
再分化成为
体细胞胚。
直接:e.g 叶片;分为两个阶段,第一阶段为
诱导期,叶片表皮或亚
表皮细胞接受刺激,进入分裂状态。第二阶段是
胚胎发育期,在此阶段的形成瘤状物继续发育,经过球形胚心形胚。
发育过程
间接1:三个阶段:
诱导
外植体形成
愈伤组织—诱导愈伤组织胚性化—
体细胞胚形成在幼胚中胚以及
子叶为外植体中,可以直接诱导
胚性愈伤组织产生形成体细胞胚。
间接2:培养物中含有两种类型的细胞:
自由分散在培养中的大而高度
液泡化的细胞,不具有
胚胎发生潜力,成簇成团的体积小而细胞质密集的细胞。具有成胚能力。
意义
研究胚状体的意义主要是:①增加繁殖系数。因为它可以直接生长成小植株,成苗率高。并且由
愈伤组织、细胞或
器官培养中,诱导胚状体的数量比诱导芽多得多。②愈伤组织分化的芽不容易发育成小植株的培养物,可是诱导胚状体,就容易得到小植株。③胚状体的维管束与
合子胚一样,是独立产生的,与母体维管束不相连,因此可以得到无病植株。④可应用于
细胞全能性的理论研究。不论是
体细胞或小孢子或
胚乳细胞都有再生成完整植株的
全能性。
植物细胞的全能性可以在培养条件下表现出来。研究这一特性对于建立植物的无性系,了解
细胞分化和
形态发生的机制都十分重要。⑤可以利用胚状体进行同步分裂的研究,以了解细胞周期的真实过程和认识控制从亲代细胞到
子细胞过程中生化变化系列的因子。一般用
生长激素和
细胞分裂素控制细胞同步分裂。