江苏大学学生科研立项申请书

说 明

l、申报者应在认真阅读此说明各项内容后按要求详细填写。 2、表内项目填写时一律打印，此申报书可复制。 3、编号由学生科研立项管理委员会统一填写。

4、申报作品有关材料请以打印件附于申请书后，申请书（活页）为A3纸双面复印中缝装订，一式三份和申请书一起由所在单位在规定时间内统一报送校团委，团委不接受个人申报。

5、在活页中，一律不得出现申报者和指导教师的信息，否则取消申报资格。

6、第十一批申报的“挑战杯”重点项目不适用本申报书（活页）。 7、有关其他事宜请向校团委咨询。 8、联系人：杜明拴（88780040）

名 称 适应磁吸式机械化播种的诸葛菜人工种子制备研究 研 究 课 题 所属类别 （A ）、A、自然科学类论文B、发明制作C、社会科学类论文 起止时间 申请 经费 总 额 2013.4~2014.7 3000元 成果形式 其它经费来源 一篇核心期刊论文 一、项目的基本内容，项目研究的目的基本思路，国内外研究现状、水平和发展趋势，本研究达到的科学技术水平和预期社会经济效益 1.项目课题的基本内容及其目的、意义和基本路线 ⑴项目课题的基本内容 主要分为三个方面：人工种子内种皮包埋材料筛选制作、常见蔬菜作物的内种皮人工种子制备及发育生长研究、适应磁吸式机械化播种的诸葛菜人工种子制备及其性状研究。 ⑵项目课题研究的目的及意义 细胞工程作为科学研究的一种手段，已经渗入到生物工程的各个方面，成为必不可少的配套技术。在农林、园艺和医学等领域中，细胞工程正在为人类做出巨大的贡献,具有很远大的前景。 植物细胞工程是将植物作为研究对象的，主要是以植物细胞为基本单位在体外条件下进行培养、繁殖和人为操作，改变细胞的某些生物学特性，从而改良品种加速繁育植物个体或获得有用物质的技术。 人工种子(artificial seed)又称人造种子(synthetic seed)叫合成种子(man-made seed)、无性种子(asexual seed)或组培种子（somatic seed)，是植物细胞工程中最年轻的一项新兴技术。最初是由英国科学家于1978年提出的。所谓人工种子，就是将组织培养产生的体细胞胚或不定芽包裹在能提供养分的胶囊里，再在胶囊外包上一层具有保护功能和防止机械损伤的外膜，造成一种类似于种子的结构。狭义的人工种子指将植物离体培养中产生的体细胞胚包埋在含有营养物质和具有保护功能的外壳内形成的在适宜条件下能够发芽出苗的颗粒体，然而能够大量获得人工种子技术要求的 同步高质量胚状体的植物种类很少,重要农作物更 是凤毛麟角，并且，,胚状体存在无性系变异和较长的幼苗幼年期。因此,开发人工种子技术不应局限于胚状体一种材料,日本学者Kamada及德国研究者Redenbaugh将人工种子概念加以延伸，获得了广义的人工种子。即用适当方法包埋组织培养所获得的具有发育成完整植株的分生组织(芽、愈伤组织 、胚状体、生长点等)以取代天然种子而播种的颗粒体,这一设想使得人工种子范围更大。由于芽等快速繁殖的研究已经开展多年,技术相当成熟,进行过研究的植物种类 相当多,变异小,因此 ,芽是一种比较可靠的包埋材料,其应用前景远大。作为一个新兴的研究领域，人工种子在研究应用前景上具有广阔的提升空间和延伸层面： 第一，它同微繁殖技术一样，培养条件可以人为控制，免遭大自然灾害性气候的不利因素，可对一些自然条件下不结实的或种子很昂贵的植物进行繁殖;且具有省地省工可直接在田间播种等优点。

第二，在人工种子制作中，可利用生物反应器大规模植物组织培养，扩繁增值体细胞胚，可加入营养物质、植物生长调节剂、固氮菌、杀虫剂等，产生胚体数量多、 繁殖速度快、 结构完整，极大提高了效率，这是微繁殖难以达到的。

第三，一些难以得到天然种子的珍稀植物或脱毒苗、基因工程植株,作为高等植物基因工程和遗传工程的桥梁，固定杂种优势,大大缩短育种年限，均可配合人工种子技术应用，可人为地控制作物生长发育和抗性，加速用于生产。

第四，人工种子可以为农业经济的工业化发展搭建重要的基础性工具平台，是在大规模机械化农业发展战略布局中高效、高产重要环节的应用研究部分的阶段性研究课题项目之一，其在不同发展环节阶段起到衔接的桥梁作用，也是植物细胞工程更高层次的起点。

据报道,美国已成功地把紫苜蓿、芹菜、苜蓿、菜花等植物经组织培养繁殃而得胚状体或芽直接包裹在海藻酸钙中,待硬化后再包一层动物胶或聚赖氨酸薄胶形成的人工种子.其缺点是凝胶中不含营养成分,且海藻酸钙极易干燥。水溶性高分子物质包裹经过干燥后变硬的胡萝卜和葛缕子体细胞胚,起到了保持生活力和增加贮存率的作用,这种人工种子吸水后可以萌发.他们采用的高分子聚合物(分子量

100000-500000D)有聚环氧乙烷、甲基纤维素、经基纤维素、含羚基的丙烯共聚物、人工合成的三八绿土(trioetahedralsm.etite),或合成的硅酸钠、硅酸镁、硅酸锂在有些方面起到较好效果。日本方面研究显示有学者将胡萝卜和玉米的胚状体放在含有海藻酸钙的MS培养墓中做成包囊,外面再用硅氧烷树脂(Silicone resin)做成外膜,这种人工种子播种于农田中,7天后发芽率为80%这种树脂的外膜还可以防止菌类侵入。用可透水的聚乙酸乙烯醋、羧甲基纤维素、甲基纤维素、明胶或海藻酸盐包裹柑桔体细胞胚,也可延长贮存时间,用水溶性高分子物质如角叉胶、黄原胶(xanthan gum)、聚丙烯酞胺等包裹由植物分生组织而来的不定胚、不定芽、不定根等前体,可增加萌发率,这种人工种子还可以象天然种子一样直接播种在土壤中。

我国人工种子的研究土作起步较晚,目前已研制成功的芹菜、苜蓿、胡萝卜等人工种子，其胚状体外部包裹有一层人工胚乳而无外膜,不利于贮存和运输。近年来,人工种皮的研究已引起有关专家的高度重视,一些高等院校及科一研单位已加强这方面的工作,并取得了一定的进展。目前农业上应用的种子包衣剂是涂覆在天然种子表面的一薄层药膜,可根据不同的生产需要特制成各种不同关型:延缓发芽包衣、微量元素包衣、农药包衣、蓄水包衣、抑制除草剂残效包衣和肥料包衣等。实践证明,种子包衣在控制病虫害,提高种子的质量和产量方面都有一定的效果。如果将种子包衣技术应用于人工种子,预期也会有所收益。

人工种皮是一项新兴的生物工程技术,其重要性已受到高度重视。我们相信,随着人工种皮研究的深入,人工种子贮存、运输、播种等一系列问题将逐步得以解决,从而使人工种子在栽培、育种方面蕴藏的巨大潜力将充分显示出米,最终使人工种子的商品化生产成为可能,并在农业生产中发挥巨大作用。 ⑶课题项目研究基本路线

本课题研究主要分为三个方面的版块进行：人工种子内种皮复合材料包被制备及相关理化属性探究、常见农业经济作物的内种皮人工种子制备实验、诸葛菜磁吸式人工种子制备探究及相应指标观察测定。

①根据以往研究进展选定海藻酸钠、明胶、壳聚糖、羧甲基纤维素、洋槐树豆胶，将

这几种成分通过析因试验设计以不同浓度组合成处理进行包被试验，并测定其相关物理指标保水性水势和抗压性韧度。通过水势αW和抗压力度P建立相关性模型，并以此选定实验条件下人工种子内种皮复合包埋材料最加处理组合。 ②通过一选定最佳材料的人工种子内种皮复合包埋材料处理，将常见农业经济作物油菜、生菜、矮株萝卜，及花卉孔雀草、一串红等材料进行相关的组织培养以获取外植体原材料，并包埋制备人工种子测定其分别在一定温度、光周期及相对湿度环境条件下的萌发率、转株率和存活率,并进行平行比较，总结相似性和差异性。 ③根据人工种子包埋制作的初步研究成果，以组培快繁技术大量获取诸葛菜种胚材料，包埋制备外包被磁粉的诸葛菜人工种子，并通过现有的磁吸式机械化设备进行操作实验，在完成播种的基础上研究不同环境因子如水分相对湿度、光照强度、温度的不同水平对其的影响作用，测定相关生态生理指标：萌发率、转株率、存活率等，并对此指标进行相关性测定和探究，寻找适合一般工业化农业生产条件下保存贮藏人工种子的最佳条件方式。 1.国内外相关研究水平、发展现状及现存难题 ⑴人工种子包埋制作技术 目前已有许多国家的植物基因公司和大学实验室从事这方面研究。欧共体将人工种子的研制列人“尤里卡”计划，我国也于1987年将其列入国家高新技术研究与发展计划(863计划)。经过20多年的努力，人工种子研究已取得了很大进展。人工种子的发展速度很快 ,1990年进行过人工种子研究的植物种类为32种胡萝卜、棉花、玉米、甘蓝、莴苣、苜蓿等人工种子制作获得成功；1994年初则增加到76种植物种类净增长率为137.5%并且逐渐从胡萝卜、芹菜、首蓓等模式植物发展到水稻、玉米、西洋参、树木等重要粮食作物和经济作物上来。由于体细胞诱导在植物种类上存在局限性，体细胞在群体上的变异、木本植物经过胚途径繁殖幼年期较长等问题，在近些年人工种子制备研究国内过程中,胚状体虽然仍占主导地位,但其比例已大大下降,而芽所占比例虽仍低于胚状体,但呈上升趋势。此外,还可用合子胚、转化根等材料来制作人工种子。胚质量以及生长环境等因素有关。新近的研究工作表明人工种子的研究主要集中在,Redenbaugh提出的人工种子概念上。完整的人工种子应包括体胚、人造胚乳或内种皮、包埋基质和胚乳介质即有助于种子贮藏、发芽或生长的辅助外种皮。 从理论上讲,干燥脱水的人工种子更接近于天然植物种子,可以较长时间贮藏,而且更利于运输和播种。另外,千燥脱水过程可有助于胚的成熟、胚的存活和转化。这种类型人工种子是研究的方向。综上所述，人工种子最重要部分仍是体胚的特性和质量,它是人工种子研究的关键。但种皮材料及其工艺的研究仍是重要课题.其整体结构的主要部分里人工种皮的筛选制作向来是一个热点、也是关键难点。根据人工种子制作的意义及目的和其具体结构性能要求，理想的人工种皮，应具备: ( 1)对人工种胚无毒、 无害, 有生物相容性, 能支持人工种胚; ( 2)具有一定透气性和保水性,不影响人工种子贮藏保存, 使人工种子在发芽过程中正常生长; ( 3)具有一定强度,能维持胶囊的完整性, 便于人工种子的贮藏、 运输和播种; ( 4)能保持营养成分和其它助剂不渗漏; ( 5)能被某些微生物降解(选择性生物降解), 降解产物对植物和环境无害。 近些年的实验研究成果表明,许多中性无毒的有机材料,如海藻酸钠、明胶、果胶酸钠、洋槐豆树胶以及Gelrite TM均可作包埋基质。其中海藻酸钠于价格低廉,对内部组织无毒害作用,发芽率高, 结构上更像天然种子,且可在人工胚乳中添加各种物质,以赋予人工种子具有天然种子不具备的功能。Redenbaugh等多名学者研究，以海藻酸钠作包埋基质,用CaCl2作络合剂,转化率及土壤中转化率均较高,效果明显。 应该指出,以海藻酸钠作包埋基质也存在不少缺点。例如：保水性差,、水溶性、营养成份及助剂易渗漏 ，人工种子在空气中易失水,干燥到一定程度后,不能再吸水回胀,因而不利于人工种子贮藏和发芽。研究发现 ,包埋后的体胚不管用海藻酸盐或其它胶，其活力都比不包埋的体胚要低,且发芽率和转化率也受一定影响，有时根尖能突 出胶囊包埋体，而芽不能突出,有时长出的植株出现畸形等。 所以，在人工种子制备研究中，胚的包埋包括材料和工艺，应该是受到重视的另一个方面近些年的研究热点方向，主要集中于对包埋基质的研究应集中在改进其透气性以提高胚的转化率方面。有研究表明，用某些纤维素衍生物与海藻酸钠复合改性的包埋基质,既保留了海藻酸盐基质的特点,又具有良好的透气性、保水性和吸水回胀性能好等优点。 综上所述，根据包埋基质的特点要求,按多样化成分合成或通过复合改性获得比海藻酸盐更理想的包埋基质是人工种子内种皮研究的目标。 ⑵诸葛菜种属性状及市场应用发展前景 ①诸葛菜种属分类、适应性特点及分布 诸葛菜(OPhragmus violaceus))又名二月兰, 是十字花科芸苔族诸葛菜属植物。原产我国东北及华北, 在辽宁、河北、山东、山西、陕西、江苏、四川等地广泛分布, 生于草地、平原、山坡、路旁、阴湿山林处;一年或二年生草本, 开花较早,紫色或淡红色，嫩茎叶可食用,种子可榨油。诸葛菜首先是作为观赏植物利用,通过引种驯化, 可培育成为一种很有前途的庭院花卉和花坛用花, 在我国许多大、中城市地区都有一定数量的栽培, 多被称为“ 二月兰” 或“ 翠微花”。诸葛菜为早春常见野菜，其嫩茎叶生长量较大，营养丰富。据测定，每100克鲜品中含胡萝卜素3.32毫克、维生素B20.16毫克、维生素C59毫克。种子含油量高达50%以上，又是很好的油料植物。特别是其亚油酸比例较高，对人体极为有利。因亚油酸具有降低人体内血清胆固醇和甘油三酯的功能，并可软化血管和阻止血栓形成，是心血管病患者的良好药物。另外有研究深入地对诸葛菜的农艺性状和生育特点方面进行研究,分析了诸葛菜种子油的成分,完成了种子油及菜苔的毒性试验。结果表明：诸葛菜的农艺性状良好,生长周期短,生物量大;种子含油量高,营养丰富,品质优异;菜苔氨基酸含量高,口感好;是一种优质的油料资源植物,具有很大的开发价值。