关于种子科学的论文

业务培养目标：本专业培养，包括科学与工程金属材料的基本知识，无机非金属材料，高分子材料和其他材料的广泛领域的领域，可形成制备，加工，结构与性能的各种材料从事科研教学，技术开发，工艺和设备设计，技术创新和管理工作等方面领域的其他材料，以适应高层次，高素质的社会主义市场经济的发展清一色全面发展的科学和工程技术人才。 业务培养要求：基本理论专业学生主要学习材料科学与工程，学习和掌握材料的制备，组成，结构和性能之间的关系的基本规律。基本训练金属材料，无机非金属材料，聚合物，在各种先进的材料的复合材料和制备，性能分析和测试能力。掌握材料设计和制备设计，提高材料性能和产品，在分析和测试基本技能培训发展的质量。掌握材料设计和制备工艺设计，提高基本技能，研究和开发新材料和新材料，工艺和产品性能开发的质量。 毕业生应获得以下几方面的知识和能力：1. 掌握金属材料，无机非金属材料，高分子材料等高科技材料科学和材料合成与制备，材料复合材料的基础理论设计等专业知识;  2.基本材料性能检测和质量控制，研究和新材料，初始容量的新工艺开发方面的知识;  3.掌握材料加工的基本知识，具有正确选择设备进行材料研究，材料设计，初始容量材料开发;  4.具有必要的专业机械设计，电气和基本知识和电子技术，计算机应用技能;  5.熟悉的技术和经济管理知识;  6.掌握文献检索，查询数据的基本方法，具有初步的科学研究和实际工作能力。

“地球承载力的底线”是人们最为关注的问题，人口、环境、粮食、能源和资源等一系列危机，使地球这一封闭系统的稳定性正在逐步下降。一个有限的地球，不能满足无限增长的人口需求。有人估计，再过1540年，世界人口的重量将等于地球的重量。解决的办法就是开拓人类生存空间，向地外空间找出路、移民地外星球。而今，载人航天、空间站、登月计划、火星开发……人类正一步步朝着理想的家园迈进。 近年来，载人航天，特别是正在建造中的国际空间站，使空间生命科学和空间生物技术领域的研究异常活跃。在太空生活对于人类的身体健康和延续后代有何影响？长期、远距离飞行过程中，怎样才能在飞行器上自己供应食物、空气和饮水？怎样才能保障人进入太空正常生活和工作？都将是科学家们为太空开发所要解决的问题。我国的科学家也在积极为载人飞行做着各种准备。在近期的一次空间科学研讨会上，有幸结识我国在空间进行植物试验的第一人———原中科院植物研究所研究员刘存德。她向我介绍了空间植物学领域的一些情况。 石刁柏干种子———我国首次植物上太空 现年已是七十多岁的刘教授，提起当年为第一次卫星搭载植物飞行试验而奔波的经历，依然非常兴奋。 1987年，得知我国卫星已进入返回式试验阶段，一贯对新事物赋予热情的刘教授建议，利用这一条件做一些植物的太空飞行试验，这或许将是又一个新的科研目标。刘教授讲，植物在地面所进行的科学试验已有相当长的时间，但到太空上去做植物试验，我们还从来没有过。 最初的搭载试验受到各种限制，刘教授就一步步地迁就，她说：“只要让我的东西上去，什么条件我都答应。”体积不能过大就改小；不能给一个培养植物幼苗的空间就用种子；实物不能有水汽就再改用干种子。这样多次退让、协商之后，一个自成密封体系、经过反复严密包裹的石刁柏干种子终于随卫星搭载上了太空。 种子上了太空，刘教授却像挂念远行的亲人一样牵挂着她的那几粒石刁柏种子。 7天后，卫星载着石刁柏种子返回地面。由于干种子水分含量少，对环境的忍耐力高，刘教授拿到的这些种子没有任何改变。第一次的太空植物飞行试验也以这样的结果告竣。但是，随着这些石刁柏种子的太空飞行，我国真正意义上的空间植物科学研究就此展开，各种萌发期的种子、幼苗的太空实验，为探索植物在空间环境下的生长提供了实验依据。 十多年来，我国已8次成功利用返回式卫星、5次利用高空气球先后将工程细胞、藻类、水稻、小麦、芦笋、玉米、大麦、棉花、谷子、大豆、绿豆、豌豆、红小豆、黄瓜、人参、白莲、辣椒等51种作物300多品种及幼苗搭载升空，在科学卫星距地面200－400千米高空飞行5天，气球在30－40千米高空飞行8小时，取得了较好的试验效果。 为植物营造适宜的太空环境 可以说，所有空间植物学的研究都是为了永久太空飞行和今后建立月球和火星基地，需种植供基地人员生活的农作物。 N ASA对经济合理性所作的估计认为，人类在太空停留年以上，由太空生长的植物提供食品是核算的。时至今日，空间植物学研究仅停留在对少数几种植物在太空进行了长期生长或完成了个体发育的全过程的试验研究；人类上天的生命保障系统全部都是物理、化学系统，也就是带氧、带水、带食品。据估计，卫星每增加一千克载荷的经济花费约1万美元，如此昂贵的运输费用，是当今空间生命科学研究最大的动力。 刘教授讲，即使从较长远的时间考虑，全部由植物代替来改善密封舱里的受控环境几乎不太可能，它会需要很大的空间种植植物才能提供足够的氧气和食物。但由植物部分解决氧气、食品和水分的供给是可能的。另外，若有一些植物、开上一朵鲜花这对长途旅行的宇航员心理上也将是一种慰藉。 全世界的科学家都认识到，在密封舱里对高等植物栽培的研究会是一项长期的课题。由于在太空有太多意想不到的因素会对植物产生影响。例如，水在太空不能以液体形式存在，而是以水汽或水滴的形式漂浮在培养室中，植物如何吸收到这种形式存在的水；又如，失重环境下，根可能伸出培养介质以外生长，茎、叶也不按特定方位生长。这些涉及到如何优化植物品种以及设计怎样装置最适合植物生长的。目前，植物在空间栽培的设备还很不完善，这些都将制约太空植物的研究。美国亚利桑那州生物圈Ⅱ的经验也表明，要成功地设计适合植物世代生长的封闭系统是十分困难的。 为此，刘教授建议，我国目前应适当建立一些适合植物生长的小型受控密闭植物栽培系统，首先进行地面模拟研究，在此基础上进行空间实验研究。在对受控生态生命保障系统的植物、动物和微生物各系统充分研究的基础上，实现各分系统的整合，最终建立适应中国空间发展的受控生态生命保障系统，只有这样才能逐步完成空间植物学的研究。

人工种子(artificial seed) 是人为制造的种子，它是一种含有植物胚状体或芽、营养成分、激素以及其他成分的人工胶囊。植物组织培养可以诱导植物组织产生胚状体，这种结构与来自正常有性生殖的合子胚十分相似。将胚状体包裹在含有营养成分和保护功能的膜内，就可以做成人工种子，在适宜条件下，这种人工种子与天然种子一样，可以发芽出苗。人工种子是在植物的快速繁殖技术上发展起来的，它的主要优点是：繁殖速度很快，可以用发酵罐大量生产，生产成本比试管苗低，且体积小，易于运输等。人工种子的前景十分诱人。 ------------------------------------------------ 人工种子（artificial seeds，synthetic seeds）的概念最早是由Murashige(1978)提出的，是指通过组织培养技术，将植物的体细胞诱导成在形态上和生理上均与合子胚相似的体细胞胚，然后将它包埋于有一定营养成分和保护功能的介质中，组成便于播种的类似种子的单位。人工种子首先应该具备一个发育良好的体细胞胚（即具有能够发育成完整植株能力的胚）；为了使胚能够存在并发芽，需要有人工胚乳，内含胚状体健康发芽时所需的营养成分、防病虫物质、植物激素；还需要能起保护作用以保护水分不致丧失和防止外部物理冲击的人工种皮。通过人工的方法把以上3个部分组装起来，便创造出一种与天然种子相类似的结构——人工种子。 由于人工种子是通过无性繁殖产生的，与天然种子相较，人工种子可以工厂化生产和贮存；可以减少具有杂种一代优势的作物的育种程序；可以快速繁殖结实率低或难以用种子繁殖、育性欠佳的作物；可以快速推广优良种质资源；人工种子还具有节约种源、土地，不受季节限制的优点。因此，受到许多国家的重视，我国已将人工种子的研究列入了863高新技术发展计划。Kitto等（1981）用聚氧乙烯包裹胡萝卜胚状体首次制成了人工种子。经过20余年的研究，人工种子的研究取得了很大进展，除了胡萝卜、苜蓿、芹菜、水稻、玉米、甘薯、棉花、西洋参、小麦、烟草、大麦、油菜、百合、莴苣、马铃薯等农作物种子外，花卉和林木人工种子如长寿花、水塔花、白云杉、黄连、刺五加、橡胶树、柑桔、云杉、檀香、黑云杉、桑树、杨树等都有成功生产的报道。 1. 人工种子的制备方法与技术要求 人工种子制备包括胚状体的诱导与同步化、人工种子的包埋、人工胚乳的制作、人工种皮的制作、人工种子贮藏等步骤内容。 胚状体的诱导与同步化 生产高质量的胚状体是制作人工种子的关键。从目前的研究结果来看，并不是所有的植物种子都开发出了胚状体培养发生技术。不同植物的体细胞的培养亦有难易。在生产人工种子时，要求胚状体具有可观的成株率，甚至超过天然种子。 胚状体的诱导：胚状体可从悬浮培养的单细胞得到，也可通过试管培养的愈伤组织、花粉或胚囊获得。胚状体一般在培养物的表面产生，其形状与合子胚类似，但胚状体却是无性繁殖的产物。实际操作中，一般在试管中诱导出愈伤组织，并在含生长素的培养液中悬浮培养，然后置于含生长素的发酵罐中，使细胞迅速扩增，再将细胞移入无生长素的发酵罐中诱导出大量胚状体。 胚状体同步化处理或分选：胚状体的同步化是指促使所有培养的细胞或发育中的细胞团块进入同一个分裂时期。只有同步化了细胞才可能成批地产出成熟胚胎。常用的方法有： 化学方法：饥饿法——将培养基中的一些重要成分反复去除和添加；阻断法——在培养初期加如DNA合成抑制剂，如5-氨基脲嘧啶，阻断细胞分裂的G1期。 物理方法：低温处理法、过滤筛选法、渗透压分离法、密度梯度离心法(体胚不同的发育阶段密度有差异)等到胚状体胎成熟以后，就可以进行人工种子的包埋了。其中过滤筛选法较实用、快速。 人工种子的包埋 人工种子的包埋关系到人工种子萌发、贮藏和生产应用等重要环节。Redenbaugh于1984年首次筛选出透水性好的海藻酸钠作为胚状体和不定芽的包埋剂。包埋方法主要有将胚状体或小植株悬浮在一种粘滞的流体胶中直接播入土壤的液胶包埋法；将体细胞胚经干燥后用聚氧乙烯等聚合物进行包埋的干燥包裹法；以及通过离子交换或温度突变形成凝胶包裹材料的水凝胶法，Redenbaugh等用此法包裹单个苜蓿体细胞胚制成了人工种子，离体成株率达86%。组合包埋法以及流体播种、液胶包埋、琼脂、铝胶囊等新颖包埋法也开始被应用，George等用硅胶包埋谷子体细胞胚，葫发率达82%，且4℃贮藏14天后仍能自行裂开、顺利萌发。 对胚状体包裹要求做到：首先，不影响胚状体萌发，并提供其萌发与成苗所需的养分和能量，即起到胚乳的作用；其次，使胚状体经得起生产、贮存、运输及种植过程中的碰撞，并利于播种，即起到种皮的保护作用；最后，针对植物种类和土壤等条件，满足对人工种子的特殊需要。 目前研究中的人工种子普遍采用水凝胶法，以海藻酸钙作为包埋剂，它具有对胚状体无毒害作用、价格低廉等优点。但由于海藻酸钙对水溶剂有很好的通透性，使得包埋其中的营养物质、激素、抗生素等(即人工胚乳成分) 容易渗透出来，造成营养泄露；另外，由于没有真正意义上的“人工种皮”的包裹保护，一些病原微生物容易侵入胚状体，对种子造成破坏，因而目前绝大多数人工种子都只能在无菌条件下才能达到较高萌发率。 人工胚乳的制作 为了满足包裹要求，要有针对性地在包裹剂中加入大量养分、无机盐、有机碳源、植物生长调节剂，以及抗菌素和有益菌类。选用无毒、透气和吸水性强的木薯淀粉与海藻酸钠(1/2MS培养基配制)混合制作的胚乳可改善单一海藻酸钠人工胚乳的透气性、吸水性和发芽率，人工胚乳中加入GA3有利于人工种子的发芽，加入CaCl2有利于向培养物供氧，提高人工种子发芽率和耐贮藏性，加扩活性炭可改善营养固定和缓释，提高人工种子在土壤中的成苗率。 人工种皮的制作 人工种皮既要求允许内外气体交换畅通，以保持胚状体的活力，又要能防止水分及营养成分的渗漏和起保护作用。一般采取双层种皮结构，内种皮通透性较高，外种皮硬，透性小，起保护作用。 现已筛选出海藻酸钠、明胶、果胶酸钠、琼脂、树胶等可作内种皮应用，某些纤维素衍生物与海藻酸钠制成复合改性的包埋基质可明显改善人工种皮的透气性，海藻酸钠中加入多糖、树胶等可减慢凝胶的脱水速度，提高干化体细胞胚的活力。 外层种皮可选用半疏水性聚合膜，以降低海藻酸钙的亲水性，对人工胚乳起固定作用。另外可在膜上添加毒性小的防腐剂或溶菌酶，以防止微生物的侵入。Ling-FongTay用壳聚糖作为外种皮制作的油菜人工种子萌发率达100%，但在有菌条件下萌发率仍不高。美国杜邦公司生产的由乙烯、乙酸和丙烯酸三种物质聚合的Elvax材料是目前认为较好的一种人工种皮材料。 人们仍在积极寻找其他的包埋方式和包埋材料，以完善现有人工种皮的制作技术。 人工种子的贮藏 贮藏是人工种子的主要难点之一，目前应用的有低温法、干燥法、抑制法、液体石蜡法等及上述方法的组合。干燥法和低温法组合是目前应用最多的，胡萝卜愈伤组织在15℃相对湿度25%的条件下存放一年仍可再生。大豆体胚干化到原体积的40%～50%后再吸水，萌发率仍达到31%。干化增强人工种子幼苗的活力，可能与其超氧化物酶和过氧化物酶的活性显著提高，从而减轻低温贮藏对体胚的伤害有关。通过电镜观察和电导值与脱氢酶的比较，发现干化有助于体胚贮藏期间细胞结构、膜系统的保持和酶活性的提高，使体胚具有更好的耐贮性。富含胡萝卜体胚的悬浮培养液包埋于水溶性塑料薄膜内，形成的胶囊26℃干化4天后再吸水萌发仍可获得植株，高浓度的蔗糖、脯氨酸和ABA预处理体胚能提高干化耐受性，这可能与ABA等抑制体胚过早萌发、促进干物质积累有关。近年，液氮冻存体胚及包裹体胚的报道也越较多。 防腐是人工种子贮藏和大面积田间应用的关键技术之一。Castillo制得的人工种子虽有较高的萌发率，但未能在有菌条件下成苗，其主要原因是人工种子易感染病菌而腐烂。在甘薯人工种皮中加400～500mg/L的先锋霉素、多菌灵、安苄青霉素或羟基苯酸丙酯，均有不同程度的抑菌作用，萌发率可提高4%～10%。 2. 人工种子技术存在的主要问题 尽管目前人工种子技术的实验室研究工作已取得较大进展，并且已在繁殖遗传工程植物、减数分裂不稳定植物、稀有及珍贵植物的过程中，显示出超常的优势。但从总体来看，目前的人工种子还远不能像天然种子那样方便、实用和稳定。主要障碍在于人工种子的质量和成本：(1)许多重要的植物目前还不能靠组织培养快速产生大量的、出苗整齐一致的、高质量的胚状体或不定芽；人工种子的质量达不到植物正常生长、运输和贮藏的要求；人工种子的制种和播种技术尚需进一步研究。(2)目前多数人工种子的成本仍然高于试管苗和天然种子。虽然一些研究机构已经建立起大规模自动化生产线，能够生产出高质量、大小一致、发育同步的人工种子，但是它的成本仍高于天然种子。以苜蓿为例，目前生产1粒人工种子所需成本是美分，而1粒天然苜蓿种子的成本是美分，二者相差40多倍。因此，人工种子要真正进入商业市场并与自然种子竞争，必须降低生产成本。由于人工种子是由组织培养产生的，需要一定时间才能很好地适应外界环境，因此人工种子在播种到长成自养植株之前的管理也非常重要，在推广之前必须经过农业试验，并对栽培技术及农艺性状进行研究。 由此可见，人工种子要想成为种植业的主导繁殖体，目前仍有相当的困难。 3. 人工种子在园林绿化及水土保持方面的应用前景 人工种子与试管苗相比，具有所用培养基量少、体积小、繁殖快、发芽成苗快、运输及保存方便的特点；人工种子技术适用于难以保存的种质资源、遗传性状不稳定或育性不佳的珍稀林木的繁殖；人工种子可以克服营养繁殖造成的病毒积累，可以快速繁殖脱毒苗。因此，人工种子在快速繁殖苗木和人工造林方面，具有很大的应用前景。现在，我国处于经济高速发展时期，需要有大量的优良苗木种子供应，而我国现有的林木种子供应远远不能满足社会需求。人工种子可以工厂化地提供绿化种子，解决种子供应量不足的矛盾。随着人工种子技术的不断成熟完善，必将给我国的园林绿化方式带来革命性的变化