離體受精是指利用分離方法將雌雄配子置於離體控制條件下進行操作，完成被子植物的精卵融合而且利用受精所產生的離體合子培養再生植株，做到整個受精與胚胎髮育過程完全在離體條件下完成。可排除體細胞組織的干擾，用於探索精卵細胞的識別和合子細胞的融合問題。
基本介紹
- 中文名：離體受精
- 外文名：in vitro fertilization
- 特徵：受精與胚胎髮育在離體條件下完成
- 作用：培養再生植株
- 重要性：探索精卵細胞識別和合子細胞融合
- 步驟：配子細胞的分離、配子細胞的融合
簡介,研究現狀,主要機制,
簡介
高等植物的受精過程是在位於體細胞組織中的雌配子體內進行的，具有一系列嚴格有序的時空發育特徵，這使得對高等植物受精過程的研究相對營養器官的生長發育研究較難，目前對受精機理還沒有一個系統的認識。採用離體的雌、雄配子人工體外受精的方法並誘導長成植株，可以在沒有其他組織影響的單細胞水平上研究受精過程，獲得關於精、卵細胞識別機制和合子發育基礎的更深認識。此外，通過選擇不同品系以產生新遺傳重組的經典育種方法費時費力，並受到植物受精不親和性的限制。目前，套用引入外源基因來克服受精限制的作物基因工程已取得了很大的進展，但仍面臨著受引入基因大小和數目限制的難題。利用配子細胞的自然融合性和合子的胚胎髮生特性是克服上述種種限制的一種新探索。
研究現狀
高等植物的卵細胞深藏在子房內的胚珠體細胞組織中，形成了對高等植物受精過程研究的技術障礙。以前採用超微結構觀察研究受精過程已取得了一定的結果，但用固定切片技術研究受精機理需將卵細胞殺死，並且不能進行定點追蹤觀察。將高等植物的精、卵細胞分離出來在體外誘導其融合的離體受精技術可在很大程度上克服這些技術障礙，對雌、雄配子的識別和融合，合子開始胚胎髮生等一系列的受精和胚胎髮生機理進行研究。分離的雌、雄配子及合子使套用分子生物學方法研究這些細胞的結構和功能成為可能。將合子的二倍性和胚胎髮生特性與外源DNA轉入技術結合起來可使轉基因植物研究的後期工作簡單化。另外，異種植物離體精、卵細胞融合和雜種合子的培養也是進行遠緣雜交的一條有潛力的途徑。
主要機制
配子細胞的分離
（1）精細胞的分離
高等植物花葯成熟時可能形成兩種花粉:由一個營養細胞和兩個精細胞構成的三胞型花粉或由一個營養細胞和一個生殖細胞組成的二胞型花粉。二胞型花粉的兩個精細胞需要在花粉萌髮長入花柱中的花粉管里形成。
（2）卵細胞的分離
高等植物卵細胞與胚囊中的其他細胞共同構成了雌配子體，它被胚珠體細胞層層包裹著，胚珠又位於雌蕊的子房之中。卵細胞深藏於體細胞組織中有利於保護有性生殖過程，但也成為探索受精機理的主要障礙。與精細胞的分離相比，卵細胞的分離難度更大，因此成為離體受精研究的關鍵步驟之一。目前分離高等植物卵細胞主要有3種方法：酶離析法、解剖法和酶離析後再解剖的方法。
配子細胞的融合
（1）精細胞與卵細胞的融合
首例離體受精中的精、卵細胞融合是Kranz等採用電融合方法在玉米中獲得成功的。用同樣的方法，他們也嘗試了精細胞與中央細胞、精細胞與助細胞、精細胞與體細胞以及精細胞與精細胞的融合。在精細胞與精細胞的融合試驗中，融合率可高達85%。
（2）精細胞與中央細胞的融合
雙受精是被子植物的特有現象。在雌、雄配子融合的同時，花粉管中的另一個精細胞與中央細胞融合，以後發育成胚乳。由於胚乳在作物經濟產量上的重要性和發育生物學研究的特點，精細胞與中央細胞的離體融合也是離體受精研究的一個內容。玉米中央細胞的分離過程與卵細胞相似，切掉珠孔部分的胚珠經酶解後再用玻璃針將中央細胞擠出。採用電融合方法使精細胞與中央細胞的融合，細胞融合後的2～3h發生核融合。離體的玉米中央細胞的培養還沒有成功，但離體受精的中央細胞則有48%可以分裂為多細胞組織。與體內胚乳發育相似，離體受精的中央細胞先分裂形成許多游離核，然後再從多核體周圍開始細胞化。與精、卵細胞融合(73.1%)相比，菸草精細胞與中央細胞的融合更容易(90.9%)。
