Микроразмножение - Википедия - Micropropagation

Роза, зародившаяся как клетки, выросшие в культуре ткани.

Микроразмножение это практика быстрого размножения исходного растительного материала для производства многих потомство растений, используя современные культура ткани растений методы.^[1]

Микроразмножение, также известное как культура ткани, используется для размножения растений, таких как те, которые были генетически модифицированный или выведены через обычные селекция растений методы. Он также используется для обеспечения достаточного количества саженцы для посадки маточного растения, которое не дает семян или плохо реагирует на вегетативное размножение.

Корнелл Университет ботаник Фредерик Кэмпион Стюард открыли и впервые применили микроразмножение и культура ткани растений в конце 1950-х - начале 1960-х гг.^[2]

Шаги

Вкратце, шаги микроразмножения можно разделить на 4 этапа.

Выбор материнского растения
Умножение
Укоренение и акклиматизация
Перенести новое растение в почву

Выбор материнского растения

В пробирке выращивание растений в контролируемой стерильной среде

Микроразмножение начинается с выбора растительного материала для размножения. Ткани растения удаляют с неповрежденного растения в стерильном состоянии. Чистые исходные материалы, не содержащие вирусов и грибков, важны для выращивания самых здоровых растений. После того, как растительный материал выбран для культивирования, начинается сбор эксплантата (ов), который зависит от типа ткани, которая будет использоваться; включая кончики стеблей, пыльники, лепестки, пыльцу и другие ткани растений. Затем материал эксплантата стерилизуют поверхность, обычно в нескольких курсах промывки отбеливателем и спиртом, и, наконец, ополаскивают в стерилизованной воде. Эта небольшая часть растительной ткани, иногда всего одна клетка, помещается на среда роста, обычно содержащие сахароза как источник энергии и один или несколько регуляторов роста растений (растение гормоны ). Обычно среда загущена агар для создания геля, поддерживающего эксплантат во время роста. Некоторые растения легко выращивать на простых средах, но другие требуют более сложных сред для успешного роста; завод ткань растет и отличает в новые ткани в зависимости от среды. Например, носители, содержащие цитокинин используются для создания разветвленных побегов из почек растений.

Умножение

Умножение - это взятие образцов тканей, полученных на первом этапе, и увеличение их количества. После успешного внедрения и роста растительной ткани за стадией укоренения следует размножение. Посредством повторяющихся циклов этого процесса один образец эксплантата может быть увеличен с одного до сотен и тысяч растений. В зависимости от типа выращиваемой ткани размножение может включать разные методы и среды. Если выращиваемый растительный материал представляет собой каллусную ткань, его можно поместить в блендер, разрезать на более мелкие кусочки и повторно культивировать на той же культуральной среде, чтобы вырастить больше каллусной ткани. Если ткань выращивается в виде небольших растений, называемых проростками, часто добавляются гормоны, которые заставляют проростки давать много маленьких побегов. После образования множественных побегов эти побеги переносят на среду для укоренения с высоким соотношением ауксин / цитокинин. После развития корней ростки можно использовать для закаливания.

Предварительная трансплантация

Банан всходы перенесены в почву (с биогумус ) из растительных сред. Этот процесс делается для акклиматизации ростков к почве, так как они ранее выращивались на растительной среде. После нескольких дней выращивания саженцы переносят в поле.

Этот этап включает обработку проростков / побегов, чтобы стимулировать рост корней и «закаливание». in vitro, или в стерильной среде «пробирки».

«Закаливание» относится к подготовке растений к естественной среде роста. До этой стадии саженцы выращивались в «идеальных» условиях, способствующих быстрому росту. Из-за контролируемого характера их созревания проростки часто не имеют полностью функциональных кожных покровов. Это делает их очень восприимчивыми к болезням и неэффективно расходуют воду и энергию. В условиях in vitro высокая влажность, и растения, выращенные в этих условиях, часто не образуют рабочего кутикула и устьица которые предохраняют растение от высыхания. При изъятии из культуры проросткам нужно время, чтобы приспособиться к более естественным условиям окружающей среды. Затвердевание обычно происходит медленно отлучение от груди проростки из теплой среды с высокой влажностью, слабым освещением и с тем, что можно было бы считать нормальной средой роста для рассматриваемых видов.

Перенос из культуры

Культуры тканей растений, выращиваемые на USDA банк семян, Национальный центр сохранения генетических ресурсов.

На заключительной стадии микроразмножения растений проростки удаляют из растительной среды и переносят в почву или (чаще) в горшечный компост для продолжения роста обычными методами.

Этот этап часто сочетают с этапом «предтрансплантационный».

Методы

Меристем культура

В культуре Меристем меристема и несколько падающих листов примордия помещаются в подходящую среду для выращивания. Через несколько недель появляется росток с удлиненными корнями, который переносят в почву, когда он достигает значительной высоты. Этим методом можно получить безболезненное растение. Экспериментальные результаты также предполагают, что этот метод может быть успешно использован для быстрого размножения различных растительных материалов, например Сахарный тростник, клубника.^{[нужна цитата ]}

Каллусная культура

А мозоль масса недифференцированных паренхиматозных клеток. Когда живая ткань растения помещается в искусственную среду для выращивания с другими благоприятными условиями, образуется каллус. Рост каллуса зависит от гомогенных уровней ауксина и цитокинина, и им можно управлять путем эндогенного поступления этих регуляторов роста в культуральную среду. Рост каллуса и его органогенез или эмбриогенез можно разделить на три стадии.

Этап I: быстрое образование каллуса после помещения эксплантов в питательную среду
Стадия II: каллус переносят в другую среду, содержащую регуляторы роста, для индукции придаточных органов.
Стадия III: новый росток постепенно подвергается воздействию условий окружающей среды.

Подвесная культура

А клеточная суспензия или суспензионная культура относится к типу клеточной культуры, в которой отдельные клетки или небольшие агрегаты клеток могут функционировать и размножаться в перемешиваемой жидкой среде для выращивания. Suezawa et al. (1988) сообщил Цитокинин индуцированный придаточные бутоны в киви, в суспензионной культуре примерно через неделю.

Культура эмбрионов

В культуре эмбрионов эмбрион вырезается и помещается в культуральную среду с надлежащим питательным веществом в асептических условиях. Чтобы получить быстрый и оптимальный рост всходов, его переносят в почву. Это особенно важно для получения межвидовых и межродовых гибридов, а также для преодоления эмбриона.

Культура протопластов

В культуре протопластов растительную клетку можно выделить с помощью ферментов, разрушающих стенки, и выращивания в подходящей культуральной среде в контролируемых условиях для регенерации проростков. В подходящих условиях протопласт развивает клеточную стенку с последующим усилением деления и дифференцировки клеток и вырастает в новое растение. Протопласты сначала культивируют в жидкой среде при температуре от 25 до 28 ° C с интенсивностью света от 100 до 500 люкс или в темноте, и после значительного деления клеток их переносят в твердую среду, благоприятную для морфогенеза, во многих садовых культурах хорошо реагируют на культуру протопластов. .

Преимущества

Микроразмножение имеет ряд преимуществ перед традиционными методами размножения растений:

Основным преимуществом микроклонального размножения является получение множества растений, которые являются клонами друг друга.
Микроразмножение можно использовать для получения свободных от болезней растений.
Он может иметь чрезвычайно высокий плодовитость скорость, производя тысячи пропагулы в то время как обычные методы могут дать только часть этого числа.
Это единственный жизнеспособный метод восстановления генетически модифицированный клетки или клетки после протопласт слияние.
Это полезно при размножении растений, которые дают семена в неэкономичных количествах, или когда растения стерильны и не дают жизнеспособных семян, или когда семена не могут храниться (см. непослушные семена ).
Микроразмножение часто дает более устойчивые растения, что приводит к ускоренному росту по сравнению с аналогичными растениями, полученными обычными методами, такими как семена или черенки.
Некоторые растения с очень мелкими семенами, включая большинство орхидей, наиболее надежно выращивают из семян в стерильной культуре.
На квадратный метр можно получить большее количество растений, а пропагулы можно хранить дольше и на меньшей площади.

Недостатки

Микроразмножение - не всегда идеальный способ размножения растений. Условия, ограничивающие его использование, включают:

На оплату труда может приходиться от 50% до 69% эксплуатационных расходов.^[3]
А монокультура продуцируется после микроразмножения, что приводит к недостаточной общей устойчивости к болезням, поскольку все растения-потомки могут быть уязвимы для одних и тех же инфекций.
Образец инфицированного растения может дать инфицированное потомство. Это необычно, поскольку исходные растения тщательно проверяются и проверяются, чтобы предотвратить культивирование растений, инфицированных вирусом или грибком.
Не все растения могут быть успешно культивированы в тканях, часто потому, что подходящая среда для роста неизвестна или растения производят вторичные метаболические химические вещества, которые задерживают или убивают эксплант.
Иногда растения или сорта не соответствуют типу после культивирования тканей. Это часто зависит от типа материала эксплантата, используемого во время фазы инициации, или от возраста клетки или линии пропагул.
Некоторые растения очень сложно дезинфицировать от грибковых организмов.

Основным ограничением использования микроразмножения для многих растений является стоимость производства; для многих растений использование семян, которые обычно свободны от болезней и производятся в больших количествах, легко дает растения (см. православное семя ) в хорошем количестве по более низкой цене. По этой причине многие селекционеры не используют микроразмножение из-за непомерно высокой стоимости. Другие селекционеры используют его для выращивания маточных растений, которые затем используются для размножения семян.

Механизация процесса могла бы снизить затраты на рабочую силу, но оказалось труднодостижимым, несмотря на активные попытки разработки технологических решений.