Mikropropagace - Micropropagation

Rostlina růže, která začala jako buňky pěstované v tkáňové kultuře

Mikropropagace nebo tkáňová kultura je praxe rychlého rozmnožování zásobního rostlinného materiálu k produkci mnoha rostlin potomstva pomocí moderních metod rostlinné tkáňové kultury .

Mikropropagace také označovaná jako tkáňová kultura se používá k množení rostlin, jako jsou ty, které byly geneticky modifikovány nebo šlechtěny konvenčními metodami šlechtění rostlin . Používá se také k zajištění dostatečného počtu rostlin pro výsadbu ze zásobní rostliny, která neprodukuje semena nebo nereaguje dobře na vegetativní reprodukci .

Botanik z Cornellovy univerzity Frederick Campion Steward objevil a propagoval mikropropagaci a tkáňovou kulturu rostlin na konci padesátých a na začátku šedesátých let minulého století.

Kroky

Stručně řečeno, kroky mikropropagace lze rozdělit do 4 fází .

  1. Výběr matečné rostliny
  2. Násobení
  3. Zakořenění a aklimatizace
  4. Přeneste novou rostlinu do půdy

Výběr matečné rostliny

Kultura rostlin in vitro v kontrolovaném, sterilním prostředí

Mikropropagace začíná výběrem rostlinného materiálu, který se má množit. Rostlinné tkáně jsou odstraněny z intaktní rostliny ve sterilním stavu. Čisté kmenové materiály, které neobsahují viry a houby, jsou důležité při produkci nejzdravějších rostlin. Jakmile je rostlinný materiál vybrán pro kultivaci, začíná sběr explantátu (y) a závisí na typu tkáně, která má být použita; včetně špiček stonků, prašníků, lístků, pylu a dalších rostlinných tkání. Materiál explantátu je poté povrchově sterilizován, obvykle v několika cyklech praní bělidla a alkoholu, a nakonec opláchnut ve sterilizované vodě. Tato malá část rostlinné tkáně, někdy pouze jedna buňka, je umístěna na růstové médium , typicky obsahující sacharózu jako zdroj energie a jeden nebo více regulátorů růstu rostlin (rostlinné hormony ). Médium je obvykle zahuštěno agarem, aby se vytvořil gel, který podporuje explantát během růstu. Některé rostliny se snadno pěstují na jednoduchých médiích, ale jiné pro úspěšný růst vyžadují složitější média; rostlinná tkáň roste a diferencuje se na nové tkáně v závislosti na médiu. Například médium obsahující cytokinin se používá k vytvoření rozvětvených výhonků z rostlinných pupenů.

Násobení

Násobení je odebírání vzorků tkání vyrobených v první fázi a zvýšení jejich počtu. Po úspěšném zavedení a růstu rostlinné tkáně následuje po fázi zakládání rozmnožování. Opakovanými cykly tohoto procesu lze zvýšit jeden vzorek explantátu z jedné na stovky a tisíce rostlin. V závislosti na typu pěstované tkáně může multiplikace zahrnovat různé metody a média. Pokud je pěstovaným rostlinným materiálem kalusová tkáň, lze ji umístit do mixéru a nakrájet na menší kousky a rekultivovat na stejném typu kultivačního média, aby se vypěstovala více kalusové tkáně. Pokud se tkáň pěstuje jako malé rostliny zvané rostlinky, často se přidávají hormony, které způsobují, že rostlinky produkují mnoho malých odnoží. Po vytvoření více výhonků jsou tyto výhonky přeneseny do kořenového média s vysokým poměrem auxin \ cytokinin. Po vývoji kořenů lze rostlinky použít k otužování.

Před transplantací

Rostliny banánů přenesené do půdy (s vermikompostem ) z rostlinných médií. Tento postup se provádí pro aklimatizaci sazenic na půdu tak, jak byly dříve pěstovány v rostlinných médiích. Po několikadenním pěstování se rostlinky přenesou na pole.

Tato fáze zahrnuje ošetření vyprodukovaných rostlin / výhonků s cílem podpořit růst kořenů a „vytvrzení“. Provádí se in vitro nebo ve sterilním prostředí „zkumavek“.

„Kalení“ označuje přípravu rostlin pro přirozené růstové prostředí. Do této fáze byly rostlinky pěstovány v „ideálních“ podmínkách, které podporují rychlý růst. Kvůli kontrolované povaze jejich zrání rostlinky často nemají plně funkční dermální obaly. To způsobuje, že jsou vysoce náchylní k nemocem a neefektivní ve využívání vody a energie. Podmínky in vitro mají vysokou vlhkost a rostliny pěstované za těchto podmínek často nevytvářejí pracovní kutikulu a průduchy, které brání rostlině vyschnout. Když jsou rostlinky vyňaty z kultury, potřebují čas, aby se přizpůsobily přirozenějším podmínkám prostředí. Kalení obvykle zahrnuje pomalé odstavování rostlin z prostředí s vysokou vlhkostí vzduchu, nízkým osvětlením a teplým prostředím do toho, co by bylo považováno za normální růstové prostředí pro daný druh.

Přenos z kultury

Kultury rostlinných tkání se pěstují v USDA semenné bance, Národním centru pro zachování genetických zdrojů.

V závěrečné fázi mikropropagace rostlin se rostlinné rostliny odstraní z rostlinného média a přenesou se do půdy nebo (běžněji) do kompostu pro další růst konvenčními metodami.

Tato fáze je často kombinována se fází „před transplantací“.

Metody

Meristemová kultura

V kultuře Meristem se meristém a několik jemných primordií listů umístí do vhodného pěstebního média. Po několika týdnech se vytvoří podlouhlé zakořeněné rostlinky, které se po dosažení značné výšky přenesou do půdy. Touto metodou lze vyrobit rostlinu prostou chorob. Výsledek experimentu rovněž naznačuje, že tato technika může být úspěšně použita pro rychlé množení různých rostlinných materiálů, např. Cukrové třtiny, jahod.

Kultura kalusu

Kalus je hmotnost nediferencovaných parenchymatózních buněk. Když je živá rostlinná tkáň umístěna do umělého pěstebního média s jinými příznivými podmínkami, vytvoří se mozol. Růst kalusu se mění s homogenními hladinami auxinu a cytokininu a může být ovlivněn endogenním přísunem těchto regulátorů růstu v kultivačním médiu. Růst kalusu a jeho organogenezi nebo embryogenezi lze rozdělit do tří různých stádií.

  • Fáze I: Rychlá produkce kalusu po umístění explantátů do kultivačního média
  • Fáze II: Kalus je přenesen do jiného média obsahujícího růstové regulátory pro indukci náhodných orgánů.
  • Fáze III: Nová rostlina je poté postupně vystavena podmínkám prostředí.

Kultura embrya

V embryonální kultuře je embryo vyříznuto a umístěno do kultivačního média se správnou živinou v aseptickém stavu. Aby se dosáhlo rychlého a optimálního růstu do rostlin, přenáší se do půdy. To je zvláště důležité pro produkci mezidruhových a mezirodových hybridů a pro překonání embrya.

Kultura protoplastů

V kultuře protoplastů lze rostlinnou buňku izolovat pomocí enzymů degradujících zeď a růstu ve vhodném kultivačním médiu za kontrolovaných podmínek pro regeneraci rostlin. Za vhodných podmínek protoplast vyvíjí buněčnou stěnu s následným zvýšením buněčného dělení a diferenciace a roste do nové rostliny. Protoplasty se nejprve kultivují v kapalném médiu při 25 až 28 ° C se světelnou intenzitou 100 až 500 luxů nebo ve tmě a poté, co prošly podstatným buněčným dělením, se přenesou do kongeniálního nebo morfogeneze pevného média v mnoha zahradnických plodinách dobře reagují na protoplastovou kulturu .

Výhody

Mikropropagace má oproti tradičním technikám rozmnožování rostlin řadu výhod:

  • Hlavní výhodou mikropropagace je produkce mnoha rostlin, které jsou navzájem klony.
  • Mikropropagaci lze použít k produkci rostlin bez chorob.
  • Může mít mimořádně vysokou míru plodnosti , produkující tisíce propagule, zatímco konvenční techniky mohou produkovat jen zlomek tohoto počtu.
  • Je to jediný životaschopný způsob regenerace geneticky modifikovaných buněk nebo buněk po fúzi protoplastů .
  • Je to užitečné při množení rostlin, které produkují semena v nehospodárných množstvích, nebo když jsou rostliny sterilní a neprodukují životaschopná semena nebo když semena nelze skladovat (viz vzpurná semena ).
  • Mikropropagace často produkuje silnější rostliny, což vede ke zrychlenému růstu ve srovnání s podobnými rostlinami produkovanými konvenčními metodami - jako jsou semena nebo řízky.
  • Některé rostliny s velmi malými semeny, včetně většiny orchidejí, jsou nejspolehlivěji pěstovány ze semen ve sterilní kultuře.
  • Na metr čtvereční lze vyprodukovat větší počet rostlin a propagule lze skladovat déle a na menší ploše.

Nevýhody

Mikropropagace není vždy dokonalým prostředkem k množení rostlin. Podmínky, které omezují jeho použití, zahrnují:

  • Práce může tvořit 50% - 69% provozních nákladů.
  • Monokultura je produkován po mikropropagaci, což vede k nedostatku celkové odolnosti onemocnění, jako všechny rostliny potomstva mohou být ohroženy stejné infekce.
  • Infikovaný vzorek rostliny může produkovat infikované potomstvo. To je neobvyklé, protože zásobní rostliny jsou pečlivě vyšetřovány a prověřovány, aby se zabránilo pěstování rostlin infikovaných virem nebo houbou.
  • Ne všechny rostliny lze úspěšně kultivovat v tkáních, často proto, že není známo vhodné médium pro růst nebo rostliny produkují sekundární metabolické chemikálie, které senzibilizují nebo ničí explantát.
  • Rostliny nebo kultivary se po kultivaci v tkáni někdy nenaplňují. To často závisí na typu materiálu explantátu použitého během iniciační fáze nebo na výsledku stáří buňky nebo linie propagule.
  • Některé rostliny je velmi obtížné dezinfikovat houbovými organismy.

Hlavním omezením při použití mikropropagace pro mnoho rostlin jsou výrobní náklady; pro mnoho rostlin použití semen, která jsou obvykle bez chorob a jsou produkována v dobrém počtu, snadno produkují rostliny (viz ortodoxní semena ) v dobrých počtech za nižší cenu. Z tohoto důvodu mnoho šlechtitelů rostlin nevyužívá mikropropagaci, protože náklady jsou neúnosné. Jiní chovatelé ji používají k produkci zásobních rostlin, které se pak používají k množení semen.

Mechanizace procesu by mohla snížit mzdové náklady, ale ukázalo se, že je obtížné jej dosáhnout, a to navzdory aktivním pokusům o vývoj technologických řešení.

Reference

Poznámky