Наука, лежащая в основе тканевых культур растений: методы микроразмножения и клонирования

Введение:

Культуры тканей произвели революцию в мире садоводства и сельского хозяйства. Они предлагают множество преимуществ, включая производство здоровых и генетически идентичных растений в больших масштабах. Этот метод, известный как микроразмножение, позволяет быстро и эффективно размножать растения, повышая урожайность сельскохозяйственных культур и ускоряя процесс сохранения видов. В этой статье мы углубимся в науку, лежащую в основе культур тканей, изучим технику микроразмножения и раскроем гениальные методы клонирования, используемые в этом процессе. Понимая эти методы, мы можем оценить огромное влияние, которое растения культуры тканей оказывают на различные отрасли промышленности, и их потенциал для будущего развития.

Понимание культуры ткани

Культура тканей, также называемая размножением in vitro или микроразмножением, включает рост растительных клеток или тканей в контролируемой среде за пределами их естественной среды обитания. Он служит мощным инструментом для размножения и размножения растений, которые трудно или медленно размножить традиционными методами, такими как семена или черенки. При культуре тканей небольшие кусочки растительных тканей, такие как листья или сегменты стеблей, культивируются на богатой питательными веществами среде в стерильных условиях. Эти ткани тщательно отбираются, чтобы гарантировать, что они обладают желаемыми характеристиками, такими как устойчивость к болезням или высокая урожайность, для размножения.

Процесс начинается со стерилизации эксплантата, ткани, подлежащей культивированию, с использованием комбинации стерилизующих агентов. Этот шаг имеет решающее значение для устранения любых потенциально загрязняющих микробов, которые могут препятствовать росту тканевых культур. После стерилизации эксплантат помещают в культуральную среду, содержащую необходимые питательные вещества, гормоны и регуляторы роста, которые способствуют делению клеток, образованию побегов и развитию корней.

Среда, используемая для культуры тканей, обычно состоит из смеси основных солей с добавлением витаминов, аминокислот и сахаров. Гормоны, такие как ауксины и цитокинины, необходимы для контроля роста и дифференцировки растительных тканей. Тщательно сбалансированная комбинация этих гормонов жизненно важна для стимуляции образования новых побегов и корней, что позволяет получить целые, здоровые растения.

Процесс микроразмножения

Микроразмножение, неотъемлемая часть культуры тканей, позволяет быстро размножать проростки. Этот метод включает в себя несколько отдельных этапов, включая инициацию, размножение, укоренение и акклиматизацию.

1.Инициирование: Фаза инициации знаменует создание асептических культур. Экспланты тщательно отбираются из здоровых, свободных от болезней растений и стерилизуются для устранения потенциальных загрязнений. Затем эксплантаты помещают в культуральную среду, чтобы инициировать рост небольших недифференцированных каллусных масс.

2.Умножение: Как только фаза инициации будет успешной, следующим шагом будет умножение. На этом этапе массы каллуса пересевают на свежую среду, чтобы стимулировать рост нескольких побегов. Затем эти побеги отделяют и по отдельности переносят в новую культуральную среду, что позволяет продолжить размножение и образование проростков.

3.Укоренение: После достижения значительного размножения побегов всходы переносят на среду для укоренения. Эта среда содержит более высокую концентрацию ауксинов, что способствует развитию корней. За всходами тщательно наблюдают, чтобы обеспечить правильный рост и укоренение корней, прежде чем переносить их в почву или подходящую питательную среду.

4.Акклиматизация: Заключительный этап микроразмножения — акклиматизация. Саженцы, уже имеющие хорошо развитые корни, постепенно подвергаются воздействию внешней среды. Первоначально их помещают в контролируемую среду, например в теплицу, чтобы предотвратить резкие изменения температуры и влажности. Со временем проростки адаптируются к новому окружению, в конечном итоге становятся зрелыми и способными к самостоятельному росту.

Методы клонирования в тканевых культурах растений

Клонирование посредством культуры тканей обеспечивает эффективный и надежный способ воспроизводства растений с желаемыми характеристиками. В зависимости от типа растения и желаемых результатов используются различные методы клонирования.

1.Клонирование зрелых растений: Этот метод предполагает использование зрелых тканей растений, таких как листья или стебли, для инициирования тканевых культур. Эксплантаты берут из взрослого растения и помещают в культуральную среду, способствуя образованию недифференцированных клеток, которые могут регенерировать в целые растения. Этот метод выгоден при размножении видов, которым требуется много времени для достижения репродуктивной зрелости.

2.Меристемная культура: Культура меристем фокусируется на выращивании апикальных меристем побегов — области на кончике растущего побега, которая обладает клетками с исключительным потенциалом роста. Эти клетки обладают способностью регенерировать целые растения. Культивируя меристемы, можно получить полнотипные растения, генетически идентичные материнскому растению, обеспечивающие сохранение специфических признаков.

3.Эмбриональная культура: Культура эмбрионов предполагает удаление или извлечение незрелых эмбрионов из семян с последующим помещением их в подходящую питательную среду. Этот метод особенно полезен для размножения растений с низкой жизнеспособностью семян или растений, у которых наблюдается покой семян. Это гарантирует, что ценные или уникальные черты, присутствующие в эмбрионах, успешно сохраняются и приумножаются.

4.Каллусная культура: Культура каллуса — это метод, использующий уникальную способность недифференцированных клеток образовывать каллус — массу делящихся клеток. Экспланты, взятые из различных частей растения, помещают в питательную среду, стимулирующую развитие каллуса. Культура каллуса является эффективным методом размножения видов, у которых отсутствуют специализированные репродуктивные структуры, и позволяет получать большое количество проростков.

5.Соматический эмбриогенез: Соматический эмбриогенез предполагает образование зародышей из соматических клеток, которые являются нерепродуктивными клетками растения. Процесс соматического эмбриогенеза начинается с культивирования клеток в подходящей среде, способствующей развитию эмбриона. Этот метод имеет огромный потенциал, поскольку позволяет производить большое количество эмбрионов, каждый из которых может дать начало генетически идентичному растению.