Өсімдік тіндерін культуралау: микрокөбейту әдісімен өсімдіктерді жылдам көбейту, генетикалық түрлендірілген өсімдіктер, тұқымсыз өсімдіктер үшін тиімді шешім.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Өсімдік тіндік мәдениетіне қатысты практика
Practice in plant tissue culture
Микрокөбейту немесе тіндік мәдениеті – заманауи өсімдік тіндік мәдениеті әдістерін пайдалана отырып, көптеген ұрпақ өсімдіктерді алу үшін өсімдік қор материалдарын жылдам көбейту тәсілі. Микрокөбейту генетикалық түрлендірілген немесе дәстүрлі өсімдіктерді өсіру әдістері арқылы алынған өсімдіктер сияқты, әртүрлі өсімдіктерді көбейту үшін қолданылады. Бұған қоса, тұқымсыз өсімдіктерден, вегетативтік көбейтуге жақсы жауап бермейтін немесе микрокөбейту арқылы көбейту арзан болатын (мысалы, орхидеялар) өсімдіктерден отырғызуға жеткілікті мөлшерде көшеттер алу үшін де пайдаланылады. Корнелл университетінің ботанигі Фредерик Кэмпион Стюард 1950-ші жылдардың соңы мен 1960-шы жылдардың басында микрокөбейтуді және өсімдік тіндік мәдениетін ашқан және дамытқан.
Micropropagation or tissue culture is the practice of rapidly multiplying plant stock material to produce many progeny plants, using modern plant tissue culture methods. Micropropagation is used to multiply a wide variety of plants, such as those that have been genetically modified or bred through conventional plant breeding methods. It is also used to provide a sufficient number of plantlets for planting from seedless plants, plants that do not respond well to vegetative reproduction or where micropropagation is the cheaper means of propagating (e. g. Orchids). Cornell University botanist Frederick Campion Steward discovered and pioneered micropropagation and plant tissue culture in the late 1950s and early 1960s.
Аналық өсімдікті таңдау
Микрокөбейту көбейтілетін өсімдік материалдарын таңдаудан басталады. Өсімдік тіндері тұтас өсімдіктен стерильді жағдайда алынады. Вирустар мен саңырауқұлақтардан таза материалдар ең сау өсімдіктерді өндіру үшін маңызды. Өсімдік материалды мәдени өсіру үшін таңдағаннан кейін, экспланттарды жинау басталады, ол қолданылатын тіндердің түріне байланысты: сабақ ұштары, топырақ қалдықтары, гүл жапырақтары, тозаң және басқа да өсімдік тіндері. Содан кейін эксплант материалдың беті стерильденеді, әдетте бірнеше рет ағартқыш пен спиртпен жуу арқылы, соңында стерильденген суда шайылады. Өсімдіктің бұл кішкентай бөлігі, кейде тіпті бір жасуша ғана, әдетте макро және микроэлементтер, су, энергия көзі ретінде сахароза және бір немесе бірнеше өсімдік өсуін реттегіштер (өсімдік гормондары) бар өсімдік ортасына орналастырылады. Әдетте, орта агар сияқты гельдейтін затпен қалыңдатылады, бұл экспланттың өсу кезінде қолдауын қамтамасыз етеді. Кейбір өсімдіктер қарапайым ортада оңай өседі, ал басқалары сәтті өсу үшін күрделі орта қажет етеді; өсімдік тіні ортаға байланысты жаңа тіндерге өседі және дифференциалданады. Мысалы, цитокинин қосылған орта өсімдік бүршіктерінен тармақталған сабақтар жасау үшін қолданылады.
Micropropagation begins with the selection of plant material to be propagated. The plant tissues are removed from an intact plant in a sterile condition. Clean stock materials that are free of viruses and fungi are important in the production of the healthiest plants. Once the plant material is chosen for culture, the collection of explant(s) begins and is dependent on the type of tissue to be used, including stem tips, anthers, petals, pollen and other plant tissues. The explant material is then surface sterilized, usually in multiple courses of bleach and alcohol washes, and finally rinsed in sterilized water. This small portion of plant tissue, sometimes only a single cell, is placed on a growth medium, typically containing Macro and micronutrients, water, sucrose as an energy source and one or more plant growth regulators (plant hormones). Usually, the medium is thickened with a gelling agent, such as agar, to create a gel which supports the explant during growth. Some plants are easily grown on simple media, but others require more complicated media for successful growth; the plant tissue grows and differentiates into new tissues depending on the medium. For example, media containing cytokinin are used to create branched shoots from plant buds.
Көбейту
Көбейту – бірінші кезеңде алынған тіндік үлгілерді алып, олардың санын арттыру процесі. Өсімдік тінін сәтті енгізу және өсіруден кейін, бекіту кезеңінен соң көбейту жүзеге асырылады. Бұл процестің қайталануы арқасында, бір ғана эксплант үлгісінен жүздеген, тіпті мыңдаған өсімдіктерге дейін өсіруге болады. Өсірілген тіндік түріне байланысты көбейту әртүрлі әдістер мен орталарды қамтиды. Егер өсірілген өсімдік материалы каллус тіні болса, оны блендерде ұсақтап, сол мәдени ортада қайта өсіру арқылы көбірек каллус тінін өсіруге болады. Егер тіндік шағын өсімдіктер – түйнектер түрінде өсірілсе, онда көбінесе гормондар қосылады, олар түйнектердің көптеген қосалқы бұтақтарды өндіруіне себеп болады. Көптеген бұтақтар пайда болғаннан кейін, олар ауксин/цитокинин арақатынасы жоғары тамырландыру ортасына ауыстырылады. Тамырлар жетілгеннен кейін, түйнектерді қатайтуға дайындауға болады.
Multiplication is the taking of tissue samples produced during the first stage and increasing their number. Following the successful introduction and growth of plant tissue, the establishment stage is followed by multiplication. Through repeated cycles of this process, a single explant sample may be increased from one to hundreds and thousands of plants. Depending on the type of tissue grown, multiplication can involve different methods and media. If the plant material grown is callus tissue, it can be placed in a blender and cut into smaller pieces and recultured on the same type of culture medium to grow more callus tissue. If the tissue is grown as small plants called plantlets, hormones are often added that cause the plantlets to produce many small offshoots. After the formation of multiple shoots, these shoots are transferred to rooting medium with a high auxin\cytokinin ratio. After the development of roots, plantlets can be used for hardening.
Көшіру алдында
Бұл кезеңде тамыр өсуін және "қатаюын" ынталандыру үшін алынған көшеттер/сабақтар өңделеді. Бұл in vitro, яғни стерильді "сынақ түтігі" ортасында жүзеге асырылады. "Қаттыландыру" – өсімдіктерді табиғи өсу ортасына дайындау процесі. Осы кезеңге дейін көшеттер тез өсу үшін "идеалды" жағдайларда өсірілген. Өсуі бақыланатындықтан, көшеттердің көпшілігінде толыққанды жұмыс істейтін сыртқы қабық болмайды. Бұл оларды ауруларға осал және су мен энергияны тиімсіз пайдалануға бейім етеді. In vitro жағдайында ылғалдылық жоғары болғандықтан, осы ортада өсірілген өсімдіктерде жұмыс істейтін құтикуляр қабықша мен булану тезегі (стомата) қалыптаспайды, бұл өсімдіктің құрғауына алып келеді. Мәдениеттен алынғаннан кейін көшеттерге табиғи ортаға бейімделу үшін уақыт керек. Қаттыландыру көбінесе көшеттерді жоғары ылғалдылықтағы, аз жарықты, жылы ортадан белгілі бір түр үшін қалыпты саналатын өсу ортасына біртіндеп көшіруді қамтиды.
This stage involves treating the plantlets/shoots produced to encourage root growth and "hardening." It is performed in vitro, or in a sterile "test tube" environment. "Hardening" refers to the preparation of the plants for a natural growth environment. Until this stage, the plantlets have been grown in "ideal" conditions, designed to encourage rapid growth. Due to the controlled nature of their maturation, the plantlets often do not have fully functional dermal coverings. This causes them to be highly susceptible to disease and inefficient in their use of water and energy. In vitro conditions are high in humidity, and plants grown under these conditions often do not form a working cuticle and stomata that keep the plant from drying out. When taken out of culture, the plantlets need time to adjust to more natural environmental conditions. Hardening typically involves slowly weaning the plantlets from a high humidity, low light, warm environment to what would be considered a normal growth environment for the species in question.
Өсімдіктерден көшіру
Өсімдіктерді микрокөбейтудің соңғы кезеңінде жас өсімдіктер өсімдік ортасынан алынып, топыраққа немесе (көбінесе) горшок топырағына ауыстырылып, дәстүрлі әдістермен өсіріледі. Бұл кезең жиі "көшеттейтін алдындағы" кезеңмен біріктіріледі.
In the final stage of plant micropropagation, the plantlets are removed from the plant media and transferred to soil or (more commonly) potting compost for continued growth by conventional methods. This stage is often combined with the "pretransplant" stage.
Әдістер
Өсімдіктерді микрокөбейтудің көптеген әдістері бар.
There are many methods of plant micro propagation.
Меристемдік мәдениет
Меристемдік мәдениетте меристем және бірнеше жапырақ бастамалары қолайлы өсіру ортасына орналастырылады, онда олар жаңа меристемдерді қалыптастыруға итермеленеді. Бұл меристемдер кейін бөлініп, одан әрі өсіріліп, көбейтіледі. Өсімдікшелерді алу үшін меристемдер олардың көбею ортасынан алынып, жаңару ортасына ауыстырылады. Бірнеше аптадан кейін ұзын, тамырланған өсімдікше пайда болғаннан кейін, оны топыраққа отырғызуға болады. Осы әдіс арқылы аурудан таза өсімдік өсіруге болады. Тәжірибелік нәтижелер сонымен қатар бұл техниканы әртүрлі өсімдік түрлерін, мысалы, кокос, құлпынай, қант қамысын жылдам көбейту үшін сәтті пайдалануға болатынын көрсетеді.
In Meristem culture, the meristem and a few subtending leaf primordia are placed into a suitable growing media. where they are induced to form new meristem. These meristems are then divided and further grown and multiplied. To produce plantlets the meristems are taken of from their proliferation medium and put on a regeneration medium. When an elongated rooted plantlet is produced after some weeks, it can be transferred to the soil. A disease free plant can be produced by this method. Experimental result also suggest that this technique can be successfully utilized for rapid multiplication of various plant species, e. g. Coconut, strawberry, sugarcane.
Эмбриондар өсірілуі
Эмбрио өсірілімінде эмбрион бөлініп алынып, стерильді жағдайда қажетті қоректік заттармен дақыл ортасына салынады. Жақсы және жылдам өсімдікшелерге айналу үшін, ол топыраққа отырғызылады. Бұл, әсіресе, түрлер аралық және туыстар аралық гибридтерді алу үшін және эмбриондық кедергіні жеңу үшін маңызды.
In embryo culture, the embryo is excised and placed into a culture medium with proper nutrient in aseptic condition. To obtain a quick and optimum growth into plantlets, it is transferred to soil. It is particularly important for the production of interspecific and intergeneric hybrids and to overcome the embryo.
Протопласттар өсірілімі
Протопласттар өсіру кезінде өсімдік жасушасы қабырғасын ыдырататын ферменттердің көмегімен оқшауланып, жаңа өсімдіктерді регенерациялау үшін бақыланатын жағдайда қолайлы өсіру ортасында өсіріледі. Тиісті жағдайларда протопласт жасуша қабырғасын қалыптастырады, содан кейін жасуша бөлінуі мен дифференциациясы күшейеді және жаңа өсімдікке айналады. Протопласттар алдымен 25-28°C температурада 100-500 люкс жарық интенсивтілігімен немесе қараңғыда сұйық ортада өсіріледі, және жасушалардың белсенді бөлінуінен кейін қатты ортаға көшіріледі. Көптеген бау-бақша дақылдары протопласттар өсіріліміне жақсы морфогенездік жауап береді.
In protoplast culture, the plant cell can be isolated with the help of wall degrading enzymes and growth in a suitable culture medium in a controlled condition for regeneration of plantlets. Under suitable conditions the protoplast develops a cell wall followed by an increase in cell division and differentiation and grows into a new plant. The protoplast is first cultured in liquid medium at 25 to 28 C with a light intensity of 100 to 500 lux or in dark and after undergoing substantial cell division, they are transferred into solid medium congenial or morphogenesis in many horticultural crops respond well to protoplast culture.
Кемшіліктер
Микрокөбейту әрқашан өсімдіктерді көбейтудің ең тиімді тәсілі болып табылмайды. Оның қолданылуын шектейтін жағдайлар:
Micropropagation is not always the perfect means of multiplying plants. Conditions that limits its use include:
Еңбек шығындары операциялық құнның 50–69% құрауы мүмкін. Микрокөбейту арқылы алынған барлық өсімдіктер генетикалық тұрғыдан бірдей клондар болып табылады, бұл жалпы ауруға төзімділіктің төмендеуіне алып келеді, себебі барлық ұрпақ өсімдіктері бірдей инфекцияларға осал болуы мүмкін. Жұқтырылған өсімдік үлгісінен жұқтырылған ұрпақ өседі. Бұл сирек кездеседі, себебі вирустық немесе саңырауқұлақтық инфекцияға шалдыққан өсімдіктерді алдын алу үшін аналық өсімдіктер мұқият тексеріліп, бағаланады. Барлық өсімдіктерді тіндік мәдениетте сәтті өсіруге болмайды, көбінесе өсу үшін қажетті орта белгісіз болғандықтан немесе өсімдіктер экспланттың өсуін тежейтін немесе оны өлтіретін екіншілік метаболикалық заттар шығарады. Кейде өсімдіктер немесе сорттар тіндік мәдениеттен кейін өз түріне сай келмейді. Бұл көбінесе бастапқы кезеңде қолданылған эксплант материалының түріне немесе жасушаның немесе көбелек желісінің жасына байланысты болады. Кейбір өсімдіктерді саңырауқұлақтардан тазарту өте қиын. Көптеген өсімдіктер үшін микрокөбейтуді пайдаланудың басты шектеуі – өндіріс құны; көптеген өсімдіктер үшін тұқымдарды қолдану, әдетте аурусыз және жеткілікті мөлшерде өндіріледі, олар арзан бағада көптеген өсімдіктерді тез өндіруге мүмкіндік береді (ортодоксалды тұқымдарға қараңыз). Осы себепті көптеген өсімдік селекционерлері микрокөбейтуді қолданбайды, себебі оның құны тым жоғары. Басқа селекционерлер оны тұқым көбейту үшін қолданылатын аналық өсімдіктерді өндіру үшін пайдаланады. Процесті механикаландыру еңбек шығындарын азайтуға көмектеседі, бірақ технологиялық шешімдерді әзірлеуге белсенді күш сарп еткеніне қарамастан, бұл қиын болып шықты.
Labour may make up 50–69% of operating costs. All plants produced via micropropagation are genetically identical clones, leading to a lack of overall disease resilience, as all progeny plants may be vulnerable to the same infections. An infected plant sample can produce infected progeny. This is uncommon as the stock plants are carefully screened and vetted to prevent culturing plants infected with virus or fungus. Not all plants can be successfully tissue cultured, often because the proper medium for growth is not known or the plants produce secondary metabolic chemicals that stunt or kill the explant. Sometimes plants or cultivars do not come true to type after being tissue cultured. This is often dependent on the type of explant material utilized during the initiation phase or the result of the age of the cell or propagule line. Some plants are very difficult to disinfect of fungal organisms. The major limitation in the use of micropropagation for many plants is the cost of production; for many plants the use of seeds, which are normally disease free and produced in good numbers, readily produce plants (see orthodox seed) in good numbers at a lower cost. For this reason, many plant breeders do not utilize micropropagation because the cost is prohibitive. Other breeders use it to produce stock plants that are then used for seed multiplication. Mechanisation of the process could reduce labour costs, but has proven difficult to achieve, despite active attempts to develop technological solutions.
Қолданбалар
Микрокөбейту шағын аумақта көптеген өсімдіктерді өсіруге, сақтауға және күтіміне мүмкіндік береді, бұл оны экономикалық тиімді процесс етеді. Микрокөбейту гендік плазманы сақтау және жойылу қаупі төніп тұрған түрлерді қорғау үшін қолданылады.
Micropropagation facilitates the growth, storage, and maintenance of a large number of plants in small spaces which makes it a cost effective process. Micropropagation is used for germplasm storage and the protection of endangered species.