Стратегия сохранения растений
Криоконсервация растений — это стратегия сохранения генетических ресурсов, которая позволяет хранить растительный материал, такой как семена, пыльца, верхушки побегов или спящие почки, неограниченное время в жидком азоте. [1] После размораживания эти генетические ресурсы могут быть регенерированы в растения и использованы в полевых условиях. Хотя эта стратегия сохранения криоконсервации может использоваться для всех растений, она часто используется только при определенных обстоятельствах: 1) культуры с неподатливыми семенами, например , авокадо , [2] кокос [3] 2) культуры без семян, такие как культивируемые бананы и плантаны [4] или 3) культуры, которые размножаются клонированием, такие как маниока, картофель, чеснок и батат. [5] [6]
История
История криоконсервации растений началась в 1965 году, когда Хираи изучал биологические процессы, происходящие при замораживании биологических образцов. [1] Три года спустя была предпринята первая успешная попытка криоконсервации клеток каллюса . [1] В последующие годы были разработаны новые методы криоконсервации, такие как прямое погружение, медленное замораживание и витрификация, а также применялись ко все большему количеству видов растений и растительных тканей. [7]
Методы
- Прямое погружение . Это погружение растительного материала непосредственно в жидкий азот или после высушивания. Это часто делается с (ортодоксальными) семенами, которые уже имеют низкое содержание влаги или пыльцы. [8] Этот метод нельзя использовать с тканями, которые содержат много воды или чувствительны к обезвоживанию.
- Медленное замораживание . Этот метод основан на механизме замораживания-дегидратации, чтобы вытянуть воду из клеток и таким образом предотвратить образование льда в клетке. [9]
- Витрификация. Замораживая с очень высокой скоростью и используя осмотическое обезвоживание, вода, которая все еще присутствует в клетке, не может образовывать кристаллы и будет частью стекловидного или остеклованного раствора. [10] Этот метод может быть далее разделен на различные варианты, например, капельное остекловывание, инкапсуляционное обезвоживание и пластинчатое остекловывание. Эти методы были успешно использованы с несколькими экономически важными культурами, такими как хризантема [11] или дицентра. [12]
Препятствия и ограничения
Помимо проблем, связанных с криоконсервацией в целом, важным препятствием при разработке протоколов криоконсервации для хранения зародышевой плазмы растений является то, что растения в пределах одного вида могут иметь разную толерантность к криоконсервации. [10] [5] Это различие, по-видимому, связано с засухоустойчивостью различных сортов в пределах вида. [10] [13] Даже внутри самого растения могут быть заметные различия в зависимости от используемой ткани, поскольку и структура, и состав играют важную роль во время криоконсервации. [5] [14]
Организации, использующие криоконсервацию растений
Ссылки
- ^ abc Reed BM (2017-08-01). «Криоконсервация растений: постоянная потребность в обеспечении продовольственной и экосистемной безопасности». In Vitro Cellular & Developmental Biology - Plant . 53 (4): 285–288. doi : 10.1007/s11627-017-9851-4 . ISSN 1475-2689. S2CID 32177737.
- ^ O'Brien C, Hiti-Bandaralage JC, Folgado R, Lahmeyer S, Hayward A, Mitter N (2020). «Разработка протокола криоконсервации верхушечных побегов авокадо (Persea americana Mill.) с использованием различных антиоксидантов». Acta Horticulturae (1285): 15–22. doi :10.17660/ActaHortic.2020.1285.3. ISSN 0567-7572. S2CID 226751510.
- ^ Sopade PA, Samosir YM, Rival A, Adkins SW (декабрь 2010 г.). «Обезвоживание улучшает криоконсервацию кокоса (Cocos nucifera L.)». Криобиология . 61 (3): 289–96. doi :10.1016/j.cryobiol.2010.09.007. PMID 20959171.
- ^ Panis B, Swennen R (1995). "Криоконсервация зародышевой плазмы банана и плантана (вид Musa)". Криоконсервация зародышевой плазмы растений I. Биотехнология в сельском хозяйстве и лесном хозяйстве. Т. 32. Берлин, Гейдельберг: Springer Berlin Heidelberg. С. 381–397. doi :10.1007/978-3-662-03096-7_27. ISBN 978-3-642-08184-2.
- ^ abc Wilms H, Fanega Sleziak N, Van der Auweraer M, Brands M, Verleije M, Hardeman D и др. (7 сентября 2020 г.). «Разработка быстрого и удобного протокола криоконсервации для генетических ресурсов батата». Scientific Reports . 10 (1): 14674. Bibcode :2020NatSR..1014674W. doi :10.1038/s41598-020-70869-3. PMC 7477159 . PMID 32895398.
- ^ Зимнох-Гузовская Е., Хмеларж П., Вавжиняк М.К., Плитта-Михалак Б.П., Михалак М., Палуцка М., Василенчик У., Косек П., Кулус Д., Ручиньска А., Микула А., 2022. Польский криобанки: исследование и сохранение генетических ресурсов растений. Acta Societatis Botanicorum Poloniae 91: 9121. https://doi.org/10.5586/asbp.9121.
- ^ Кулус Д., Залевска М., 2014. Криоконсервация как инструмент, используемый при длительном хранении декоративных видов – обзор. Scientia Horticulturae 168: 88-107. https://doi.org/10.1016/j.scienta.2014.01.014
- ^ da Silva RL, de Souza EH, de Jesus Vieira L, Pelacani CR, Souza FV (2017-05-17). «Криоконсервация пыльцы образцов дикого ананаса». Scientia Horticulturae . 219 : 326–334. doi :10.1016/j.scienta.2017.03.022. ISSN 0304-4238.
- ^ Карта К.К. (1982). Реакция роста in vitro и регенерация растений из криоконсервированных меристем маниоки (Manihot esculenta Crantz)*). Касилья-де-Корреос 209, Корриентес (3400), Аргентина.: Факультет сельскохозяйственных наук, Институт ботаники дель Нордесте. ОСЛК 709654438.
{{cite book}}
: CS1 maint: местоположение ( ссылка ) - ^ abc Panis B, Piette B, Swennen R (2005-01-01). «Витрификация капель апикальных меристем: протокол криоконсервации, применимый ко всем Musaceae». Plant Science . 168 (1): 45–55. doi :10.1016/j.plantsci.2004.07.022. ISSN 0168-9452.
- ^ Кулус, Д., Реверс, М., Серока, М. и др. Криоконсервация путем инкапсуляции-дегидратации влияет на вегетативный рост хризантемы, но не нарушает ее химерную структуру. Plant Cell Tiss Organ Cult 138, 153–166 (2019). https://doi.org/10.1007/s11240-019-01614-6
- ^ Кулус, Д. Криоконсервация верхушек побегов Lamprocapnos spectabilis (L.) Fukuhara с использованием различных подходов и оценка стабильности на молекулярном, биохимическом и растительном уровнях. Int. J. Mol. Sci. 2020, 21, 3901. https://doi.org/10.3390/ijms21113901
- ^ Escobar RH, Mafla G, Roca WM (апрель 1997 г.). «Методология восстановления растений маниоки из кончиков побегов, поддерживаемых в жидком азоте». Plant Cell Reports . 16 (7): 474–478. doi :10.1007/s002990050263. PMID 30727635.
- ^ Ху, Чунь (2015), Лю, Яньцзе; Ван, Чжиминь; Чжан, Цзюньцзэн (ред.), «Chrysanthemum morifolium Ramat 菊花 (Juhua, флористическая хризантема)», Диетические китайские травы: химия, фармакология и клинические доказательства , Вена: Springer, стр. 681–691, doi :10.1007/978-3-211-99448-1_77, ISBN 978-3-211-99448-1, получено 2020-11-03