Криоконсервация растений

Криоконсервация растений — это стратегия сохранения генетических ресурсов, которая позволяет хранить растительный материал, такой как семена, пыльца, кончики побегов или спящие почки, в жидком азоте в течение неопределенного времени. ^[1] После оттаивания эти генетические ресурсы можно регенерировать в растения и использовать в полевых условиях. Хотя эту стратегию криоконсервации можно использовать для всех растений, ее часто используют только при определенных обстоятельствах: 1) культуры с неподатливыми семенами, например , авокадо ; ^[2] кокос ^[3] 2) бессемянные культуры, такие как культивируемые бананы и плантаны. ^[4] или 3) культуры, размножаемые клонально, такие как маниока, картофель, чеснок и сладкий картофель. ^[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 каллуса . клеток ^[1] В последующие годы были разработаны новые методы криоконсервации, такие как прямое погружение, медленное замораживание и витрификация, которые стали применяться ко все большему количеству видов растений и растительных тканей. ^[7].

Методы

Прямое погружение . Это погружение растительного материала непосредственно в жидкий азот или после высыхания. Это часто делается с (ортодоксальными) семенами, которые уже имеют низкое содержание влаги или пыльцы. ^[8] Этот метод нельзя использовать с тканями, содержащими много воды или чувствительными к обезвоживанию.
Медленное замораживание . Этот метод основан на механизме замораживания, позволяющем вытягивать воду из клеток и тем самым предотвращать образование льда в клетке. ^[9]
Витрификация. При сверхбыстром замораживании и использовании осмотической дегидратации вода, которая все еще присутствует в клетке, не может образовывать кристаллы и становится частью стеклоподобного или остеклованного раствора. ^[10] Этот метод можно разделить на различные варианты, например, капельную витрификацию, инкапсуляционную дегидратацию и пластинчатую витрификацию. Эти методы были успешно использованы с несколькими экономически важными культурами, такими как хризантема. ^[11] или кровоточащее сердце. ^[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 одного вида могут иметь разную толерантность к криоконсервации. ^[10]^[5] Эта разница, по-видимому, связана с засухоустойчивостью различных сортов этого вида. ^[10]^[13] Даже внутри самого растения могут быть заметные различия в зависимости от используемой ткани, поскольку при криоконсервации важную роль играют как структура, так и состав. ^[5]^[14]

Организации, полагающиеся на криоконсервацию растений

Ссылки

^ Перейти обратно: ^а ^б ^с Рид Б.М. (01 августа 2017 г.). «Криоконсервация растений: постоянное требование продовольственной и экосистемной безопасности» . Клеточная биология и биология развития in vitro — растения . 53 (4): 285–288. дои : 10.1007/s11627-017-9851-4 . ISSN 1475-2689 . S2CID 32177737 .
^ О'Брайен С., Хити-Бандараладж Дж.К., Фольгадо Р., Ламейер С., Хейворд А., Миттер Н. (2020). «Разработка протокола криоконсервации верхушечных побегов авокадо (Persea americana Mill.) с использованием различных антиоксидантов» . Acta Horticulturae (1285): 15–22. дои : 10.17660/ActaHortic.2020.1285.3 . ISSN 0567-7572 . S2CID 226751510 .
^ Сопаде П.А., Самосир Ю.М., Ривал А, Адкинс С.В. (декабрь 2010 г.). «Обезвоживание улучшает криоконсервацию кокоса (Cocos nucifera L.)». Криобиология . 61 (3): 289–96. doi : 10.1016/j.cryobiol.2010.09.007 . ПМИД 20959171 .
^ Панис Б., Свеннен Р. (1995). «Криоконсервация зародышевой плазмы банана и подорожника (вид Musa)». Криоконсервация зародышевой плазмы растений I. Биотехнология в сельском и лесном хозяйстве. Том. 32. Берлин, Гейдельберг: Springer Berlin Heidelberg. стр. 381–397. дои : 10.1007/978-3-662-03096-7_27 . ISBN 978-3-642-08184-2 .
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с Уилмс Х., Фанега Слезиак Н., Ван дер Ауверер М., Брэндс М., Верлейе М., Хардеман Д. и др. (7 сентября 2020 г.). «Разработка быстрого и удобного протокола криоконсервации генетических ресурсов сладкого картофеля» . Научные отчеты . 10 (1): 14674. Бибкод : 2020NatSR..1014674W . дои : 10.1038/s41598-020-70869-3 . ПМЦ 7477159 . ПМИД 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
^ да Силва РЛ, де Соуза ЭХ, де Хесус Виейра Л, Пелакани ЧР, Соуза ФВ (17 мая 2017 г.). «Криоконсервация пыльцы дикорастущих образцов ананаса». Наука садоводства . 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)*) . Почтовый ящик 209, Корриентес (3400), Аргентина: Факультет аграрных наук, Институт ботаники Северо-Востока. OCLC 709654438 . {{cite book}}: CS1 maint: местоположение ( ссылка )
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с Панис Б., Пиетт Б., Свеннен Р. (1 января 2005 г.). «Капельная витрификация апикальных меристем: протокол криоконсервации, применимый ко всем Musaceae». Наука о растениях . 168 (1): 45–55. doi : 10.1016/j.plantsci.2004.07.022 . ISSN 0168-9452 .
^ Кулус Д., Реверс М., Серочка М. и др. Криоконсервация методом инкапсуляции-дегидратации влияет на вегетативный рост хризантемы, но не нарушает ее химерную структуру. Культ органов растительных клеток 138, 153–166 (2019). https://doi.org/10.1007/s11240-019-01614-6
^ Кулус, Д. Криоконсервация кончика стрелы Lamprocapnos spectabilis (L.) Fukuhara с использованием различных подходов и оценки стабильности на молекулярном, биохимическом уровне и уровне архитектуры растений. Межд. Дж. Мол. наук. 2020, 21, 3901. https://doi.org/10.3390/ijms21113901.
^ Эскобар Р.Х., Мафла Дж., Рока В.М. (апрель 1997 г.). «Методология восстановления растений маниоки из кончиков побегов, хранящихся в жидком азоте». Отчеты о растительных клетках . 16 (7): 474–478. дои : 10.1007/s002990050263 . ПМИД 30727635 .
^ Ху, Чун (2015), Лю, Янце; Ван, Чжиминь; Чжан, Цзюньцэн (ред.), «Chrysanthemum morifolium Ramat 菊花 (Juhua, Florists Chrysanthemum)» , «Диетические китайские травы: химия, фармакология и клинические данные» , Вена: Springer, стр. 681–691, doi : 10.1007/978-3- 211-99448-1_77 , ISBN 978-3-211-99448-1 , получено 3 ноября 2020 г.

[:0-1] Перейти обратно: ^а ^б ^с Рид Б.М. (01 августа 2017 г.). «Криоконсервация растений: постоянное требование продовольственной и экосистемной безопасности» . Клеточная биология и биология развития in vitro — растения . 53 (4): 285–288. дои : 10.1007/s11627-017-9851-4 . ISSN 1475-2689 . S2CID 32177737 .

[2] О'Брайен С., Хити-Бандараладж Дж.К., Фольгадо Р., Ламейер С., Хейворд А., Миттер Н. (2020). «Разработка протокола криоконсервации верхушечных побегов авокадо (Persea americana Mill.) с использованием различных антиоксидантов» . Acta Horticulturae (1285): 15–22. дои : 10.17660/ActaHortic.2020.1285.3 . ISSN 0567-7572 . S2CID 226751510 .

[3] Сопаде П.А., Самосир Ю.М., Ривал А, Адкинс С.В. (декабрь 2010 г.). «Обезвоживание улучшает криоконсервацию кокоса (Cocos nucifera L.)». Криобиология . 61 (3): 289–96. doi : 10.1016/j.cryobiol.2010.09.007 . ПМИД 20959171 .

[4] Панис Б., Свеннен Р. (1995). «Криоконсервация зародышевой плазмы банана и подорожника (вид Musa)». Криоконсервация зародышевой плазмы растений I. Биотехнология в сельском и лесном хозяйстве. Том. 32. Берлин, Гейдельберг: Springer Berlin Heidelberg. стр. 381–397. дои : 10.1007/978-3-662-03096-7_27 . ISBN 978-3-642-08184-2 .

[:1-5] Перейти обратно: ^а ^б ^с Уилмс Х., Фанега Слезиак Н., Ван дер Ауверер М., Брэндс М., Верлейе М., Хардеман Д. и др. (7 сентября 2020 г.). «Разработка быстрого и удобного протокола криоконсервации генетических ресурсов сладкого картофеля» . Научные отчеты . 10 (1): 14674. Бибкод : 2020NatSR..1014674W . дои : 10.1038/s41598-020-70869-3 . ПМЦ 7477159 . ПМИД 32895398 .

[6] 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.

[7] 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

[8] да Силва РЛ, де Соуза ЭХ, де Хесус Виейра Л, Пелакани ЧР, Соуза ФВ (17 мая 2017 г.). «Криоконсервация пыльцы дикорастущих образцов ананаса». Наука садоводства . 219 : 326–334. doi : 10.1016/j.scienta.2017.03.022 . ISSN 0304-4238 .

[9] Карта К.К. (1982). Реакция роста in vitro и регенерация растений из криоконсервированных меристем маниоки (Manihot esculenta Crantz)*) . Почтовый ящик 209, Корриентес (3400), Аргентина: Факультет аграрных наук, Институт ботаники Северо-Востока. OCLC 709654438 . {{cite book}}: CS1 maint: местоположение ( ссылка )

[:2-10] Перейти обратно: ^а ^б ^с Панис Б., Пиетт Б., Свеннен Р. (1 января 2005 г.). «Капельная витрификация апикальных меристем: протокол криоконсервации, применимый ко всем Musaceae». Наука о растениях . 168 (1): 45–55. doi : 10.1016/j.plantsci.2004.07.022 . ISSN 0168-9452 .

[11] Кулус Д., Реверс М., Серочка М. и др. Криоконсервация методом инкапсуляции-дегидратации влияет на вегетативный рост хризантемы, но не нарушает ее химерную структуру. Культ органов растительных клеток 138, 153–166 (2019). https://doi.org/10.1007/s11240-019-01614-6

[12] Кулус, Д. Криоконсервация кончика стрелы Lamprocapnos spectabilis (L.) Fukuhara с использованием различных подходов и оценки стабильности на молекулярном, биохимическом уровне и уровне архитектуры растений. Межд. Дж. Мол. наук. 2020, 21, 3901. https://doi.org/10.3390/ijms21113901.

[13] Эскобар Р.Х., Мафла Дж., Рока В.М. (апрель 1997 г.). «Методология восстановления растений маниоки из кончиков побегов, хранящихся в жидком азоте». Отчеты о растительных клетках . 16 (7): 474–478. дои : 10.1007/s002990050263 . ПМИД 30727635 .

[14] Ху, Чун (2015), Лю, Янце; Ван, Чжиминь; Чжан, Цзюньцэн (ред.), «Chrysanthemum morifolium Ramat 菊花 (Juhua, Florists Chrysanthemum)» , «Диетические китайские травы: химия, фармакология и клинические данные» , Вена: Springer, стр. 681–691, doi : 10.1007/978-3- 211-99448-1_77 , ISBN 978-3-211-99448-1 , получено 3 ноября 2020 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]