마이크로파게이션

Micropropagation
조직 배양에서 자란 세포로 시작된 장미 식물

마이크로프로파게이션 또는 조직 배양은 현대의 식물 조직 배양 [1]방법을 사용하여 많은 자손 식물을 생산하기 위해 식물 스톡 재료를 빠르게 증식하는 관행이다.

마이크로프로파게이션은 종래의 식물 육종 방법을 통해 유전자 변형 또는 사육된 식물과 같은 다양한 식물을 증식하기 위해 사용된다.또한 씨앗이 없는 식물, 식물 번식에 잘 반응하지 않는 식물 또는 미세 번식(예: 난초)이 더 저렴한 번식 수단인 식물에서 충분한 수의 플랜틀릿을 제공하는 데에도 사용된다.[2]코넬 대학의 식물학자 프레데릭 캠피온 스튜어드는 1950년대 후반과 [3]1960년대 초에 미세 생식 및 식물 조직 문화를 발견하고 개척했습니다.

순서

즉, 미세파괴 단계는 4단계로 나눌 수 있다.

  1. 모식물 선정
  2. 곱셈
  3. 루팅과 적응
  4. 새 식물을 흙으로 옮기다

모식물 선정

통제되고 멸균된 환경에서 식물의 체외 배양

마이크로프로파게이션은 증식할 식물 재료의 선택으로부터 시작된다.식물 조직은 무균 상태에서 온전한 식물에서 제거된다.바이러스와 곰팡이가 없는 깨끗한 원료들은 가장 건강한 식물의 생산에 중요하다.식물 재료가 배양용으로 선택되면 탐색제 수집이 시작되고 줄기 끝, 꽃잎, 꽃가루 및 기타 식물 조직을 포함하여 사용되는 조직의 유형에 따라 달라진다.그런 다음 보통 여러 가지 표백제 및 알코올 세척 과정을 거쳐 표면 멸균된 물에 마지막으로 헹굽니다.식물 조직의 이 작은 부분(때로는 단 하나의 세포)은 일반적으로 매크로와 미세 영양소, 물, 수크로스, 그리고 하나 이상의 식물 성장 조절제(식물 호르몬)를 포함하는 배지에 놓입니다.보통 배지는 한천과 같은 겔화제로 증점하여 성장 중에 탐상체를 지탱하는 겔을 생성한다.어떤 식물들은 간단한 배지에서 쉽게 자라지만, 다른 식물들은 성공적인 성장을 위해 더 복잡한 배지가 필요하다; 식물 조직은 자라서 배지에 따라 새로운 조직으로 분화된다.예를 들어 사이토키닌을 함유한 배지는 식물의 싹에서 분기된 싹을 만드는 데 사용된다.

곱셈

증식이란 첫 번째 단계에서 생성된 조직 샘플을 채취하여 그 수를 늘리는 것입니다.식물 조직의 성공적인 도입과 성장에 이어, 확립 단계는 증식이다.이 과정의 반복적인 주기를 통해 단일 탐사 표본이 1개에서 수백, 수천 개의 식물까지 증가할 수 있다.성장한 조직의 종류에 따라 증식에는 다른 방법과 배지가 필요할 수 있습니다.식물성 재료가 굳은살 조직일 경우 믹서에 넣어 잘게 썰어 같은 배지에 재배하면 굳은살 조직이 더 많이 자랄 수 있다.만약 조직이 플랜틀렛이라고 불리는 작은 식물들로 성장한다면, 종종 호르몬이 첨가되어 플랜틀렛이 많은 작은 꽃들을 생산하게 된다.여러 개의 새싹을 형성한 후 이들 새싹을 옥신·사이토키닌비가 높은 뿌리 배지로 이행시킨다.뿌리가 발달한 후, 플랜틀렛을 경화에 사용할 수 있습니다.

이식 전

바나나 플랜틀릿은 식물 매체에서 토양(버미콤포스트 포함)으로 옮겨집니다.이 과정은 식물 배지에서 재배된 식물들의 토양에 대한 적응을 위한 것이다.며칠 동안 자란 후, 그 식물들은 밭으로 옮겨진다.

이 단계는 뿌리 성장과 "경화"를 촉진하기 위해 생성된 식물/싹을 처리하는 것을 포함합니다.체외 또는 멸균된 "테스트 튜브" 환경에서 수행됩니다.

"경화"는 식물이 자연 성장 환경을 위해 준비하는 것을 말한다.이 단계까지, 플랜틀렛은 "이상적인" 환경에서 자라왔으며, 급속한 성장을 촉진하도록 설계되었습니다.성숙의 통제된 특성으로 인해, 플랜틀릿은 종종 완전히 기능하는 피부 덮개를 가지고 있지 않습니다.이것은 그들이 질병에 매우 취약하고 물과 에너지의 사용에 비효율적이게 만든다.체외 조건은 습도가 높으며, 이러한 조건에서 자란 식물은 종종 식물이 마르지 않도록 하는 기능하는 큐티클과 기공을 형성하지 않습니다.배양에서 제외되면, 그 식물들은 더 자연스러운 환경 조건에 적응할 시간이 필요하다.경화는 일반적으로 고습도, 저조도, 따뜻한 환경에서 해당 종의 정상적인 성장 환경으로 간주될 수 있는 식물들을 서서히 제거하는 것을 포함합니다.

문화로부터의 이행

USDA 종자은행인 국립유전자원보존센터에서 재배되고 있는 식물조직 배양.

식물의 미세 증식 마지막 단계에서 식물 배지에서 플랜틀릿을 제거하여 토양 또는 (더 일반적으로) 전통적인 방법으로 지속적인 성장을 위해 화분 퇴비로 옮겨진다.

이 단계는 종종 "이식 전" 단계와 결합됩니다.

방법들

메리스템 문화

메리스템 문화에서는, 메리스템과 몇 개의 하위 잎 원초들이 적절한 성장 배지에 놓입니다.새로운 자웅을 형성하도록 유도되는 곳이죠그리고 나서 이러한 자질구레한 것들은 분할되고 더욱 성장하며 증식된다.플랜틀릿을 생산하기 위해 증식 배지에서 메주를 추출하여 재생 배지를 바릅니다.몇 주 후에 가늘고 긴 뿌리식물이 생성되면, 그것은 토양으로 옮겨질 수 있다. 이 방법으로 무병식물을 생성할 수 있다.실험 결과는 또한 [4]이 기술이 코코넛, 딸기,[5] 사탕수수 [6]등 다양한 식물 종의 빠른 번식에 성공적으로 사용될 수 있음을 시사한다.

굳은살 배양

굳은살은 분화되지 않은 실질세포 덩어리이다.살아있는 식물조직을 다른 조건이 좋은 인공배지에 넣으면 굳은살이 생긴다.굳은살의 성장은 옥신과 사이토키닌의 균질 수준에 따라 다르며 배양 배지에서 이러한 성장 조절제의 내인성 공급에 의해 조작될 수 있습니다.굳은살 성장과 그 기관 형성 또는 발생은 세 가지 다른 단계로 언급될 수 있다.

  • 스테이지 1: 배양 배지에 넣은 후 굳은살이 빠르게 생성된다.
  • 스테이지 II: 굳은살은 성장조절제를 포함한 다른 배지로 옮겨져 부정기 유도를 한다.
  • 스테이지 III:그리고 나서 새로운 플랜틀릿은 점차 환경 조건에 노출된다.

배아 배양

주요 기사 : 배아 구조

배아배양에서는 배아를 절제하여 적절한 영양소를 무균상태로 배지에 넣는다.플랜틀릿으로의 신속하고 최적의 성장을 얻기 위해 흙으로 옮겨진다.이것은 특히 종간 잡종과 종간 잡종의 생산과 배아를 극복하는 데 중요합니다.

원형질 배양

원형질배양에서는 벽분해효소의 도움을 받아 식물세포를 분리할 수 있으며, 적절한 배지 내에서 식물세포의 재생을 제어한 상태로 성장시킬 수 있다.적절한 조건하에서 원형질체는 세포벽을 발달시키고 세포분열과 분화를 증가시켜 새로운 식물로 성장한다.원형질체는 우선 섭씨 25~28도의 배지에서 광도 100~500룩스 또는 어두운 곳에서 배양되며 상당한 세포분열을 거친 후 고체배지로 이행되거나 많은 원예작물의 형태형성이 원형질 배양에 잘 반응한다.

이점

마이크로프로파게이션에는 종래의 식물 증식 기법에 비해 다음과 같은 많은 이점이 있습니다.

  • 마이크로프로파게이션의 주요 장점은 서로 복제되는 많은 식물의 생산이다.
  • 마이크로프로파게이션은 질병이 없는 식물을 생산하는 데 사용될 수 있다.
  • 이것은 매우 높은 번식률을 가지고 수천 개의 전파를 발생시킬 수 있지만, 기존의 기술들은 이 숫자의 극히 일부만을 발생시킬 수 있다.
  • 이것은 유전자 변형 세포나 원형질 융합 후 세포를 재생하는 유일한 실행 가능한 방법이다.
  • 이는 비경제적인 양으로 씨앗을 생산하는 증식 식물에 유용하며, 식물이 멸균되어 생존 가능한 씨앗을 생산하지 못하거나 씨앗을 저장할 수 없는 경우(불충분한 씨앗 참조)에 유용하다.
  • 마이크로프로파게이션은 종자 또는 절단과 같은 기존 방법으로 생산되는 유사한 식물에 비해 더 튼튼한 식물을 생산하는 경우가 많다.
  • 대부분의 난초를 포함한 아주 작은 씨앗을 가진 몇몇 식물들은 무균 배양된 씨앗에서 가장 안정적으로 재배된다.
  • 평방미터당 더 많은 수의 식물을 생산할 수 있고, 더 오래 그리고 더 작은 면적에 전파를 저장할 수 있다.

단점들

마이크로프로파게이션이 항상 식물 증식을 위한 완벽한 수단인 것은 아니다.사용을 제한하는 조건은 다음과 같습니다.

  • 인건비는 [7]운영비의 50%~69%를 차지할 수 있습니다.
  • 모든 자손식물이 동일한 감염에 취약할 수 있기 때문에, 단일 배양은 미세 번식 후에 생산되며, 전반적인 질병 회복력의 부족을 초래한다.
  • 감염된 식물 표본은 감염된 자손을 낳을 수 있다.이것은 바이러스나 곰팡이에 감염된 식물을 배양하는 것을 막기 위해 가축 식물을 세심하게 선별하고 검사하기 때문에 드문 일이다.
  • 모든 식물이 성공적으로 조직 배양될 수 있는 것은 아니다. 왜냐하면 종종 적절한 성장 배지가 알려져 있지 않거나 식물들이 2차 대사 화학 물질을 생산하여 탐험가를 방해하거나 죽이기 때문이다.
  • 때로는 식물이나 품종이 조직 배양 후 형에 맞지 않는 경우가 있다.이것은 종종 시작 단계 동안 사용된 탐사 물질의 유형이나 세포나 전파선의 나이 결과에 따라 달라진다.
  • 몇몇 식물들은 곰팡이 생물을 소독하기가 매우 어렵다.

많은 식물에 대한 미세 번식 사용의 주요 제한은 생산 비용이다. 많은 식물에서 일반적으로 질병이 없고 많은 수가 생산되는 종자를 사용하면 더 낮은 비용으로 좋은 수의 식물(정통 종자 참조)을 쉽게 생산할 수 있다.이러한 이유로, 많은 식물 육종업자들은 비용이 만만치 않기 때문에 마이크로프로파게이션을 활용하지 않는다.다른 사육자들은 그것을 씨앗 증식에 사용되는 가축 식물을 생산하는 데 사용한다.

프로세스의 기계화는 인건비를 절감할 수 있지만 기술적 솔루션을 개발하려는 적극적인 시도에도 불구하고 달성하기 어려운 것으로 입증되었습니다.

레퍼런스

  1. ^ "Micropropagation - Definitions from Dictionary.com". dictionary.reference.com. Retrieved 2008-03-17.
  2. ^ Chugh, Samira; Guha, Satyakam; Rao, I. Usha (2009-11-03). "Micropropagation of orchids: A review on the potential of different explants". Scientia Horticulturae. 122 (4): 507–520. doi:10.1016/j.scienta.2009.07.016. ISSN 0304-4238.
  3. ^ "Frederick Campion Steward" (PDF). Cornell University Faculty Memorial Statement. Archived from the original (PDF) on 2012-04-02.
  4. ^ Wilms, Hannes; De Bièvre, Dries; Longin, Kevin; Swennen, Rony; Rhee, Juhee; Panis, Bart (2021-09-15). "Development of the first axillary in vitro shoot multiplication protocol for coconut palms". Scientific Reports. 11 (1): 18367. doi:10.1038/s41598-021-97718-1. ISSN 2045-2322. PMC 8443624. PMID 34526563.
  5. ^ Naing, Aung Htay; Kim, Si Hyun; Chung, Mi Young; Park, Soon Ki; Kim, Chang Kil (2019-04-13). "In vitro propagation method for production of morphologically and genetically stable plants of different strawberry cultivars". Plant Methods. 15 (1): 36. doi:10.1186/s13007-019-0421-0. ISSN 1746-4811. PMC 6461810. PMID 31011361.
  6. ^ Salokhe, Shubhangi (2021-06-01). "Development of an efficient protocol for production of healthy sugarcane seed cane through Meristem culture". Journal of Agriculture and Food Research. 4: 100126. doi:10.1016/j.jafr.2021.100126. ISSN 2666-1543.
  7. ^ Maciej Hempel, М. Хемпел & М. Хемпел (1986) Some Economical Aspects of Commercial Micropropagation, Biotechnology & Bioindustry, 1:5, 22-26, DOI: 10.1080/02052067.1986.10824247