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Einführung in Pflanzengewebekulturen

Einführung in Pflanzengewebekulturen


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Kartoffelpflanzen in Mikropropagation (Irene McIntosh)

Pflanzengewebekultur ist eine Technik, mit der Pflanzen oder Pflanzengewebe und -organe ausgehend von einer einzelnen Zelle oder einer kleinen Zellprobe gezüchtet werden. Diese Methode erfordert einige Laborkenntnisse und -fähigkeiten sowie grundlegende Laborgeräte. Mikropropagation, die klonale Produktion vollständiger Pflanzen, wird üblicherweise verwendet, um Pflanzen im kommerziellen Maßstab zu züchten. Einige Vorteile der Gewebekultur und der Mikropropagation sind, dass viele Pflanzen auf kleinem Raum gestartet werden können; Die Pflanzen werden für Forschungszwecke oder bis sie für das hydroponische oder traditionelle Wachstum bereit sind, in sterilem Zustand gehalten.

Geschichte

Pflanzen haben eine bemerkenswerte Regenerationskraft, was sich in der relativen Leichtigkeit zeigt, mit der sie verwurzelt, transplantiert und transplantiert werden können. Frühe Versuche, Pflanzen in vitro aus isolierten Teilen zu züchten, waren erfolglos, da die Kenntnisse über Pflanzenernährung und -physiologie unzureichend waren. Mit der Entdeckung essentieller Pflanzenhormone wurden ab den 1920er und 30er Jahren einige Fortschritte erzielt. Einen großen Fortschritt machte Philip R. White 1939 mit seinem Bericht über die kontinuierliche Kultur von Karotten und Tabak, der vollständig in vitro durchgeführt wurde. Weitere Fortschritte machte Folke Skoog, der neue und wichtige Eigenschaften des Hormons Auxin entdeckte. Skoog entwickelte zusammen mit Toshio Murashige die immer noch weit verbreitete Standard-Pflanzennährstofflösung Murashige-Skoog (MS). Die von Kenneth Vivian Thimann Ende der 1950er Jahre begonnenen Arbeiten, die zeigten, dass Kinetin die Ruhe der Seitenknospen durchbrach und ihnen ermöglichte, sich so zu entwickeln, als wären sie an den Spitzen von Pflanzen, ebneten den Weg für schnelle Fortschritte. Von da an wurden fast jedes Jahr neue und wichtige Ergebnisse bekannt gegeben. Heutzutage kann fast jede Pflanze unter Laborkontrolle aus einer Vielzahl von Ausgangsgeweben gezüchtet werden.

  • Pflanzengewebekultur ist eine Technik, mit der Pflanzen oder Pflanzengewebe und -organe ausgehend von einer einzelnen Zelle oder einer kleinen Zellprobe gezüchtet werden.
  • Einige Vorteile der Gewebekultur und der Mikropropagation sind, dass viele Pflanzen auf kleinem Raum gestartet werden können; Die Pflanzen werden für Forschungszwecke oder bis sie für das hydroponische oder traditionelle Wachstum bereit sind, in sterilem Zustand gehalten.

Gewebekulturmethoden

Die Hauptmethoden der Gewebekultur werden nach dem Ausgangsmaterial klassifiziert. Einige Arten können leicht von einem Stück geschnittenem Blatt gestartet werden. Viele können in vitro aus Samen gezogen werden, wodurch Pflanzen erzeugt werden können, die ansonsten schwer zu züchten sind. Die Embryokultur ähnelt der Samenkultur, außer dass die Embryonen vor dem Start aus den Samen extrahiert werden. Die Meristemkultur beginnt mit ausgeschnittenen Wurzel- oder Sprossspitzen. Meristeme sind die aktiv wachsenden Zonen an den Spitzen von Wurzeln, Trieben und Seitenknospen. In der Kalluskultur wird das Wachstum von undifferenziertem Gewebe gefördert, das normalerweise nur auf einer Wunde auftritt. Eine enorme Anzahl von Kalluszellen kann als Ausgangsmaterial für voll entwickelte Pflanzen gezüchtet werden. Diese tumorähnlichen Zellen müssen durch den Einsatz von Chemikalien aus differenzierten (bereits entwickelten) Geweben zur Bildung gebracht werden. Ebenso müssen Kalluszellen chemisch behandelt werden, um sie in differenziertes Gewebe umzuwandeln. Murishage entwickelte ein Klassifizierungssystem, um drei verschiedene Phasen der Mikropropagation zu beschreiben: Stadium I, Etablierung; Stadium II, Multiplikation und Stadium III, Reifung.

  • Die Hauptmethoden der Gewebekultur werden nach dem Ausgangsmaterial klassifiziert.
  • In der Kalluskultur wird das Wachstum von undifferenziertem Gewebe gefördert, das normalerweise nur auf einer Wunde auftritt.

Stufe I.

In Stufe I wird ein Ausgangsmaterial (die Vermehrung) ausgewählt und für die Kultur vorbereitet. Der erste Schritt besteht darin, das Material zu desinfizieren, indem es für kurze Zeit in einer Antibiotika-, Bleich- oder Alkohollösung eingeweicht wird. Das Explantat wird dann gespült und in ein Reagenzglas oder eine Petrischale gegeben, die sterilisiertes Kulturmedium enthält. Das Kulturmedium ist normalerweise eine Variation des MS-Mediums, das alle wesentlichen Elemente, Vitamine und Hormone enthält, um die gewünschte Art des Wachstums zu stimulieren. Das Medium wird durch Zugabe von Agar halbfest gemacht.

Stufe II

Das Ziel der Mikropropagation im Stadium II ist die Proliferation von Sprossen unter Verwendung eines hohen Cytokinin: Auxin-Verhältnisses. Das starke Hormon 2,4D wird hier verwendet, wenn Kallusgewebe gewünscht wird. Um die Sprossvermehrung zu fördern, werden hohe Konzentrationen von Kinetin, Benzylaminopurin (BA) oder N6- (2-Isopentenyl) adenin (2iP) zusammen mit einer instabilen Form oder einer niedrigen Konzentration von Auxin verwendet. Diese Kombination fördert die Bildung von Achsel- oder Adventivtrieben und hemmt gleichzeitig das Wurzelwachstum. Ein Schlüsselmerkmal von Stufe II ist die Leichtigkeit, mit der viel mehr Kulturen daraus abgeleitet werden können. Proliferierende Triebe können leicht auf andere Bedingungen der Stufe II übertragen werden, um schnell viel mehr Triebe zu erzeugen. Dies kann auf unbestimmte Zeit fortgesetzt werden, bis eine Kontamination auftritt oder die Pflanzen deformiert erscheinen.

  • In Stufe I wird ein Ausgangsmaterial (die Vermehrung) ausgewählt und für die Kultur vorbereitet.
  • Das Ziel der Mikropropagation im Stadium II ist die Proliferation von Sprossen unter Verwendung eines hohen Cytokinin: Auxin-Verhältnisses.

Stufe III

Im Stadium III besteht das Ziel darin, vollständige Pflanzen mit lebensfähigen Wurzel- und Sprosssystemen zu bilden. Dies geschieht durch Reduktion der Kinetine und Zufuhr von ausreichend Auxin. Auxine werden direkt dem Medium zugesetzt, oder die Sprossbasen können während der Transplantation in neue Medien in eine Auxinlösung getaucht werden. Oft ist ein Härtungsverfahren erforderlich, um die Überlebensfähigkeit von Pflanzen im Stadium III vor dem Eintopfen zu erhöhen. Dies geschieht durch allmähliches Erhöhen des Lichts, Verringern der Luftfeuchtigkeit und Ermöglichen, dass die Pflanzen erhöhten Temperaturschwankungen ausgesetzt sind. Nach dem Aushärten ist die Übertragung auf den Boden oder andere Wachstumsmedien dieselbe wie bei jeder anderen Pflanze, es ist jedoch mehr Sorgfalt erforderlich, da die Pflanzen im Vergleich zu traditionell gewachsenen Individuen tendenziell etwas weniger winterhart sind.


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