Dlugotrwale przechowywanie plazmy zarodkowej roslin uzytkowych - metody i problemy

• Autorzy: Puchalski J
• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Podstawowym zadaniem banków genów ex situ jest zachowanie pierwotnej różnorodności genetycznej przechowywanych zasobów genowych. Służy do tego tzw. plazma zarodkowa, którą mogą stanowić zarówno diaspory generatywne, jak i wegetatywne. U roślin głównym źródłem plazmy zarodkowej są nasiona, przy czym poszczególne gatunki roślin tworzą nasiona o zróżnicowanym okresie żywotności, a także o różnej wrażliwości na wysuszenie i temperaturę. Dla przechowalnictwa wyróżnia się trzy ich kategorie: typowe, nietypowe i pośrednie. Nasiona typowe mogą być odwadniane do niskiej zawartości wody poniżej 5%, co umożliwia ich długie przechowywanie. Pozostałe dwa typy są wrażliwe na odwodnienie i dla zachowania w bankach takich nasion wprowadza się techniki przechowywania ich izolowanych zarodków zygotycznych lub osi zarodkowych. Nasiona typowe mogą zachować wysoką żywotność przez dłuższy okres przy przechowywaniu ich w stanie wysuszonym w temperaturach ujemnych rzędu -20°C lub w warunkach kriogenicznych, na przykład w ciekłym azocie (-196°C) lub w jego parach (-150°C do -180°C). Innym rodzajem plazmy zarodkowej pochodzenia generatywnego jest pyłek, który zachowuje się w trakcie przechowywania podobnie do nasion. Dla wielu grup roślin, np. wieloletnich oraz rozmnażających się wegetatywnie, różnorodność genetyczna musi być chroniona w formie kultur in vitro uzyskiwanych z zarodków (somatycznych i zygotycznych) oraz merystemów i pąków. Kultury przechowuje się przez dłuższy okres czasu w warunkach wolnego wzrostu lub też za pomocą różnych technik kriokonserwacji. Przyszłościowe znaczenie dla banków genów może mieć przechowywanie DNA w formie wyizolowanej z tkanek lub też jako tzw. biblioteki DNA lub cDNA.

EN

The main goal of ex situ gene banks is the conservation of primary genetic diversity of stored genetic resources. For this purpose it is used so called germ- plasm, which could be represented by generative or vegetative propagules. The main source of plant germplasm are seeds, however the particular species produce seed with variable life span and with the different sensitivity to dehydration and temperature. For the storage purposes three seed categories are distinguished: orthodox, recalcitrant and intermediate. The orthodox seeds could be dried to low moisture content below 5%, what gives a possibility of their long- term storage. The remaining two types (especially recalcitrant seeds) are sensitive to dehydration and for their long-term storage other techniques must be applied - such as storage of isolated zygotic embryos or embryonic axes. Orthodox seeds could preserve their high viability for long time, if they are stored as dried and in low (-20°C) or ultra-low temperature under cryogenic conditions, for example in liquid nitrogen (-196°C) or in vapour of LN₂ (-150°C to -180°C). The second type of generative germplasm is pollen, which behaviour is, in case of storage, similar to the seeds. For several groups of plants, like perennials or plants vegetatively propagated, the in vitro cultures derived from embryos (somatic or zygotic), meristems or buds must be applied for their genetic diversity conservation. Cultures are preserved for longer periods using slow growth or various cryopreservation techniques. The future of gene banks might be connected with DNA storage: in form of extracted DNA or as DNA or cDNA libraries.

Słowa kluczowe

PL

hodowla roslin; przechowywanie; kultury in vitro; roznorodnosc genetyczna; rosliny uprawne; nasiona; zarodki roslinne; kriokonserwacja; banki genow

• Wydawca: -
• Czasopismo: Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych
• Rocznik: 1998
• Tom: 463
• Opis fizyczny: s.211-233,bibliogr.

Twórcy

autor

Puchalski J

• Ogrod Botaniczny PAN, ul. Prawdziwka 2, 02-973 Warszawa

Bibliografia

• Ashmore S.E. 1997. Status report on the development and application of in vitro techniques for the conservation and use of plant genetic resources. Int. Plant Genetic Resources Inst., Rome, Italy: 67 ss.
• Bajaj Y.P.S. 1985. Cryopreservation of embryos. In: Kartha K. K. (ed.). Cryopreservation of Plant Cells and Organs. CRC Press, Boca Raton, FL: 227-242.
• Berjak P., Farrant J.M., Mycock D.J., Pammenter N.W. 1990. Recalcitrant (homoiohydrous) seeds: the enigma of their desiccation - sensitivity. Seed. Sci. Technol. 18: 297-310.
• Berjak P., Pammenter N.W. 1997. Progress in the understanding and manipulation of desiccation - sensitive (recalcitrant) seeds. In: Ellis R. H., Black M., Murdoch A.J., Hong T.D. (eds.). Basic and Applied Aspects of Seed Biology. Kluwer Acad. Publ., Dordrecht: 689-703.
• Bogers R.J., Van Leeuwen P.J. 1992. The protection of wild bulbs and the propagation of specialty bulbs in Turkey. Acta Horticult. 325: 821-829.
• Bonner F.T. 1990. Storage of seeds: potential and limitation for germplasm conservation. Forest Ecol. and Management. 35: 35-43.
• Chmielarz P. 1997. Preservation of Quercus robur L. embryonic axes in liquid nitrogen. In: Ellis R.H., Black M., Murdoch A.J., Hong T.D. (eds.). Basic and Applied Aspects of Seed Biology. Kluwer Acad. Publ., Dordrecht: 765-769.
• Chmielarz P. 1998a. Reakcja roślin na niskie temperatury. Metody kriokonserwacji komórek i organów roślin w ciekłym azocie. Wyd. Z. Bartkowiak, Poznań: 48 ss.
• Chmielarz P. 1998b. Kriogeniczne przechowywanie zasobów genowych dębu szypułkowego (Quercus robur L.), sosny zwyczajnej (Pinus sylvestris L.) i świerka pospolitego (Picea abies (L.) Karst.). (Streszczenie). Praca doktorska. Instytut Dendrologii PAN, Kórnik: 4 ss.
• Chin H.F., Azis M., Ang B.B., Hamzah S. 1981. The effect of moisture and temperature on the ultrastructure and viability of Hevea brasiliensis. Seed Sci. Technol. 9: 411-122.
• Connor K.F., Towill L.E. 1993. Pollen - handling protocol and hydration/dehydration characteristics of pollen for application to long-term storage. Euphytica. 68: 77-84.
• Dumet D., Berjak P. 1997. Desiccation tolerance and cryopreservation of embryonic axes of recalcitrant species. In: Ellis R.H., Black M., Murdoch A. J., Hong T.D. (eds.). Basic and Applied Aspects of Seed Biology. Kluwer Acad. Publ., Dordrecht: 771-776.
• Eberhart S.A., Roos E.E., Towill L.E. 1991. Strategies for long-term management of germplasm collections. In: Falk D.A., Holsinger K.E. (eds.). Genetics and Conservation of Rare Plants. Oxford Univ. Press, New York, NY: 135-145.
• Eberhart S.A., Vertucci C.W., Roos E.E., Towill L.E., Stanwood P.C. 1995. Ex situ conservation of plant genetic resources. In: Keammerer W.R., Hassell W.G. (eds.). Proc. High Altitude Revegetation Workshop No. 11. 16-17.03.1994. Colorado Water Resources Res. Inst., Colorado State Univer., Fort Collins, CO: 227-243.
• Ellis R.H., Hong T.D., Roberts E.H. 1990a. An intermediate category of seed storage behaviour ? Coffee. J. Exp. Bot. 41: 1167-1174.
• Ellis R.H., Hong T.D., Roberts E.H., Tao K.-L. 1990b. Low moisture content limits to relations between seed longevity and moisture. Ann. Bot. 65: 493-504.
• Ellis R.H., Hong T.D., Roberts R.H. 1991. Seed moisture content, storage, viability and vigour. Correspondence. Seed Sci. Res. 1: 275-279.
• Ellis R.H., Roberts E.H. 1980. Improved equations for the prediction of seed longevity. Ann. Bot. 45: 13-30.
• Ellis R.H., Roberts E.H. 1981. The quantification of ageing and survival in orthodox seeds. Seed Sci. Technol. 9: 373-409.
• Ford-Lloyd B., Jackson M. 1986. Plant Genetic Resources. An Introduction to their Use. E. Arnold, London: 146 ss.
• Forsline P.L., Stushnoff C., Towill L.E., Waddell J.W., Lamboy W.F. 1993. Pilot project to cryopreserve dormant apple (Malus sp.) buds. HortScience. 28: 478.
• Goller K., Rybczyński J.J. 1994. Zastosowanie kultur in vitro w wegetatywnym mnożeniu paproci tropikalnych. Prace Ogr. Bot. PAN, Seria: Konferencje, Warszawa-Powsin. 5/6: 309-313.
• Goller K., Rybczyński J.J. 1995. In vitro culture used for woody fern Cyathea australis (R. Br.). Domin vegetative propagation. Acta Soc. Bot. Pol. 64: 13-17.
• Górecki R.J., Kulka K., Puchalski J. 1998a. Biochemical aspects of seed deterioration during storage. In: Gass T., Podyma W., Puchalski J., Eberhart S. A. Challenges in Rye Germplasm Conservation. Int. Plant Genetic Resources Inst., Rome, Italy: 37-44.
• Górecki R.J., Kulka K., Puchalski J. 1998b. Mechanizm starzenia się nasion w aspekcie ich długiego przechowywania. Zesz. Probl. Post. Nauk Roln. 463: 191-210.
• Grzesiuk S., Górecki R.J. (red.) 1994. Fizjologia Plonów. Wprowadzenie do Przechowalnictwa. Wyd. Akad. Roln.-Techn. Olsztyn: 374 ss.
• Grzesiuk S., Kulka K. 1981. Fizjologia i Biochemia Nasion. PWRiL, Warszawa: 604 ss.
• Hanna W.W., Towill L.E. 1995. Long-term pollen storage. Plant Breeding Rev. 13: 179-207.
• Hanna W.W., Wells H.D., Burton G.W., Monson W.G. 1983. Long-term pollen storage of pearl millet. Crop Sci. 23: 174-175.
• Harrington J.F. 1973. Problems of seed storage. In: Heydecker W. (ed.). Seed Ecology. Butterworths, London: 251-262.
• Hawkes J.G. 1991. The importance of genetic resources in plant breeding. Biol. J. Linn. Soc. (London) 43: 3-10.
• Hong T.D., Ellis R.H. 1996. A protocol to determine seed storage behaviour. IPGRI Technical Bull. No. 1, Int. Plant Genetic Resources Inst., Rome, Italy: 62 ss.
• IBPGR 1991. Elsevier's Dictionary of Plant Genetic Resources. Elsevier, Amsterdam: 187 ss.
• IBPGR 1992. Report of the expert consultation on genebank standards. 26-29 May 1992. FAO/IBPGR, Rome, Italy: 26 ss.
• IPGRI 1993. Diversity for Development. The Strategy of the International Plant Genetic Resources Institute. Int. Plant Genetic Resources Inst., Rome, Italy: 62 ss.
• King M.W., Roberts E.H. 1979. The storage of recalcitrant seeds: Achievements and possible approaches. Int. Board for Plant Genetic Resources, Rome, Italy. (79): 44
• King M.W., Roberts E.H. 1980. Maintenance of recalcitrant seeds in storage. In: Chin H. E, Roberts E. H. (eds.). Recalcitrant Crop Seeds. Tropical Press, Kuala Lumpur: 53-89.
• Mycock D.J., Berjak P., Pammenter N.W., Vertucci C.W. 1997. Cryopreservation of somatic embryoids of Phoenix dactylifera. In: Ellis R. H., Black M., Murdoch A. J., Hong T. D. (eds.). Basic and Applied Aspects of Seed Biology. Kluwer Acad. Publ., Dordrecht: 75-82.
• Niedzielski M., Puchalski J. 1998. The effects of different gaseous atmosphere and seed moisture content on viability of rye seeds in long-term storage experiment. In: Gass T., Podyma W., Puchalski J., Eberhart S. A. (eds.). Challenges in Rye Germplasm Conservation. Int. Plant Genetic Resources Inst., Rome, Italy: 24-26.
• Pammenter N.W., Vertucci C.W., Berjak P. 1991. Homeohydrous (recalcitrant) seeds: dehydration, the state of water and viability characteristics in Landolphia kirkii. Plant Physiol. 96: 1093-1098.
• Plucknett D.L., Smith N.J., Williams J.F., Murthi-Anishetty N. 1987. Gene Banks and. the World's Food. Princeton Univ. Press, Princeton: 247 ss.
• Puchalski J. 1993. Izoenzymy jako markety zmian genetycznych w siewkach żyta wywołanych przechowywaniem i regeneracją ziarniaków. Prace Ogr. Bot. PAN. Seria: Monografie i Rozprawy, Warszawa-Powsin. 4: 87 ss.
• Roberts E.H. 1973a. Loss of seed viability. Chromosomal and genetical aspects. Seed Sci. Technol. 1: 515-527.
• Roberts E.H. 1973b. Predicting the storage life of seeds. Seed Sci. Technol. 1: 499-514.
• Roberts E.H. 1975. Problems of long-term storage of seed and pollen for genetic resources conservation. In: Frankel O.H., Hawkes J.G. (eds.). Crop Genetic Resources for Today and Tomorrow. Cambridge Univ. Press, Cambridge: 262-295.
• Roberts E.H. 1991. Genetic conservation in seed banks. Biol. J. Linn. Soc. (London). 43: 23-29.
• Roberts E.H., Abdalla F.H. 1968. The influence of temperature, moisture and oxygen on period of seed viability in barley, broad beans, and peas. Ann. Bot. 32: 97-117.
• Roberts E.H., Ellis R.H. 1989. Water and seed survival. Ann. Bot. 63: 39-52.
• Roos E.E. 1988. Genetic changes in a collection over time. HortScience. 23: 86-90.
• Roos E. E. 1989. Long-term seed storage. Plant Breeding Rev. 7: 129-158.
• Roos E.E., Towill L.E., Walters C.W., Blackman S.A., Stanwood P.C. 1996. Preservation techniques for extending the longevity of plant tissues. In: Stuess T. F., Sohmer S. A. (eds.). Sampling the Green World. Innovative Concepts of Collection, Preservation, and Storage of Plant Diversity. Columbia Univ. Press, New York: 157-204.
• Simabukuro E.A., Dyer A.F., Felippe G.M. 1998. The effect of sterilization and storage conditions on the viability of the spores of Cyathea delgadii. Amer. Fern J. 88: 72-80.
• Smith R.D. 1992. Seed storage, temperature and relative humidity. Correspondence. Seed Sci. Res. 2: 113-116.
• Specht C.-E., Keller E. R. J., Freytag U., Hammer K., Börner A. 1997.
• Survey of seed germinability after long-term storage in the Gatersleben genebank. Plant Genet. Res. Newsl. Ill: 64-68.
• Specht C.-E., Freytag U., Hammer K., Börner A. 1998. Survey of seed germinability after long-term storage in the Gatersleben genebank (part 2). Plant Genet. Res. Newsl. 115: 39-43.
• Stanwood P.C. 1985. Cryopreservation of seed germplasm for genetic conservation. In: Kartha K.K. (ed.). Cryopreservation of Plant Cells and Organs. CRC Press, Boca Raton, FL: 199-226.
• Stanwood P.C., Bass L.N. 1981. Seed germplasm preservation using liquid nitrogen. Seed Sci. Technol. 9: 423-437.
• Stanwood P.C., Sowa S. 1995. Evaluation of onion (Allium cepa L.) seed after 10 years of storage at 5, -18, and -196°C. Crop Sci. 35: 852-856.
• Steiner A.M., Ruckenbauer P. 1995. Germination of 110-year-old cereal and weed seeds, the Vienna sample of 1877. Verification of ultra-dry storage at ambient temperature. Seed Sci. Res. 5: 195-199.
• Stushnoff C. 1991. Cryopreservation of fruit genetic resources - Implications for maintenance and diversity during conservation. HortScience 26: 518-522.
• Stushnoff C., Seufferheld M. 1995. Cryopreservation of apple (Malus species) genetic resources. In: Bajaj Y. P. S. (ed.). Biotechnology in Agriculture and Forestry. Vol. 32. Cryopreservation of Plant Germplasm I. Springer Verlag, Heidelberg: 87-101.
• Towill L.E. 1985. Low temperature and freeze/vacuum - drying preservation of pollen. In: Kartha K. K. (ed.). Cryopreservation of Plant Cells and Organs. CRC Press, Boca Raton, FL: 171-198.
• Towill L.E. 1988. Genetic considerations for germplasm preservation of clonal material. HortScience 23: 91-95.
• Towill L.E. 1996. Vitrification as a method to preserve shoot tips. In: Gray D. J., Trigiano R. N. (eds.). Plant Tissue Culture Concepts and Laboratory Exercises. CRC Press, Boca Raton, FL: 297-304.
• Towill L.E., Roos E. E. 1989. Techniques for preserving of plant germplasm. In: Knutson L., Stoner A. K. (eds.). Biotic Diversity and Germplasm Preservation. Global Imperatives. Kluwer Acad. Press, Dordrecht: 379-403.
• Tyler N.J., Stushnoff C. 1988. The effects of prefreezing and controlled dehydration on cryopreservation of dormant vegetative apple buds. Can. J. Plant Sci. 68: 1163-1167.
• Vavilov N.I. 1926. Centers of origin of cultivated plants. Trudy po prikl. bot. i selek. Vol. 16. In: Vavilov N. I. Origin and Geography of Cultivated Plants. Cambridge Univ. Press, Cambridge (1992): 22-135.
• Vertucci C.W. 1989. The effect of low water contents on physiological activities of seeds. Physiol. Plant. 77: 172-176.
• Vertucci C.W., Berjak P., Pammenter N.W., Crane J. 1991. Cryopreservation of embryonic axes of an homoeohydrous (recalcitrant) seed in relation to calorimetic properties of tissue water. Cryo-Letters 12: 339-350.
• Vertucci C.W., Leopold A.C. 1987. The relationship between water binding and desiccation tolerance in tissues. Plant Physiol. 85: 232-238.
• Vertucci C.W., Roos E.E. 1990. Theoretical basis of protocols for seed storage. Plant Physiol. 94: 1019-1023.
• Vertucci C.W., Roos E.E. 1991. Seed moisture content, storage, viability and vigour. Seed Sci. Res.: 277-279.
• Vertucci C.W., Roos E.E. 1993a. Seed storage, temperature and relative humidity: response. Seed Sci. Res. 3: 215-216.
• Vertucci C.W., Roos E.E. 1993b. Theoretical basis of protocols for seed storage. II. The influence of temperature on optimal moisture levels. Seed Sci. Res. 3: 201-213.
• Walters C.W., Roos E.E., Eberhart S.A. 1998. An analysis of seed storage practices. In: Gass T., Podyma W., Puchalski J., Eberhart S.A. (eds.). Challenges in Rye Germplasm Conservation. Int. Plant Genetic Resources Inst., Rome, Italy: 12-23.
• Wesley-Smith J., Vertucci C.W., Berjak R., Pammenter N.W., Crane J. 1992. Cryopreservation of desiccation - sensitive axes of Camellia sinensis in relation to dehydration, freezing rate, and thermal properties of tissue water. Plant Physiol. 140: 596-604.
• Withers L.A. 1991. In-vitro conservation. Biol. J. Linn Soc. (London) 43: 31-42.
• Zaklukiewicz K.E., Sekrecka D. 1994. Kultury in vitro ziemniaka formą przechowywania genotypów i ich potencjalne możliwości dostarczania materiału do hodowli zachowawczej. Prace Ogr. Bot. PAN. Seria: Konferencje, Warszawa-Powsin 5/6: 347-352.
• Zedan H. 1995. Loss of plant diversity: a call for action. In: Guarino L., Rao V.R., Reid L. (eds.). Collecting Plant Genetic Diversity. Technical Guidelines. CAB Int., Wallingford, UK: 9-14.
• Zenkteler E. 1992. Metoda in vitro w rozmnażaniu i okresowym przechowywaniu chronionych oraz rzadkich i ginących gatunków paproci. Hod. Rośl. i Nasien. 5: 20-30.
• Zohary D. 1970. Centers of diversity and centers of origin. In: Frankel O. H., Bennett E. (eds.). Genetic Resources in Plants - Their Exploration and Conservation. Blackwell Sci. Publ., Oxford-Edinburgh: 33-42.
• Zohary D. 1983. Wild genetic resources of crops in Israel. Israel J. Bot. 32: 97-127.