植物の冷凍保存

植物の凍結保存は、種子、花粉、新芽、休眠芽などの植物材料を液体窒素で無期限に保存できる遺伝資源保全戦略です。^[1] 解凍後、これらの遺伝資源は植物に再生し、現場で使用することができます。この凍結保存戦略はすべての植物に使用できますが、多くの場合、特定の状況下でのみ使用されます：1）アボカドなどの扱いにくい種子を持つ作物、^[2]ココナッツ^[3] 2）栽培バナナやプランテンなどの種なし作物^[4] 3）キャッサバ、ジャガイモ、ニンニク、サツマイモなどのクローン繁殖される作物。^[5]^[6]

歴史

植物の凍結保存の歴史は、1965年に平井が生物サンプルを凍結させたときに起こる生物学的活動を研究していたときに始まりました。^{[1] 3年後、}カルス細胞の凍結保存の試みが初めて成功しました。^[1]その後数年間、直接浸漬、緩慢凍結、ガラス化などの新しい凍結保存方法が開発され、ますます多くの植物種や植物組織に適用されました。^[7]

方法

直接浸漬。これは、植物材料を液体窒素に直接浸漬するか、乾燥させた後に浸漬する方法です。これは、すでに水分含有量や花粉が少ない（オーソドックスな）種子でよく行われます。^[8]この方法は、水分を多く含む組織や脱水に敏感な組織には使用できません。
ゆっくり凍結する。この方法は凍結脱水メカニズムを利用して細胞から水分を引き出し、細胞内での氷の形成を防ぐ。^[9]
ガラス化。超高速で凍結し、浸透圧脱水を利用することで、細胞内に残っている水は結晶を形成できず、ガラス状またはガラス化した溶液の一部になります。^{[10]この方法は、液滴ガラス化、カプセル化脱水、プレートガラス化など、さらにさまざまなバリエーションに分けることができます。これらの技術は、}キク^[11]やハート型ブドウ^[12]などの経済的に重要ないくつかの作物で効果的に使用されました。

ハードルと限界

凍結保存全般に伴う課題とは別に、植物遺伝資源の保存のための凍結保存プロトコルを開発する際の重要なハードルは、同じ種でも植物によって凍結保存に対する耐性が異なる場合があることです。 ^[10]^[5]この違いは、種内の異なる栽培品種の干ばつ耐性と関連しているようです。^[10]^[13]植物自体の中でも、使用される組織によって顕著な違いが生じることがあります。凍結保存では構造と組成の両方が重要な役割を果たすためです。^[5]^[14]

植物の凍結保存に頼っている組織

参考文献

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[:0-1] Reed BM (2017-08-01). 「植物の凍結保存：食糧と生態系の安全のための継続的な要件」。In Vitro Cellular & Developmental Biology - Plant。53 ( 4): 285–288。doi ：10.1007 / s11627-017-9851-4。ISSN 1475-2689。S2CID 32177737 。

[2] オブライエン C、ヒティ・バンダララージュ JC、フォルガド R、ラーメイヤー S、ヘイワード A、ミッター N (2020)。「さまざまな抗酸化剤を使用したアボカド (パーシーアメリカーナミル) の頂芽先端の凍結保存プロトコルの開発」。Acta Horticulturee (1285): 15–22。土井：10.17660/ActaHortic.2020.1285.3。ISSN 0567-7572。S2CID 226751510。

[3] Sopade PA、Samosir YM、Rival A、Adkins SW (2010 年 12 月)。「脱水によりココナッツ (Cocos nucifera L.) の冷凍保存が改善される」。Cryobiology . 61 ( 3): 289–96. doi :10.1016/j.cryobiol.2010.09.007. PMID 20959171。

[4] Panis B, Swennen R (1995). 「バナナとプランテン（バショウ属）の遺伝資源の凍結保存」。植物遺伝資源の凍結保存 I。農業と林業におけるバイオテクノロジー。第 32 巻。ベルリン、ハイデルベルク：Springer Berlin Heidelberg。pp. 381–397。doi : 10.1007/978-3-662-03096-7_27。ISBN 978-3-642-08184-2。

[:1-5] Wilms H, Fanega Sleziak N, Van der Auweraer M, Brands M, Verleije M, Hardeman D, et al. (2020年9月7日). 「サツマイモ遺伝資源のための高速かつユーザーフレンドリーな凍結保存プロトコルの開発」. Scientific Reports . 10 (1): 14674. Bibcode :2020NatSR..1014674W. doi :10.1038/s41598-020-70869-3. PMC 7477159. PMID 32895398 .

[6] Zimnoch-Guzowska E.、Chmielarz P.、Wawrzyniak MK、Plitta-Michalak BP、Michalak M.、Pałucka M.、Wasileńczyk U.、Kosek P.、Kulus D.、Ruciniska A.、Mikuła A.、2022。ポーランド語クライオバンク: 植物遺伝資源の研究と保全。 Acta Societatis Botanicorum Poloniae 91: 9121. https://doi.org/10.5586/asbp.9121

[7] Kulus D.、Zalewska M.、2014。観賞用植物の長期保存に用いられるツールとしての冷凍保存 - レビュー。Scientia Horticulturae 168: 88-107。https://doi.org/10.1016/j.scienta.2014.01.014

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[9] カルタ株式会社 (1982).キャッサバ (Manihot esculenta Crantz) の凍結保存分裂組織からの in vitro 成長応答と植物再生*)。 Casilla de Correos 209、コリエンテス (3400) アルゼンチン。: Facultad de Ciencias Agrarias、Instituto de Botanica del Nordeste。OCLC 709654438。{{cite book}}: CS1 メンテナンス: 場所 (リンク)

[:2-10] Panis B、Piette B、Swennen R (2005-01-01)。「頂端分裂組織の液滴ガラス化：すべてのバショウ科植物に適用可能な凍結保存プロトコル」。植物科学。168 (1): 45–55。doi :10.1016/ j.plantsci.2004.07.022。ISSN 0168-9452 。

[11] Kulus, D., Rewers, M., Serocka, M. et al. カプセル化脱水による凍結保存はキクの栄養成長に影響を与えるが、キメラ構造は乱さない。Plant Cell Tiss Organ Cult 138, 153–166 (2019). https://doi.org/10.1007/s11240-019-01614-6

[12] Kulus, D. さまざまなアプローチを用いたLamprocapnos spectabilis (L.) Fukuharaのシュート先端の凍結保存と分子レベル、生化学レベル、植物構造レベルでの安定性の評価。Int. J. Mol. Sci. 2020, 21, 3901. https://doi.org/10.3390/ijms21113901

[13] ^ Escobar RH、Mafla G、Roca WM (1997 年 4 月)。「液体窒素で維持され たシュート先端からキャッサバ植物を回収する方法」。Plant Cell Reports。16 (7): 474–478。doi :10.1007/s002990050263。PMID 30727635 。

[14] 胡、春 (2015)、劉、燕澤;王志民。 Zhang, Junzeng (編)、「Chrysanthemum morifolium Ramat 菊花 (Juhua, Florists Chrysanthemum)」、Dietary Chinese Herbs: Chemistry、Pharmacology and Clinical Evidence、ウィーン: Springer、pp. 681–691、doi :10.1007/978-3-211-99448-1_77、ISBN 978-3-211-99448-1、 2020年11月3日取得

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