Искусственные семена и способ их получения

 

Использование: сельское хозяйство и биотехнология. Сущность изобретения: искусственные семена выполнены в виде гранул, состоящих из гидрогеля, водной питательной среды и соматического эмбриоида. При этом гидрогель состоит из смеси желатина с водным раствором глицерина. Каждая гранула имеет оболочку, образованную взаимодействием гидрогеля с растительным дубильным веществом и карбонатом кальция. Способ получения искусственных семян заключается в том, что гидрогель получают смешиванием желатина с водным раствором глицерина, при концентрации 4 - 20 и 5 - 30% соответственно, введение раствора питательной среды в гидрогель проводят при 36 - 40^oС, гранулы образуют путем формования выдержкой 0,5 - 24 ч при температуре от 23 до 4^oС, после чего обрабатывают дисперсией смеси растительного дубильного вещества с карбонатом кальция. При этом в качестве дубильного вещества используют водный экстракт коры дуба или каштана, или валонеи. 2 з. п. ф-лы.

Изобретение относится к новым методам биотехнологии растений, а именно к получению искусственных семян (ИС) на основе соматического эмбриогенеза.

Изобретение может быть эффективно использовано в селекции для создания высокопродуктивных, жизнестойких сортов различных растений.

Искусственные семена представляют собой включенные в защитную полимерную матрицу соматические эмбриоиды.

Однако для промышленного использования искусственных семян необходимо решить ряд основных проблем. Характерные для соматических эмбриоидов медленный рост, нестабильность, чувствительность к изменениям окружающей среды позволяют использовать только наиболее мягкие методы иммобилизации.

Известны искусственные семена на основе цитрусовых соматических эмбриоидов, способ получения которых включает предварительное высушивание эмбриоидов до содержания влаги 5-15% при температуре 40^оС и покрытие эмбриоидов такими полимерами, как поливиниловый спирт, карбоксиметилцеллюлоза, желатин или альгинат натрия.

К недостаткам указанного способа следует отнести то, что полимерное покрытие не обладает требуемыми осмотическими и механическими свойствами, чтобы защитить эмбриоиды от разрушения в грунте. Предварительное высушивание эмбриоидов отрицательно сказывается на их жизнеспособности, следствием чего является низкое прорастание семян.

Установлено, что для соматических эмбриоидов самым подходящим из широко используемых методов иммобилизации является включение их во влажный гель.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению по принципу формирования структуры ИС являются выбранные за прототип искусственные семена на основе соматических эмбриоидов моркови, способ получения которых включает: суспендирование соматических эмбриоидов в растворе альгината натрия; подача по каплям полученной суспензии в раствор, содержащий хлористый кальций и питательную среду Мурасиге и Скуга, с помощью каллусной пипетки. В результате соматические эмбриоиды оказываются закапсулированными (иммобилизованными) в гидрогель альгината кальция.

Этот метод используется для получения растений на асептических полиэфирных волокнистых подложках. Для прорастания зародышей и их нормального развития в грунте он не пригоден. Это связано с отсутствием в структуре альгинатов молекулярного каркаса, способного удерживать капсулу от высыхания и разрушения в грунте.

Задачей предлагаемого изобретения является создание жизнеспособных ИС с повышенной водоудерживающей способностью гранул и с оболочкой на поверхности гранул, предохраняющей ИС от микробного заражения, без разрушения оболочки до момента прорастания семян в грунте.

Данная задача решается путем суспендирования соматических эмбриоидов в водную питательную среду, содержащую смесь желатина и глицерина, при температуре 36-40^оС, переноса суспензии в тефлоновые формы для структурирования гранул, выдерживание в формах при температуре от +23 до -4^оС и дальнейшей обработки полученных гранул смесью таннинов и карбоната кальция в течение 5-60 мин при комнатной температуре.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что в качестве полимерной матрицы используют гель, содержащий желатин, воду и глицерин с добавлением основной питательной среды Мурасиге и Скуга, для чего предварительно набухший в воде желатин смешивают с водным раствором глицерина и среды Мурасиге и Скуга при температуре 36-40^о. В полученной смеси суспендируют соматические эмбриоиды, например вики, фасоли. Суспензию формуют пипеткой в тефлоновые формы и выдерживают в них 0,5-24 ч при температуре от +23^о до -4^о для структурирования гранул. Полученные гранулы извлекают из форм и помещают в дубильный раствор, представляющий собой водный экстракт растительных дубильных веществ (таннинов) из коры дуба, каштана, валонеи, в котором диспергирован карбонат кальция. При этом на поверхности гранулы формируется защитная оболочка, образованная путем взаимодействия желатина и глицерина с растительными дубильными веществами и карбонатом кальция.

П р и м е р 1. К 77 мл воды добавляют 13 г желатина и выдерживают при комнатной температуре в течение 1 ч. Смесь нагревают до температуры 40^оС и при перемешивании добавляют 10 г глицерина.

В полученной смеси суспендируют соматические эмбриоиды вики с добавлением 10 мл основной питательной среды Мурасиге и Скуга. Суспензию формуют в тефлоновые формы с цилиндрическими отверстиями и выдерживают в них 2 ч при комнатной температуре.

Полученные гранулы извлекают из формы и помещают в дубильный раствор и перемешивают в течение 15 мин. Образовавшиеся капсулы, представляющие собой гранулы с оболочкой, отделяют от дубильного раствора и обсушивают. Дубильный раствор готовят следующим образом: 20 г измельченной дубовой коры заливают 100 г горячей воды и нагревают на кипящей водяной бане в течение 30 мин. Экстракт охлаждают до комнатной температуры, фильтруют и смешивают с 5 г порошка карбоната кальция.

Полученные капсулы помещают в увлажненный грунт на 10 сут при 22^оС.

По истечении указанного срока определяют размер капсулы.

В данном примере изменение размера капсулы не наблюдается. На четвертые сутки происходит прорывание оболочки под действием роста эмбриоида. На десятые сутки высота стебля составляет около 3 см.

П р и м е р 2. Способ осуществляется аналогично примеру 1, но берут 91 г воды, 4 г желатина и 5 г глицерина. Суспензию в формах выдерживают 24 ч. Капсулы выдерживают в дубильном растворе 5 мин.

Через 10 сут выдерживания капсул в грунте происходит уменьшение их размеров примерно на 5% П р и м е р 3. Пример осуществляется аналогично примеру 1, но берут 50 г воды, 20 г желатина и 30 г глицерина. Суспензию в формах выдерживают 0,5 ч. Капсулы выдерживают в дубильном растворе в течение 60 мин.

Через 10 сут выдерживания капсул в грунте происходит увеличение их размеров примерно на 10% П р и м е р 4. Пример осуществляется аналогично примеру 1, но берут 66 г воды, 4 г желатина и 30 г глицерина. Суспензию в формах выдерживают 24 ч. Капсулы выдерживают в дубильном растворе в течение 30 мин.

Через 10 сут выдерживания капсул в грунте происходит увеличение их размеров примерно на 10% Структура капсул ослаблена.

П р и м е р 5. Пример осуществляется аналогично примеру 1, но берут 75 г воды, 20 г желатина и 5 г глицерина. Суспензию в формах выдерживают 0,5 ч. Капсулы выдерживают в дубильном растворе в течение 30 мин.

Через 10 сут выдерживания капсул в грунте происходит уменьшение их размеров примерно на 10% П р и м е р 6. Способ осуществляется аналогично примеру 1, но в качестве растительного дубильного вещества используют экстракт коры каштана.

Через 10 сут выдерживания капсул в грунте изменение размеров капсул не происходит.

П р и м е р 7. Способ осуществляется аналогично примеру 1, но в качестве растительного дубильного вещества используют экстракт коры валонеи.

Через 10 сут выдерживания капсул в грунте изменение размеров капсул не происходит.

П р и м е р 8. Способ осуществляется аналогично примеру 1, но в качестве соматических эмбриоидов используют эмбриоиды фасоли.

Через 10 сут выдерживания капсул в грунте изменение размеров капсул не происходит.

Предлагаемое изобретение имеет следующие преимущества по сравнению с прототипом: 1. ИС, полученные по предлагаемому способу, обладают способностью удерживать воду на всех этапах прорастания без разрушения капсулы. В то же время ИС, полученные по способу-прототипу, неспособны удерживать влагу. 2. Для предохранения полимерной матрицы от микробного заражения на ее поверхности при выдерживании гранул в дубильном растворе формируется прочная защитная оболочка, проницаемая для растворов питательных веществ из грунта. Эффективность действия такой оболочки доказывается тем, что во всех случаях желатиновые капсулы не разжижаются в грунте под действием микроорганизмов. 3. Использование желатины вместо альгината в качестве гелеобразующего компонента имеет следующие преимущества: гели желатины, в отличие от гелей альгината кальция, обладают устойчивостью в среде с высокой ионной силой, а также в присутствии различных химических веществ, входящих в состав полимерной матрицы.

гели желатины, в отличие от гелей альгинатов, при взаимодействии с растительными дубильными веществами способны образовывать механически прочную, термостабильную и проницаемую для низкомолекулярных ионов оболочку, предохраняющую соматические эмбриоиды от микробного заражения.

Использование предлагаемого изобретения позволяет получить ИС, способные к прорастанию в грунте.

Формула изобретения

1. ИСКУССТВЕННЫЕ СЕМЕНА И СПОСОБ ИХ ПОЛУЧЕНИЯ, выполненные в виде гранул, состоящих из гидрогеля, водной питательной среды и соматического эмбриоида, отличающееся тем, что гидрогель состоит из смеси желатина с водным раствором глицерина, при этом каждая гранула имеет оболочку, образованную путем взаимодействия гидрогеля с растительным дубильным веществом и карбонатом кальция.

2. Способ получения искусственных семян, включающий образование гранул путем суспендирования соматических эмбриодов в гидрогель и введения в него водного раствора питательной среды, отличающийся тем, что гидрогель получают путем смешивания набухшего в воде желатина с водным раствором глицерина при концентрации в смеси желатина 4 20% и глицерина 5 30% введение водного раствора питательной среды в гидрогель осуществляют при 36 40^oС, гранулы образуют путем формования с выдержкой 0,5 24 ч при 23 4^oС, после чего гранулы обрабатывают в течение 5 60 мин дисперсией, содержащей смесь растительного дубильного вещества с карбонатом кальция с образованием оболочки.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что в качестве растительных дубильных веществ используют водные экстракты коры дуба, или каштана, или валонеи.