Sweet potato (Ipomoea batatas L.) shoot tips grown in vitro were successfully cryopreserved by encapsulation-vitrification. Encapsulated explants are very easily manipulated, due to the relatively large size of the alginate beads, and a large number of samples can be treated simultaneously. In this study, the effects of sucrose preculture, cryoprotectant preculture, and post-warm recovery media on regrowth, following liquid nitrogen (LN) exposure, were investigated to establish an efficient encapsulation-vitrification protocol for sweet potato. Shoot tips of plants grown in vitro were precultured in 0.3 M sucrose for 2 d before encapsulation. Encapsulated shoot tips were pre-incubated in liquid MS (Murashige and Skoog) medium containing 0.5 M sucrose for 16 h, before preculturing in sucrose-enriched medium (0.7 M sucrose) for 8 h. Shoot tips were osmoprotected with 35% plant vitrification solution 3 (PVS3) for 3 h, before being dehydrated with PVS3 for 2 h at $25^{\circ}C$. The encapsulated and dehydrated shoot tips were transferred to 2 mL cryotubes, suspended in 0.5 mL PVS3, and plunged directly into liquid N. High levels of shoot formation were obtained for the cv. Yeulmi (65.7%) and Yeonwhangmi (80.3%). The regrowth rates of cryopreserved samples in Yeulmi (78.9%) and Yeonwhangmi (91.3%), following culture on ammonium-free MS medium for 5 d, were much higher than those cultured on standard MS medium (65.7% and 80.3%, respectively). This encapsulation-vitrification is a promising method for the long-term preservation of sweet potato.
The mature zygotic embryos of the Hevea brasiliensis were cryopreserved through the use of the vitrification and encapsulation/dehydration techniques. In all the experiments, the zygotic embryos were pre-cultured for three days in the MS medium supplemented with 0.3 M sucrose before they were used for the cryopreservation technique. In the vitrification procedure, the effect of the plant vitrification solutions (PVS2 and PVS3) and exposure time were studied. The highest survival rate (88.87%) and regrowth (66.33%) were achieved when the precultured zygotic embryos were incubated in a loading solution for 20 minutes at $0^{\circ}C$. They were subsequently exposed to PVS2 for 120 minutes at $0^{\circ}C$ and plunged directly into liquid nitrogen. Cryopreservation by the encapsulation-dehydration method was successfully done by leaving the encapsulated zygotic embryos in a laminar flow for 4 hours prior to plunging into a LN. The survival rate and regrowth of the encapsulated zygotic embryos were 37.50% and 27.98%, respectively. The cryopreserved zygotic embryos were able to develop into whole plants.
Seol, Yuwon;Yong, Seong Hyeon;Choi, Eunji;Jeong, Mi Jin;Suh, Gang Uk;Lee, Cheul Ho;Choi, Myung Suk
Journal of Forest and Environmental Science
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제36권4호
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pp.274-280
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2020
As the importance of biological resources increases, the conservation technology is becoming important for rarities. This study was conducted to establish an efficient cryopreservation conditions for the Deutzia paniculata, endangered plant species, by using both cryopreservation methods of vitrification and encapsulation. As a result, the sucrose pretreatment seed viability showed up to 30.7% in the treatments. The cryoprotectant treatment improved the viability of the seeds, and was found to be excellent in the vitrification method using PVS3. The vitrification method had over 10% higher germination rate than the seeds preserved by encapsulation. In addition, the germination rate showed a significant difference according to the cryopreservation treatment time, and the germination rate of seeds decreased very much as the long time became longer. Plants germinated from preserved seed in liquid nitrogen showed poor growth compared to untreated, and good growth in PVS3 120 minutes. In addition, the growth of germinated plants by liquid nitrogen treatment time was better in the vitrification method. These results are expected to be useful for long-term preservation of D. paniculata, endangered plants.
현탁배양으로 체세포배를 대량 생산하는데 관여하는 요인 들을 조사분석하고. 생산된 체세포배를 encapsulation시켜 인공종자화가 가능한지를 검토한 결과를 요약하면 아래와 같다. 1. 현탁배양에서 LS(Linsmeier-Skoog) 배지가 어뢰형과 자엽기의 체세포배 형성율이 높았다. 2. 현탁배양시 체세포배 형성에 영향하는 탄소원은 sucrose가 가장 효과적이었다. Gtucose에서도 자엽 기의 체세포배가 형성되었으나 sucrose에서보다는 적었다. Fructose, lactose 및 maltose는 효과가 없었다. 3. 현탁 LS 배지에서 sucrose 농도는 3%가 체세포배 형성에 적합한 농도로 나타났다. 4. 현탁 LS 배지에서 질소원을 달리하여 체세포배 형성율을 조사한 결과 암모니아태 질소의 영향은 거의 없는 것으로 나타났다. 또한 암모니아태 질소와 질산태 질소의 비율을 $413(mg/{\ell})\;:\;1900(mg/{\ell})$로 하는 것이 바람직하다고 판단되었다. 5. 현탁배양에서 계대배양 3회까지는 체세포배형성에 큰 차이가 없는 것으로 나타났다. 그러나 불필요하게 계대배양 회수를 증가시킬 필요는 없다고 본다. 6. 고형배지에서 체세포배 형성을과 형성 수에는 BA단독보다는 NAA를 혼용하는 것이 효과적이었으며 이 효과는 BA 농도가 높은 경우에 크게 나타났다. 7. 고형배지에서 체세포배 형성율과 형성 수에는 kinetin 단독보다는 NAA와 혼용하는 것이 바람직하며 이 효과는 kinetin의 농도가 높은 경우가 좋았다. 8. 고형배지에서 체세포배 형성율과 형성 수에는polyamines 중에서 spermidine과 spermine이 효과적이었으며 spermine $10mg/{\ell}$처리에서 가장 많은 체세포배가 형성되었다. 9. 기내묘에서 발생하는 vitrification을 억제시키기 위하여 질산은을 처리하더라도 체세포배 형성이나 형성율에 별다른 영향이 없었다. 10. 체세포배를 encapsulation 할 때 인공종자의 구형 형성은 sodium alginate 농도를 3%로 인한 경우 가장 좋았으나 인공종자의 발아율은 2.5%에서 100% 발아가 되었고 3%에서는 88%가 발아하였다. 11. 인공종자는 발아하여 정상적으로 생장하면서 shoot와 root를 형성하였다.
본 실험은 국화의 바이로이드 제거에 이용되는 초저온처리 시 국화 품종 'White ND'을 적합한 처리조건을 확립하기 위해 초저온처리의 단계별 요인을 실험하였다. 그 결과 생장점의 크기는 1 mm(엽원기 2~3매 포함)에서 높은 생존율과 신초 재생율을 나타내었고, vitirification 처리시 PVS3가 효과적이었으며, 처리 시간은 60분 처리 하였을 때 높은 생존율 및 정 상 신초 재생율을 보였다. 또한 vitrification을 위한 전처리 조건은 sucrose 농도를 88 mM 24시간, sucrose 0.3 M 16시간, sucrose 0.5 M 6시간, sucrose 0.7 M 3시간으로 처리하는 것이 초저온 처리 후 생존율 및 신초 재생율을 높이는데 효과적이었으며, 재생된 정상 식물체는 모본과 비교하여 ploidy level이 동일한 것으로 보아 식물체의 유전적 변이가 일어나지 않았다.
본 연구는 희귀자생식물인 솜양지꽃의 효율적인 초저온 보존 조건을 탐색하고자 행하였다. 종자의 활력은 PVS2와 PVS3 용액 처리구에서는 약 80% 이상으로 대조구보다 훨씬 높은 활력을 보였다. 종자의 활력은 PVS3가 PVS2 처리보다 높게 나타났다. 종자의 활력은 sucrose처리에도 불구하고 대조구보다 낮았다. PVS2의 60분 처리구와 PVS3의 30분 처리구에서 95%의 발아율을 보였으나 그 외 처리구에서는 발아율이 낮았다. PVS2와 PVS3 처리구에서 배양된 유묘의 생장은 PVS2와 PVS3 용액 30분 처리구를 제외하고는 대조구에 비해 생장이 좋지 않았다. 두 가지 초저온동결보존법 간 유묘 생장에서는 encapsulation법과 vitrification법을 비교한 결과 미세한 차이를 보였으나 통계적으로는 유의성이 없었다. 본 연구는 솜양지꽃의 보존에 도움이 될 것으로 판단된다.
Objective: Using domestic cats as a biomedical research model for fertility preservation, the present study aimed to characterize the influences of ovarian tissue encapsulation in biodegradable hydrogel matrix (fibrinogen/thrombin) on resilience to cryopreservation, and static versus non-static culture systems following ovarian tissue encapsulation and cryopreservation on follicle quality. Methods: In experiment I, ovarian tissues (n=21 animals; 567 ovarian fragments) were assigned to controls or hydrogel encapsulation with 5 or 10 mg/mL fibrinogen (5 or 10 FG). Following cryopreservation (slow freezing or vitrification), follicle viability, morphology, density, and key protein phosphorylation were assessed. In experiment II (based on the findings from experiment I), ovarian tissues (n=10 animals; 270 ovarian fragments) were encapsulated with 10 FG, cryopreserved, and in vitro cultured under static or non-static systems for 7 days followed by similar follicle quality assessments. Results: In experiment I, the combination of 10 FG encapsulation/slow freezing led to greater post-thawed follicle quality than in the control group, as shown by follicle viability (66.9%±2.2% vs. 61.5%±3.1%), normal follicle morphology (62.2% ±2.1% vs. 55.2%±3.5%), and the relative band intensity of vascular endothelial growth factor protein phosphorylation (0.58±0.06 vs. 0.42±0.09). Experiment II demonstrated that hydrogel encapsulation promoted follicle survival and maintenance of follicle development regardless of the culture system when compared to fresh controls. Conclusion: These results provide a better understanding of the role of hydrogel encapsulation and culture systems in ovarian tissue cryopreservation and follicle quality outcomes using an animal model, paving the way for optimized approaches to human fertility preservation.
Potato virus Y (PVY) and potato leafroll virus (PLRV) are among the most damaging potato viruses and prevalent in most potato growing areas. In this study, cryopreservation was used to eradicate PVY and PLRV using two cryogenic methods. Potato shoot tips proliferated in vitro were cryopreserved through droplet-vitrification and encapsulation-vitrification using plant vitrification solution 2 (PVS2; 30% glycerol + 15% dimethyl sulfoxide + 15.0% ethylene glycol + 13.7% sucrose) and modified PVS2. Both cryogenic procedures produced similar rates of survival and regrowth, which were lower than those from shoot tip culture alone. The health status of plantlets regenerated from shoot tip culture alone and cryopreservation was checked by reverse transcription-polymerase chain reaction. The frequency of virus-free plants regenerated directly from highly proliferating shoot tips reached 42.3% and 48.6% for PVY and PLRV, respectively. In comparison, the frequency of PVY and PLRV eradication after cryopreservation was 91.3~99.7% following shoot-tip culture. The highest cryopreserved shoot tip regeneration rate was observed when shoot tips were 1.0~1.5 mm in length, but virus eradication rates were very similar (96.4~99.7%), regardless of shoot tip size. This efficient cryotherapy protocol developed to eliminate viruses can also be used to prepare potato material for safe long-term preservation and the production of virus-free plants.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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