2019 Solved Old Paper (BOT - 303D) New OK
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Biotechnology Concepts:-
• The term biotechnology was coined by Hungarian engineer Karl Ereky in 1919.
• Biotechnology is a new term but this process has been used since ancient times. For example, wine, curd, vinegar, etc. have been produced by fermentation with the help of microorganisms.
• After the discovery of RE (Restriction Endonuclease) in 1970, new methods of gene technology developed which were extremely beneficial for humans. This brought revolutionary changes in the field of Biotechnology.
• Definition:- The branch of biology in which beneficial products are made for human beings by the controlled use of biological factors such as microorganisms or the components of cells is called biotechnology.
• Old Biotechnology:- This type of biotechnology is based on the natural abilities of microbes. It has 2 main objectives -
i. Seeking new microbes with greater capabilities
ii. Improve the ability of micro organisms by selection, mutation etc.
• New Biotechnology:- In this type of biotechnology, useful potential is developed artificially. like -
i. Recombinant DNA Technology
ii. Plant Tissue Culture
iii. Monoclonal Antibody Production
iv. Embryo Transfer in Animals
जैव प्रौद्योगिकी अवधारणाएँ:-
• जैव प्रौद्योगिकी शब्द का प्रयोग 1919 में हंगेरियन इंजीनियर कार्ल एरेकी ने किया था।
• जैव प्रौद्योगिकी एक नया शब्द है, लेकिन इस प्रक्रिया का उपयोग प्राचीन काल से होता आ रहा है। उदाहरण के लिए, शराब, दही, सिरका आदि का उत्पादन सूक्ष्मजीवों की सहायता से किण्वन द्वारा किया जाता रहा है।
• 1970 में RE (प्रतिबंध एंडोन्यूक्लीज) की खोज के बाद , जीन प्रौद्योगिकी की नई विधियाँ विकसित हुईं जो मनुष्यों के लिए अत्यंत लाभकारी थीं। इससे जैव प्रौद्योगिकी के क्षेत्र में क्रांतिकारी परिवर्तन आए।
• परिभाषा :- जीव विज्ञान की वह शाखा जिसमें सूक्ष्मजीवों या कोशिकाओं के घटकों जैसे जैविक कारकों के नियंत्रित उपयोग द्वारा मनुष्यों के लिए लाभकारी उत्पाद बनाए जाते हैं, जैव प्रौद्योगिकी कहलाती है।
• पुरानी जैव प्रौद्योगिकी:- इस प्रकार की जैव प्रौद्योगिकी सूक्ष्मजीवों की प्राकृतिक क्षमताओं पर आधारित है। इसके दो मुख्य उद्देश्य हैं -
i. अधिक क्षमताओं वाले नए सूक्ष्मजीवों की खोज करना
ii. चयन, उत्परिवर्तन आदि द्वारा सूक्ष्मजीवों की क्षमता में सुधार करना।
• नई जैव प्रौद्योगिकी:- इस प्रकार की जैव प्रौद्योगिकी में, उपयोगी क्षमता को कृत्रिम रूप से विकसित किया जाता है। जैसे -
i. पुनर्संयोजित डीएनए प्रौद्योगिकी
ii. पादप ऊतक संवर्धन
iii. मोनोक्लोनल एंटीबॉडी उत्पादन
iv. पशुओं में भ्रूण स्थानांतरण
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Ø अगुणित पौधों में प्रत्येक जीन का केवल एक ही युग्मविकल्पी पाया जाता है। इसलिए कोई भी अप्रभावी उत्परिवर्तन या लक्षण स्पष्ट रूप से दिखाई देता हैं।
(In haploid plants, only one allele of each gene is found. Therefore any recessive mutation or trait are clearly visible.)
Ø घातक जीनों युक्त पौधे जीन पूल से निष्कासित हो जाते हैं।
(Plants containing lethal genes are expelled from the gene pool.)
Ø इस प्रकार उत्परिवर्तन का अध्ययन आसानी से किया जा सकता है।
(Thus mutation can be studied easily.)
· क्रायोजेनिक अध्ययन के लिए अगुणितों का उपयोग (Use of Haploids for Cryogenic Study)
· पादप प्रजनन व फसल सुधार के लिए उपयोग (For Plant Breeding and Crop Improvement):-
Ø समयुग्मजी वंशक्रमों को उत्पन्न किया जा सकता है। इसके लिए अगुणित पौधों को कोल्चिसीन रसायन से उपचारित किया जाता है।
(Homozygous lines can be produced. For this, haploid plants are treated with colchicine chemical.)
Ø उत्परिवर्तन प्रजनन विधि का उपयोग फसल सुधार में किया जाता है।
(Mutation breeding method is used in crop improvement.)
· बागवानी पौधों के लिए अगुणित संवर्धन का अनुप्रयोग (Application of Haploid Culture for Horticultural Plants)
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हिटेरोसिस (Heterosis):-
• हिटेरोसिस शब्द सबसे पहले Shull ने 1914 में दिया था।
(The term Heterosis was first coined by Shull in 1914.)
• परिभाषा (Definition):- जब F1 संकर कई लक्षणों जैसे सामान्य ओज, अनुकूलन, उपज आदि में अपने दोनों जनकों से उत्कृष्ट होता है तो इसे हिटेरोसिस या संकर ओज कहते हैं।
(When the F1 hybrid is superior from both its parents in many traits such as normal vigor, adaptation, yield etc., it is called heterosis or hybrid vigor.)
• हिटेरोसिस के 2 प्रायवाची शब्द हैं:-
(There are 2 synonyms of Heterosis: -)
i. संकर ओज (Hybrid Vigor)
ii. बाह्यप्रजनन अतिवर्धन (Out breeding Enhancement)
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1. समूह वरण (Mass Selection):- जब विविधतापूर्ण समष्टि में से उत्कृष्ट व एक समान पौधों का वरण करके इनके बीजों को एक साथ समूह में मिश्रित कर लेते हैं तो इस विधि को समूह वरण कहते हैं।
(When superior and uniform plants are selected from a diverse plant population, and their seeds are mixed together in a group, then it is called mass selection.)
Basic Concept:- एक समान तथा उत्कृष्ट लक्षण प्रारूप वाले अनेक पौधों का वरण करते हैं तथा इनके बीजों के मिश्रण से नई किस्म बनती है।
(Many plants with uniform and superior characteristics are selected and their seeds are mixed together to make a new variety.)
2. शुद्ध वंशक्रम वरण
(When superior plants are selected from a diverse plant population and their seeds are collected separately to grow individual plant progenies, it is called pure line selection.)
Basic Concept:- किसी पादप समष्टि में से बहुत से उत्कृष्ट पौधों का वरण करते हैं। प्रत्येक पौधे के बीज अलग अलग एकत्रित करते हैं और इनसे एकल पादप संततियाँ उगाते हैं। इनमें से सबसे उत्तम एकल पादप संतति को नई किस्म के रूप में विमोचित करते हैं।
(Select many superior plants from a plant population. The seeds of each plant collect separately and grow individual plant progenies. The best of these individual plant progenies are released as a new variety.)
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आनुवंशिक अभियांत्रिकी (Genetic Engineering):-
Ø अन्य जीवों से वांछित जीन्स को निकालकर पौधों में स्थानांतरित करते हैं।
(Remove the desired genes from other organisms and transfer them to plants.)
Ø निम्न लक्षणों के लिए ऐसा करते हैं:-
(We do this for the following features: -)
i. कीट रोधिता (Insect Resistance)
ii. वायरस रोधिता (Virus Resistance)
iii. खरपतवारनाशी रोधिता (Weedicide Resistance)
Ø यह फसल सुधार में क्रांतिकारी परिवर्तन है।
(This is a revolutionary change in crop improvement.)
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1. सामान्य परिचय (General Introduction):-
· परिभाषा (Definition):- ऊतक संवर्धन में कर्तोतक की कोशिकाओं से अपस्थानिक मूल, तने, पर्ण, पुष्प कलिका आदि के निर्माण की प्रक्रिया को अंगजनन कहते हैं।
(In tissue culture, the process of the formation of the adventitious root, stem, leaf, flower bud etc. from the cells of explant is called organogenesis.)
· अपस्थानिक (Adventitious):- जब पादप अंग का निर्माण कर्तोतक के ऐसे असामान्य उत्पत्ति बिन्दु से होता है जहाँ पहले से बना हुआ विभज्योतक अनुपस्थित होता है तो इसे अपस्थानिक अंग निर्माण कहते हैं।
(When the plant organ is produced from such an unusual point of origin in the explant where the pre-existing meristem is absent, it is called adventitious organ formation.)
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विभज्योतक संवर्धन (Meristem Culture):-
· परिभाषा (Definition):-
जब निर्जमित दशाओं में प्ररोह के 0.1 से 1 mm शीर्ष भाग को पृथक करके कर्तोतक के रूप में उपयोग करते हुए संवर्धित किया जाता है तो इसे प्ररोह शिखाग्र संवर्धन कहते हैं। शीर्ष भाग में 0.05 से 0.1 mm विभज्योतक पाया जाता है, इसलिए इसे विभज्योतक संवर्धन भी कहते हैं।
(When in sterilized conditions 0.1 to 1 mm tip of the shoot is removed and cultured using it as an explant, it is called shoot tip culture. The 0.05 to 0.1 mm meristem is found in the apex, so it is also called meristem culture.)
· विभज्योतक संवर्धन वायरस मुक्त पौधे प्राप्त करने के लिए किया किया जाता है। विभज्योतक में कोशिकाओं का विभेदन नहीं होता है। संवहन ऊतक अनुपस्थित होता है। विभज्योतक कोशिकाओं में तीव्र उपापचय क्रिया होती है। वायरस एक कोशिका से दूसरी कोशिका में गति नहीं कर सकता।
(The meristem culture is performed to obtain virus-free plants. Differentiation of cells does not occur in the meristem. Vascular tissue is absent. Meristem cells have a rapid metabolic activity. The virus cannot move from one cell to another.)
· विधि (Procedure):-
Ø एक स्वस्थ पौधे से तरुण टहनियों को काटते हैं। तरुण टहनी के 1cm शीर्ष भाग को काटकर अलग कर लेते हैं।
(Cut young twigs from a healthy plant. Now cut 1cm top part of the young twig.)
Ø 1-1cm लम्बे शीर्ष भागों के सतही निर्जमीकरण के लिए 1℅ सोडियम हाइपोक्लोराइट के विलयन में 10 मिनट तक ऊष्मायन करते हैं। अब इन शीर्ष भागों को 4 बार निर्जमित आसुत जल से धो लेते हैं ताकि सतह पर उपस्थित अतिरिक्त रसायन हट जाये।
(For surface sterilization we incubate 1–1cm long top parts in a solution of 1℅ sodium hypochlorite for 10 minutes . Now wash these top parts with sterilized distilled water 4 times so that the excess chemical present on the surface is removed.)
Ø अब प्रत्येक शीर्ष भाग को निर्जमित पेट्रीडिश में डालते हैं।
(Now put each top part in a sterilized patridish.)
Ø अब प्रत्येक शीर्ष भाग से बाहरी पत्तियों को हटा देते हैं जिससे प्ररोह शिखाग्र दिखाई देने लगता है।
(Now remove the outer leaves from each apex so that shoot tips make visible.)
Ø अब ब्लेड या चाकू की सहायता से 1mm लम्बे प्ररोह शिखाग्र को काट लेते हैं तथा इसे अगार माध्यम की सतह पर स्थानान्तरित कर देते हैं।
(Now 1 mm long shoot tips are cut with the help of a blade or knife, and transfer on to the surface of the agar medium.)
Ø अब इस संवर्धन का 25°C ताप व 16 घंटे प्रकाश काल पर ऊष्मायन करते हैं। जिससे कुछ दिनों में पहले प्ररोह तंत्र व बाद में मूल तंत्र विकसित हो जाता है। अब इन पौधों को गमलों में प्रतिस्थापित कर देते हैं।
(Now incubate this culture at 25 ° C temperature and 16 hours light period. As a result the shoot system is developed first and then the root system develops in a few days. Now establish these plants in pots.)
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लाभ (Advantages):-
· कायिक प्रवर्धन की एकांतरित विधि है।
(This is an alternative method of vegetative propagation.)
· तीव्र विधि है। कम समय में कम जगह पर बहुत अधिक संख्या में पौधे विकसित किए जा सकते हैं।
(This is fast method. A large number of plants can be developed in a small space and least time.)
· प्ररोह गुणन का 2 – 6 सप्ताहों का एक छोटा चक्र होता है तथा प्रत्येक चक्र में प्ररोहों की संख्या में लघुगणकीय वृद्धि होती है।
(The shoot multiplication has a short cycle of 2 - 6 weeks and there is a logarithmic increase in the number of shoots in each cycle.)
· बल्ब, कन्द या घनकन्द उत्पादित पौधों में यह अधिक लाभकारी है क्योंकि छोटे बल्ब, कन्द या घनकन्द पादप गुणन के लिए सम्पूर्ण वर्ष उपलब्ध रहते हैं।
(It is more beneficial in plants producing bulbs, tubers or corms because small bulbs, tubers or corms remain available throughout the year for plant multiplication.)
· छोटे आकार के प्रवर्ध अधिक लाभकारी होते हैं क्योंकि भंडारण व परिवहन में यह कम जगह घेरते हैं।
(Small sized propagules are more beneficial because they occupy less space in storage and transport.)
· सूक्ष्म प्रवर्धों का अनुरक्षण मृदा रहित वातावरण में किया जा सकता है जो बड़े स्तर पर इनके भंडारण में सहायता करता है।
(Micro-propagation can be maintained in a soil-free environment, which helps in storing them on a large scale.)
· स्टॉक पौधों के जननद्रव्य को अनेक वर्षों तक अनुरक्षित किया जा सकता है।
(The germplasm of stock plants can be maintained for many years.)
· रोग मुक्त पौधों का उत्पादन किया जा सकता है।
(Disease-free plants can be produced.)
· एकलिंगाश्रयी पौधे (Dioecious plants):- इनकी बीज संततियाँ 50% नर व 50% मादा होती हैं। सूक्ष्म प्रवर्धन से वांछित संततियाँ (नर या मादा) उत्पन्न की जा सकती हैं।
(Their seed progenies are 50% male and 50% female. Desired offspring (male or female) can be produced by micro propagation.)
· वाणिज्यिक नर्सरियों में सूक्ष्म प्रवर्धन के लिए कम से कम स्थान की आवश्यकता होती है। संवर्धन ट्यूब्स में हजारों प्लांटलेट्स को अनुरक्षित किया जा सकता है। यह बागवानी जातियों के अनुरक्षण में उपयोगी है।
(Commercial nurseries require minimal space for micro propagation. Thousands of plantlets can be maintained in culture tubes. It is useful in maintaining horticultural species.)
· धीमी वृद्धि वाले पौधों में यह विधि अधिक उपयोगी है। ऐसे पौधों में बीज कई वर्षों के पश्चात उत्पन्न होते हैं। इनमें बीज ही केवल प्रवर्ध होते हैं।इस विधि के उपयोग से प्रवर्धों की उपलब्धता में कठिनाई को दूर किया जा सकता है।
(This method is more useful in slow growth plants. Seeds in such plants are produced after many years. Seeds are only propagules in them. The difficulty in the availability of propagules can be overcome by the use of this method.)
· बीज उत्पादन से 100% एकसमान संतति उत्पन्न करना हमेशा संभव नहीं है। सूक्ष्म प्रवर्धन के द्वारा यह संभव है।
(It is not always possible to produce 100% identical offspring from seed production. This is possible through micro propagation.)
· पुनर्योजी DNA तकनीक या अगुणित संवर्धन या कायिक संकरण द्वारा उत्पन्न नई ऊतक सामग्री का सूक्ष्म प्रवर्धन द्वारा गुणन किया जा सकता है।
(New tissue material developed by recombinant DNA technology or haploid culture or somatic hybridization can be multiplied by micro-propagation.)
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पादप प्रजनन का योगदान (Role of Plant Breeding):-
1. भारतीय गन्ने का नोबिलाईजेशन (Nobilization of Indian Sugarcane):- गन्ना प्रजनन केंद्र, कोयम्बटूर पर भारतीय गन्ने Saccharum barberi का संकरण ऊष्ण कटिबंधीय गन्ने Saccharum officinarum से कराकर भारतीय गन्ने में सुधार किया गया। भारतीय गन्ना बहुत अधिक कठोर, बहुत कम उपज व बहुत कम रस वाला होता है जबकि उष्ण कटिबंधीय गन्ना बहुत अधिक कोमल, बहुत अधिक उपज, बहुत अधिक रस व बहुत कम रेशे वाला होता है जिसका तना मोटा व छिलका मुलायम होता है। परन्तु उष्ण कटिबंधीय गन्ना उत्तर भारतीय जलवायु में कम उपज देता है। इसलिए उष्ण कटिबंधीय गन्ने के उत्तम लक्षणों भारतीय गन्ने में स्थानांतरित करने के लिए इन दोनों के मध्य संकरण कराया गया। इसी प्रक्रिया को भारतीय गन्ने का नोबिलाइजेशन कहते हैं।
[Indian sugarcane is genetically improved by crossing Saccharum barberi (Indian sugarcane) with Saccharum officinarum (tropical sugarcane) at Sugarcane Breeding Center, Coimbatore. Indian sugarcane have very hard stem, less yield and less juice content while tropical sugarcane have very soft stem, more yield, more juice content, very less fiber content, thick stem and soft peel. But tropical sugarcane has very less yield in Indian climate. Hence superior traits of tropical sugarcane are transferred into Indian sugarcane by hybridization. This process is called as nobilization of sugarcane.]
2. अर्धबौनी क़िस्मों का विकास (Development of semi-dwarf varieties):-
i. धान में (In Rice):- Dee – geo – woo – gen, Taching Native 1, IR 8
इन तीनों क़िस्मों में निम्न गुण पाये जाते हैं:-
(Following superior traits are found in above 3 varieties:-)
· नहीं गिरने वाली (Lodging Resistant)
· अधिक उपज देने वाली (High Yielding)
· उर्वरक प्रतिक्रियात्मक (Fertilizer Responsive)
· प्रकाश असंवेदी (Photo insensitive)
ii. गेहूँ में (In Wheat):- कल्याण सोना (Kalyan Sona), सोनालिका (Sonalika)।
इन दोनों किस्मों में निम्न गुण पाये जाते हैं:-
(Following superior traits are found in above 2 varieties:-)
· नहीं गिरने वाली (Lodging Resistant)
· अधिक उपज देने वाली (High Yielding)
· उर्वरक प्रतिक्रियात्मक (Fertilizer Responsive)
· कंड प्रतिरोधी (Rust Resistant)
· प्रकाश असंवेदी (Photo insensitive)
3. कपास में संकर किस्मों का विकास (Development of hybrid varieties in Cotton):- C. T. पटेल के द्वारा गुजरात कृषि विश्वविध्यालय (GAU) के सूरत केन्द्र पर Gossypium hirsutum की दो किस्मों के मध्य संकरण कराकर H4 किस्म विकसित की गई। कपास की अन्य संकर किस्में – गोदावरी, सावित्री, वारालक्ष्मी, जयालक्ष्मी।
(H4 hybrid variety of cotton is developed by C. T. Patel at Surat center of Gujarat Agriculture University. Some other hybrid varieties of cotton are - Godavari, Savitri, Varalakshmi, Jayalakshmi.)
4. ज्वार, बाजरा व मक्का में संकर किस्मों का विकास (Development of hybrid varieties in Sorghum, Bajra and Maize):-
i. ज्वार में (In Sorghum):- CSH 1 से CSH 11 (CSH 1 to CSH 11)
ii. बाजरा में (In Bajra):- PHB 10, PHB 14, BJ 104, BK 506
iii. मक्का में (In maize):- मंजरी (Manjri), विक्रम (Vikram), सोना (Sona), विजय (Vijay), किसान (Kisan)
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यह आदर्श रूप से 7 चरणों में किया जाता है:-
(It is ideally done in 7 stages: -)
1. कर्तोतक का चयन (Selection of Explant):-
• Explant (कर्तोतक):-
पौधे का वह भाग जिसे माध्यम पर संवर्धित करने के लिए चुना जाता है, कर्तोतक कहलाता है।
(The part of the plant which is selected for culturing on the medium is called explant.)
2. कर्तोतक का निर्जमीकरण (Sterilization of Explant):-
• कर्तोतक की सतह पर उपस्थित जीवाणुओं या कवकों के बीजाणुओं को नष्ट करने के लिए निम्न निर्जमीकारकों का उपयोग कर सकते हैं:-
(To destroy the spores of bacteria or fungi present on the surface of explant, the following sterilizing agents can be used:)
i. NaOCl = 1-1.4%
ii. Ca (OCl)2 = 9-10%
iii. H2O2 = 10-12%
iv. AgNO3 = 1%
v. Hg2Cl2 = 0.01 - 1%
3. काँच के बर्तनों का निर्जमीकरण (Sterilization of Glasswares):-
• काँच के बर्तनों का ओवन में शुष्क गर्म हवा के द्वारा निर्जमीकरण किया जाता है।
(Glass wares are sterilised by dry hot air in the oven.)
4. संवर्धन माध्यम का निर्जमीकरण (Sterilization of Culture medium):-
• संवर्धन माध्यम को ऑटोक्लेव में 121°C ताप व 15 p.s.i. दाब पर 30 मिनट के लिए निर्जमीकृत किया जाता है। ऑटोक्लेव में गर्म भाप के द्वारा निर्जमीकरण होता है।
(The culture medium is sterilised at 121 ° C temperature and 15 p.s.i. pressure in autoclave for 30 minutes. Sterilization occurs by hot steam in the autoclave.)
5. माध्यम व कर्तोतक का स्थानांतरण (Pouring and Inoculation):-
• इनके लिए LAF केबिनेट का उपयोग किया जाता है। [LAF = Laminar Air Flow]
(The LAF cabinet is used for this step.)
• LAF में पहले 15 मिनट तक UV प्रकाश द्वारा आंतरिक वातावरण को निर्जमित किया जाता है।
(In LAF first of all the internal environment is sterilised by UV light for 15 minutes.)
• LAF में हवा HEPA फिल्टर से होकर उपयोगकर्ता की ओर बहती है।
(The air in the LAF flows through the HEPA filter to the user.)
[HEPA = High Efficiency Particulate Air]
• HEPA फिल्टर का छिद्र आकार 0.3µm होता है जिसमें से 99.97% वायुजनित कण नहीं गुजर सकते।
(The pore size of HEPA filter is 0.3µm through which 99.97% of airborne particles cannot pass out.)
• Pouring:- माध्यम को ऑटोक्लेव से निकालकर LAF केबिनेट में लाते हैं। अब माध्यम को संवर्धन पात्र में डालते हैं जिनमें कर्तोतक का संवर्धन करना होता है। इसे Pouring कहते हैं।
(The medium is removed from the autoclave and brought to the LAF cabinet. Now, we pour the medium in the culture vessel, in which the explant is to be cultured. This is called Pouring.)
• Inoculation:- जब माध्यम ठंडा होकर जम जाता है तो LAF केबिनेट में कर्तोतक को संवर्धन पात्र में माध्यम पर स्थानांतरित करते हैं। इसे Inoculation कहते हैं।
(When the medium cools and freezes, the explants are transfered on to the medium in the culture vessel. This is called Inoculation.)
6. ऊष्मायन (Incubation):-
• संवर्धन पात्रों को कॉटन प्लग से बंद करके इन्हें Incubator में रखा जाता है।
(Culture vessels are sealed with cotton plugs and placed in the Incubator.)
• Incubator में ताप, प्रकाश व आर्द्रता की अनुकूलित मात्रा कर्तोतक को दी जाती है।
(A suitable amount of temperature, light and humidity is provided to the explant in the incubator.)
• कुछ सप्ताहों में कर्तोतक से पौध तैयार हो जाती है।
(In a few weeks, the seedlings are developed from explants.)
7. दृढ़ीकरण व अनुकूलन (Hardening and Acclimatization):-
• पौधे को Incubator के अनुकूलित वातावरण से निकालकर green house में स्थानांतरित किया जाता है। जहां पौधे को कुछ प्रतिकूल परिस्थितियों का सामना करना पड़ता है।
(The plant is removed from the adapted environment of the incubator and transferred to the green house. Where the plant has to face some adverse conditions.)
• 15 – 20 दिनों में पौधे green house के वातावरण में अनुकूलित हो जाते है।
(Plants adapt to the green house environment in 15 - 20 days.)
• अब इन्हें खेत की मृदा में स्थानांतरित करते हैं। यहाँ कुछ दिनों में पौधे अनुकूलित हो जाते है।
(Now they are transferred to the soil of the field. Here the plants get adapted in a few days.)
परागकण संवर्धन (Pollen Culture):-
1. परिचय (Introduction):-
· परिभाषा (Definition):-
परागकण या लघुबीजाणु संवर्धन एक कृत्रिम प्रक्रिया है जिसमें निर्जमित परिस्थितियों में परागकण या लघुबीजाणु को इसकी एककेन्द्रकी अवस्था पर साबुत परागकोष से निकाला जाता है और पोषक माध्यम पर संवर्धित किया जाता है।
(Pollen grain or microspore culture is an artificial process in which pollens or microspores are extracted from the intact anther at its uni-nucleated state and cultured on the nutrient medium under sterilized conditions.)
· एंड्रोजेनेसिस (Androgenesis):- पूर्णशक्त परागकण से कोशिका विभाजन व विभेदन की श्रंखला द्वारा अगुणित पौधों के कृत्रिम रूप से विकसित होने की प्रक्रिया को एंड्रोजेनेसिस कहते हैं। यह 2 प्रकार का होता है –
(The process of artificial development of haploid plants by a series of cell division and differentiation from a totipotent pollen is called androgenesis. It is of two types -)
i. प्रत्यक्ष एंड्रोजेनेसिस (Direct Androgenesis):-
लघुबीजाणु जाइगोट के समान व्यवहार करता है तथा कुछ परिवर्तनों द्वारा भ्रूण समान संरचना का निर्माण करता है जो आगे अगुणित पौधे में विकसित हो जाता है। इसे भ्रूणजनन कहते हैं।
(The microspore behaves like a zygote and by some changes the it forms a embryo like structure which further develops into haploid plants. This is called embryogenesis.)
ii. अप्रत्यक्ष एंड्रोजेनेसिस (Indirect Androgenesis):-
लघुबीजाणु बार बार विभाजित होकर कैलस ऊतक का निर्माण करता है। इसमें विभेदन होने से अगुणित पौधा बन जाता है। इसे अंगजनन कहते हैं।
(The microspore divides repeatedly to form the callus tissue. Differentiation leads to development of haploid plant. This is called organogenesis.)
2. सिद्धान्त (Principle):-
· लघुबीजाणु की पूर्णशक्तता के उपयोग से अगुणित पौधे का निर्माण किया जाता है।
(The haploid plant is developed using the totipotency of the microspore.)
· लघुबीजाणु में गुणसूत्रों का केवल एक समुचय उपस्थित होता है।
(Only one set of chromosomes is present in the microspore.)
· अगुणित पादप निर्माण की प्रक्रिया में लघुबीजाणु का नर युग्मक निर्माण का सामान्य विकास व कार्य रुक जाता है। कायिक कोशिका विभाजन के लिए इसे बलपूर्वक नए उपापचय पथ की ओर मोड़ दिया जाता है।
(In the process of haploid plant development, the normal development and function of the microspore of the male gametes formation stops. It is forced into a new metabolic pathway for somatic cell division.)
· परागकोष संवर्धन में परागकोष की द्विगुणित कायिक कोशिकाएं भी कभी कभी संवर्धन परिस्थितियों में सक्रिय हो जाती हैं और संवर्धित होकर अनचाहे द्विगुणित कैलस या प्लांटलेट्स का निर्माण करती हैं। कभी कभी काइमेरा बन जाता है। ऐसा कैलस या प्लांटलेट जिसकी कुछ कोशिकाएं अगुणित व कुछ कोशिकाएं द्विगुणित होती हैं, काइमेरा कहलाता है। इस समस्या से बचने परागकोषों से निकाले गए स्वतंत्र परागकणों को पोषक माध्यम पर संवर्धित किया जाता है।
(In pollen culture, diploid somatic cells of the anther also sometimes become active under culturing conditions and grow to form unwanted diploid callus or plantlets. Sometimes the chimera is formed. A callus or plantlet whose some cells are haploid and some cells are diploid, is called chimera. To avoid this problem, free pollens extracted from the anthers are cultured on the nutrient medium.)
3. विधि (Procedure):-
· पुष्पन पर तंबाकू की बन्द पुष्पीय कलिकाओं को एकत्रित करते हैं। 17 – 22 mm लंबाई की पुष्पीय कालिका का चयन करते हैं जब बाह्यदलों की लंबाई दलों की लंबाई के बराबर होती है। खुल रही सभी पुष्पीय कलिकाओं को त्याग देते हैं।
(Collect the closed floral buds of the tobacco upon flowering. A floral bud of length 17 - 22 mm is selected when the length of the sepals is equal to the length of the petals. Discards all opening floral buds.)
· चयनित पुष्पीय कलिकाओं को LAF कैबिनेट के अन्दर ले जाते हैं। प्रत्येक पुष्पीय कालिका में 5 परागकोष होते हैं और बन्द कलिकाओं के अन्दर इनकी सतह स्वत: निर्जमित होती है। पुष्पीय कलिकाओं के सतही निर्जमीकरण के लिए इन्हें पहले 10 सेकंड के लिए 70% ऐथेनोल में डुबोकर रखते हैं और फिर 10 मिनट के लिए 20% सोडियम हाइपोक्लोराइट विलयन में डुबोकर रखते हैं। अतिरिक्त रसायन को सतह से हटाने के लिए पुष्पीय कलिकाओं को निर्जमित आसुत जल से 3 बार धोते हैं। अंत में इन पुष्प कलिकाओं को निर्जमित पेट्रीडिश में स्थानांतरित कर देते हैं।
(Selected floral buds are carried inside the LAF cabinet. Each floral bud contain 5 anther and its surface is self sterilized within the closed buds. For surface sterilization of the floral buds, first dip them in 70% ethanol for 10 seconds and then in 20% sodium hypochlorite solution for 10 minutes. To remove excess chemicals from the surface, the floral buds are washed 3 times with sterilized distilled water. Finally these floral buds are transferred to the sterilized patridish.)
· अब एक तीखे चाकू के द्वारा कालिका के एक तरफ कट लगाते हैं और चिमटी की सहायता से दलों व बाह्यदलों को हटा देते हैं। अब एक अन्य चिमटी की सहायता से 5 पुंकेसरों को पुतन्तु सहित उखाड़कर एक अन्य निर्जमित पेट्रीडिश में स्थानांतरित करते हैं। अब 5 पुंकेसरों के पुतन्तुओं को चाकू या ब्लेड से काटकर अलग कर देते हैं जिससे केवल परागकोष रह जाते हैं। क्षतिग्रस्त परागकोषों को भी त्याग देते हैं।
(Now with a sharp knife, cut one side of the bud and remove the sepals and petals with the help of forceps. Now uproot 5 stamens along with filaments with the help of another forceps and transfer them to another sterilized patridish. Now cut the filaments of 5 stamens with a knife or blade, leaving only the anthers. Discard damaged anthers.)
· लगभग 50 परागकोषों को 20ml द्रव माध्यम युक्त एक छोटे निर्जमित बीकर में डालते हैं। द्रव माध्यम के रूप में MS या White या Nitsch का माध्यम ले सकते हैं।
(Almost 50 anthers are placed in a small sterilized beaker containing 20ml of liquid medium. MS or White or Nitsch medium can be used as the liquid medium.)
· अब एक निर्जमित ग्लास रोड की सहायता से परागकोषों को बीकर की आंतरिक दीवार के साथ दबाते हैं जिससे परागकण बाहर द्रव माध्यम में आ जाते हैं।
(Now the anthers are pressed along the inner wall of the beaker with the help of a sterilized glass road, bringing the pollen out into the liquid medium.)
· अब इन एकरूप परागकोषों को नायलोन की छलनी से छानते हैं जिससे परागकोष ऊतक के टुकड़े पृथक हो जाते हैं। शेष बचे छनित को अब परागकण निलंबन कहते हैं।
(Now these squeezed anthers are filtered with a nylon sieve, which separates the pieces of anthers. The remaining filtrate is now called pollen suspension.)
· अब इस परागकण निलंबन को 5 मिनट के लिए कम स्पीड (500 – 800 RPM) पर सेंट्रीफ्यूज किया जाता है। अधिप्लवी में परागकोषों छोटे टुकड़े उपस्थित होते हैं इसलिए इसे त्याग देते हैं। परागकणों की पैलेट को ताजा द्रव माध्यम में निलंबित करते हैं।
(Now this pollen suspension is centrifuged at low speed (500 - 800 RPM) for 5 minutes. Small pieces of anthers are present in the supernatant, so discard it. The palette of pollens is suspended in fresh liquid medium.)
· सेंट्रीफ्यूगेशन व ताजा द्रव माध्यम में पुन: निलम्बन को दोहराकर 2 बार परागकणों को धो लेते हैं।
(After repeated centrifugation and suspended fresh liquid medium, pollens are washed twice.)
· अब एक 5cm पेट्रीडिश में द्रव माध्यम लेते हैं। पिपेट के उपयोग से 2.5ml परागकण निलम्बन लेकर ठोस द्रव माध्यम पर 5cm पेट्रीडिश में फैला देते हैं। परागकण द्रव माध्यम में बहुत अच्छी वृद्धि करते हैं, परन्तु यदि आवश्यक हो तो इन्हें प्लेटिंग के द्वारा बहुत कोमल अगार युक्त माध्यम पर भी उगाया जा सकता है। 1 ml परागकण निलम्बन में 103 से 104 तक परागकण होते हैं।
(Now take liquid medium in a 5cm patridish. Using a pipette, take 2.5ml pollen suspension and spread it on 5cm patridish on liquid medium. Pollens grow very well in the liquid medium, but they can also be grown on a very soft agar medium by plating, if necessary. 1 ml pollen suspension contain 103 to 104 pollens.)
· अब इन पेट्रीडिशों को इंक्यूबेटर में रखकर 27 – 30°C ताप पर ऊष्मायन किया जाता है। 16 घण्टे का प्रकाश व 8 घण्टे का अंधेरा दिया जाता है। प्रकाश की तीव्रता कम (500 लक्स) रखी जाती है।
[Now these petridishes are kept in incubator and incubate at 27 - 30 ° C temperature. 16 hours of light and 8 hours of darkness is given. Light intensity is kept low (500 lux).]
· 30 दिन के पश्चात तरुण भ्रूण समान संरचनाएं देखी जा सकती हैं।
(After 30 days young embryo like structures can be seen.)
· अब इन अगुणित भ्रूणो को नये ताजा अगार माध्यम पर संवर्धन ट्यूब में स्थापित करते हैं। इस अवस्था पर संवर्धनों का 24 – 28°C ताप पर ऊष्मायन किया जाता है। 14 घंटे का प्रकाश व 10 घंटे का अंधकार दिया जाता है। प्रकाश की तीव्रता 2000 लक्स रखी जाती है।
(Now these haploid embryos are placed in a culture tube on new fresh agar medium. At this stage the cultures are incubated at 24 - 28 ° C temperature. 14 hours of light and 10 hours of darkness are given. Light intensity is maintained at 2000 lux.)
· जब अगुणित प्लांटलेट्स की लंबाई 50 mm हो जाती है तो अगार माध्यम से स्वतंत्र करने के लिए नल के बहते हुए पानी में धोया जाता है। अब तुरन्त इन्हें औटोक्लेवित कम्पोस्ट युक्त छोटे गमलों में रोपित कर दिया जाता है। शुष्कन को रोकने के लिए प्रत्येक पौधे को काँच के बीकर से ढक देते हैं और आगे के परिवर्धन के लिए नम ग्रीन हाउस में रख देते हैं। कुछ सप्ताहों पश्चात काँच के बीकरों को हटा देते हैं और पौधों को मृदा युक्त बड़े गमलों में रोपित कर देते हैं जहाँ ये पौधे परिपक्व होकर अंत में पुष्पन करते हैं।
(When the length of haploid plantlets is 50 mm, they are washed in running water to free it from the agar medium. Now they are immediately planted in small pots with autoclaved compost. To prevent drying, cover each plant with a glass beaker and place it in a moist greenhouse for further growth. After a few weeks, the glass beakers are removed and the plants are planted in large pots containing soil where these plants mature and eventually flowering.)
4. लाभ (Advantages):-
· आधारभूत अनुसंधान के लिए परागकण संवर्धन की उपयोगिता (Utility of Pollen Culture for Basic Research)
· सरल (Simple)
· कम समय लेता है (Less Time Consuming)
· उत्तरदायी (Responsive)
· उत्परिवर्तन का अध्ययन (Mutation Study):-
Ø अगुणित पौधों में प्रत्येक जीन का केवल एक ही युग्मविकल्पी पाया जाता है। इसलिए कोई भी अप्रभावी उत्परिवर्तन या लक्षण स्पष्ट रूप से दिखाई देता हैं।
(In haploid plants, only one allele of each gene is found. Therefore any recessive mutation or trait are clearly visible.)
Ø घातक जीनों युक्त पौधे जीन पूल से निष्कासित हो जाते हैं।
(Plants containing lethal genes are expelled from the gene pool.)
Ø इस प्रकार उत्परिवर्तन का अध्ययन आसानी से किया जा सकता है।
(Thus mutation can be studied easily.)
· क्रायोजेनिक अध्ययन के लिए अगुणितों का उपयोग (Use of Haploids for Cryogenic Study)
· पादप प्रजनन व फसल सुधार के लिए उपयोग (For Plant Breeding and Crop Improvement):-
Ø समयुग्मजी वंशक्रमों को उत्पन्न किया जा सकता है। इसके लिए अगुणित पौधों को कोल्चिसीन रसायन से उपचारित किया जाता है।
(Homozygous lines can be produced. For this, haploid plants are treated with colchicine chemical.)
Ø उत्परिवर्तन प्रजनन विधि का उपयोग फसल सुधार में किया जाता है।
(Mutation breeding method is used in crop improvement.)
· बागवानी पौधों के लिए अगुणित संवर्धन का अनुप्रयोग (Application of Haploid Culture for Horticultural Plants)
· द्वितीयक मेटाबोलाइट्स के अध्ययन के लिए (For Study of Secondary Metabolites Content)
5. हानियाँ (Disadvantages):-
· बिना क्षति पहुंचाए परागकोषों व परागकणों को निकालने के लिए कौशल की आवश्यकता होती है।
(Skill is required to remove anthers and pollens without damaging them.)
· धान्य फसलों में यह बहुत अधिक सफल विधि नहीं है।
(This is not a very successful method in cereal crops.)
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