Тема: Интеллектуальная поддержка процесса выбора параметров стерилизации при размножении растений in vitro

В настоящее время в связи с активной хозяйственной деятельностью человека происходит быстрое уменьшение ареалов распространения многих видов растений. Проблема сохранения биоразнообразия растений, особенно редких, исчезающих и лекарственных видов, становится актуальной [1]. Одним из результативных решений данного вопроса является применение технологии микроклонального размножения, что дает возможность сохранять ценные, редкие, исчезающие и лекарственные растения, создавая банки и коллекции в условиях in vitro [2-8]. Растения из таких банков можно использовать для восстановления их естественных популяций в природе или для их культивирования на специальных территориях с целью дальнейшего использования в сельском хозяйстве или фармации. Микроклональное размножение - перспективный передовой способ вегетативного размножения растений, основанный на методе культуры клеток и тканей - позволяет оздоравливать растительный посадочный материал от вирусных, бактериальных и грибковых инфекций, экономя при этом площади занятые маточными растениями [4-8]. Еще одним из его достоинств является возможность осуществления работ по размножению в течение круглого года, а также возможность получения посадочного материала растений, размножение которых затруднено обычными способами. Применение данного способа позволяет сохранить уникальные генотипы различных популяций растительных объектов, создавая генетические банки в условиях in vitro и криобанки меристемных культур этих видов, хранение которых возможно длительное время. Подобный криобанк позволяет в момент потери растительных организмов в популяциях вырастить и восстановить их из криоконсервированных апикальных меристем [9,10].
Процесс микроклонального размножения является многоэтапным и включает: выбор и подготовку растительных эксплантов, которыми могут выступать различные органы, ткани, клетки и семена растений; процесс
стерилизации растительных эксплантов; введение их в культуру in vitro; получение и культивирование асептических растений на синтетической питательной среде; микроклональное размножение растений-регенерантов; адаптация микроклонов к почвенным условиям [2-8]. Следует отметить, что выбор оптимальных параметров на каждом этапе микроклонального размножения - это процесс, занимающий много времени и трудовых ресурсов, материальных затрат, постановки лабораторных экспериментов и их значительного числа повторения. При этом происходит большой расход дорогостоящих компонентов, входящих в состав всех питательных сред, а также значительные затраты временных и людских ресурсов: на обеспечение перед каждой серией опытов стерильных инструментов, посуды, питательных сред и условий в помещении. Выбор оптимальных параметров этапов микроклонального размножения усложняется необходимостью обработки большого объема информации - разнородной и слабоструктурированной.
Таким образом, целесообразно использовать современные средства информационных технологий и методов моделирования, в том числе методы интеллектуального анализа данных, которые сегодня успешно применяются при прогнозировании и управлении процессами и объектами в различных сферах, в том числе в биотехнологии [11-18].
Следует отметить, что одним из основных, в то же время, трудоемких этапов микроклонального размножения, результаты которого являются определяющими для получения высококачественного материала, является этап стерилизации, который индивидуален для каждого вида растений. Результат формирования асептических жизнеспособных проростков напрямую зависит от правильного выбора эффективного стерилизующего агента, а также его концентрации и времени обработки растительных эксплантов.
Целью данной работы было проведение и анализ экспериментальных исследований на этапе стерилизации при введении в культуру in vitro представителей семейства Labiatae (Яснотковые), являющихся редкими и исчезающими лекарственными растениями, и оптимизация параметров 7
стерилизации методами математической оценки и прогнозирования на основе аппарата искусственных нейронных сетей.
Научная новизна работы заключается в получении следующих
результатов:
- усовершенствована модель традиционного процесса микроклонального размножения растений;
- разработана нейросетевая модель идентификации этапа стерилизации и синтезирован нейроконтроллер для управления этим этапом, который позволил оптимизировать стерилизующий режим для семян при введении в культуру in vitro растений.
Экспериментальные исследования выполнены в рамках государственного задания в сфере научной деятельности (грант № 40.5084.2017/БЧ).

Купить

Теоретические и экспериментальные исследования, выполненные в рамках данного исследования, позволили получить новые знания, обеспечивающие построение перспективной технологии получения изолированной культуры редких и исчезающих видов растений с использованием современных информационных технологий и нейросетевого подхода.
Основные результаты выполнения исследования заключаются в следующем:
- Аналитический отчет и отчет о патентных исследованиях, позволяющие провести обоснование и выбор методов исследования, подходов к построению моделей процесса микроклонального размножения растений.
- Научно-методические и концептуальные подходы к построению эффективной технологии получения изолированной культуры редких и исчезающих видов растений (на примере Белгородской области).
- Выбор оптимальных параметров процесса стерилизации (вида стерилизующего агента, его концентрации и времени обработки растительных эксплантов стерилизующим агентом) и оценки его результатов (количество стерильных эксплантов и количество жизнеспособных проростков) на основе применения аппарата искусственных нейронных сетей.
- Теоретико-множественная модели исследуемого процесса.
- Имитационная модель этапа стерилизации процесса микроклонального размножения растений.
Анализ полученных результатов исследований позволяет утверждать, что задачи, сформулированные в исследовании, решены в полном объеме.
Результаты исследования позволят селекционным организациям и агропромышленным комплексам применять экономически целесообразные современные методы моделирования процессов в биотехнологии. Результаты также предназначены для научных и научно-производственных организаций и высших учебных заведений.

Купить