Интеллектуальная поддержка процесса выбора параметров стерилизации при размножении растений in vitro

Реферат 2
ВВЕДЕНИЕ 6
1 Анализ состояний исследований в области микроклонального размножения растений 9
1.1 Аналитический обзор проблемы оптимизации процесса микроклонального размножения редких и исчезающих видов растений 9
1.2 Проведение лабораторных исследований для получения изолированной
культуры редких и исчезающих видов растений с подбором эффективных способов стерилизации растительных эксплантов в условиях in vitro (на примере Белгородской области) 12
1.2.1 Материалы исследования 12
1.2.2 Лабораторные методы исследования 17
1.2.3 Результаты лабораторных исследований по введению в культуру in
vitro на этапе стерилизации растительных эксплантов 18
1.2.3 Анализ влияния стерилизующих агентов на количество жизнеспособных эксплантов 23
1.3 Основные проблемы, возникающие при микроклональном размножении
растений. Постановка задачи исследования 30
2 Системное описание технологии получения изолированной культуры редких
и исчезающих видов растений 33
2.1 Разработка функциональной модели существующего процесса
микроклонального размножение 33
2.2 Модернизация традиционного процесса микроклонального размножения
за счет оптимизации его параметров 35
2.3 Теоретико-множественная модель этапа стерилизации 38
2.4. Выводы 40
3 Разработка нейросетевой модели идентификации этапа стерилизации при
введении растений в культуру in vitro 41
3.1 Нейросетевые методы идентификации 41
3.2 Нейросетевые стратегии управления 43
3.3 Построение нейросетевой модели этапа стерилизации 45
3.4 Проверка работы нейросетевой модели этапа стерилизации 51
3.5 Алгоритм, реализующий метод выбора эффективного способа стерилизации растительных эксплантов 55
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 58
Список используемых источников 59
ПРИЛОЖЕНИЕ Регламент поиска и отчет о поиске 62

Купить

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