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Synthetic Seed by MS ChaudharyLearn in Brief [Click on Me]
Introduction to Synthetic Seeds
Definition of Synthetic Seed
Synthetic seeds are artificially created seeds consisting of somatic embryos encapsulated in protective coatings, which include nutrients and growth regulators. These seeds are produced using in vitro techniques and can develop into whole plants under both in vitro and ex vitro conditions. They can be stored for viability.
Definition of Seeds
- Botanical: A seed is a ripened ovule.
- Genetic: A seed transfers traits between generations.
- Agricultural: A seed is any plant part capable of developing into a new plant when sown.
Definition of Synthetic
"Synthetic" refers to something artificially created through chemical processes.
Historical Background
The concept of synthetic seeds was introduced by Toshiba Murashige in 1970, with further refinement by Redenbaugh et al. in 1988, who patented artificial seed technology. Kitto and Janick were pioneers in producing desiccated artificial carrot seeds.
Types of Synthetic Seeds
- Desiccated Synthetic Seeds: Hardened somatic embryos encapsulated with polyoxyethylene, preventing microbial growth.
- Hydrated Synthetic Seeds: Somatic embryos encapsulated in hydrogel (e.g., calcium-alginate) for desiccation-sensitive species.
Applications of Synthetic Seeds
- Pathogen-free propagule transportation
- Hybrid seed production
- Multiplying transgenic plants
- Propagation of non-seed-producing or ornamental plants
- Conservation of endangered species
- Germplasm preservation through cryopreservation
Advantages of Synthetic Seed Technology
- Enables large-scale plant production
- Ensures genetic uniformity
- Cost-effective and allows rapid multiplication
- Facilitates storage and transportation
- Suitable for direct field planting
Disadvantages of Synthetic Seed Technology
- Low survival rates for somatic embryos in many species
- Limited protocols for diverse plant parts
- Inefficient somatic embryo maturation
- Some embryos may not germinate outside encapsulation
- Storage and encapsulation challenges
- Difficulties with transplanting due to size mismatch with farm machinery
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सिंथेटिक बीज पर व्याख्यान शुरू करने से पहले आपको बीज और सिंथेटिक का शब्द अर्थ जानना चाहिए।
बीज क्या है?
विभिन्न क्षेत्रों के अनुसार बीज की परिभाषा बहुत विविध है। उनमें से कुछ निम्नलिखित हैं
1. वानस्पतिक परिभाषा:
पके हुए बीजांड को बीज कहा जाता है।
2. आनुवंशिक परिभाषा:
बीज गुणों को पीढ़ी-दर-पीढ़ी स्थानांतरित करने का एक माध्यम है। यह पीढ़ियों को जोड़ने वाली कड़ी के रूप में कार्य करता है।
3. कृषि परिभाषा:
पौधे का कोई भी भाग जो बोने के बाद नया पौधा बन सकता है, बीज कहलाता है।
सिंथेटिक क्या है?
कोई भी चीज़ जो प्राकृतिक न हो या किसी रासायनिक प्रक्रिया द्वारा बनाई गई हो।
सिंथेटिक बीजसिंथेटिक बीज एक कृत्रिम बीज होता है जिसका दैहिक भ्रूण पोषक तत्वों और विकास नियामकों की सुरक्षात्मक कोटिंग्स द्वारा घिरा होता है।
या
सिंथेटिक बीजों को कृत्रिम रूप से संपुटित पौधे प्रवर्धन सामग्री के रूप में परिभाषित किया गया है।
यह सामग्री दैहिक भ्रूण, प्ररोह कलिकाएँ, कोशिका समुच्चय या कोई अन्य ऊतक हो सकती है जिसे हम प्रवर्धन के लिए बीज के रूप में उपयोग कर सकते हैं। कृत्रिम बीज इन विट्रो (पादप ऊतक संवर्धन) तकनीक द्वारा उत्पादित किये जाते हैं। हालाँकि, इन बीजों में इन विट्रो के साथ-साथ पूर्व-विट्रो स्थितियों में भी एक पूरे पौधे के रूप में विकसित होने की क्षमता होती है। वे भंडारण के बाद भी इस क्षमता को बरकरार रखते हैं। कृत्रिम बीज उत्पादन सूक्ष्मप्रवर्धन का एक विकल्प है।
सिंथेटिक बीज का इतिहासकृत्रिम बीज की अवधारणा 1970 में तोशिबा मुराशिगे द्वारा दी गई थी। उन्होंने पहली बार कृत्रिम बीज शब्द का प्रयोग किया था। इस अवधारणा को रेडेनबॉघ द्वारा आगे बढ़ाया गया था। (1988) जिन्होंने इस कृत्रिम बीज प्रौद्योगिकी का पेटेंट कराया। हालाँकि, यह किट्टो और जेनिक ही थे जिन्होंने सबसे पहले सूखे कृत्रिम गाजर के बीज का उत्पादन किया था।
सिंथेटिक बीज के प्रकारसिंथेटिक बीज दो प्रकार के होते हैं
1. सूखा हुआ सिंथेटिक बीज:
सूखे सिंथेटिक बीजों में, दैहिक भ्रूणों को शुष्कन को झेलने के लिए कठोर किया जाता है और फिर एक समर्पित कृत्रिम बीज प्राप्त करने के लिए उपयुक्त कोटिंग सामग्री में समाविष्ट किया जाता है। इस मामले में प्रयुक्त एनकैप्सुलेटिंग सामग्री पॉलीऑक्सीएथिलीन (पॉलीऑक्स) है। यह सामग्री सूक्ष्मजीवों के विकास को नहीं होने देती है और भ्रूण के लिए गैर-विषाक्त है।
2. हाइड्रेट सिंथेटिक बीज:
ये बीज दैहिक भ्रूणों को हाइड्रोजेल कैप्सूल में बंद करके, उत्पादित किए जाते हैं। इस प्रकारके बीजउन पौधों की प्रजातियों के लिए अधिक उपयुक्त होते हैं जिनका दैहिक भ्रूण अड़ियल और शुष्कन के प्रति संवेदनशीलता होते हैं। हाइड्रेटेड बीज बनाने की सबसे आम – विधि कैल्शियम-एल्गिनेट एनकैप्सुलेशन का उपयोग करना है।
सिंथेटिक बीज के प्रयोग1. रोगज़नक़-मुक्त प्रोपेग्यूल्स का परिवहन करना।
2. संकर बीज उत्पादन के लिए नर और मादा बाँझ पौधों का प्रवर्धन किया जा सकता है।
3. इनका उपयोग ट्रांसजेनिक पौधों के गुणन के लिए किया जा सकता है।
4. सिंथेटिक बीजों का उपयोग गैर-बीज उत्पादक पौधों, सजावटी संकरों और पॉलीप्लोइड्स के गुणन में किया जाता है।
5. इनका उपयोग लुप्तप्राय पौधों की प्रजातियों के प्रवर्धन के लिए किया जा सकता है।
6. सिंथेटिक बीजों का उपयोग जर्मप्लाज्म संरक्षण के लिए किया जा सकता है।
7. आनुवंशिक एकरूपता और फसलों की किस्मों को बनाए रखने के लिए सिंथेटिक बीजों का उपयोग किया जा सकता है।
8. सिंथेटिक बीज प्रौद्योगिकी का उपयोग उन्नत खाद्य फसल किस्मों के उत्पादन और पर्यावरण के अनुकूल वृक्षारोपण के लिए किया जा सकता है।
सिंथेटिक बीज के फायदे1. यह विधि बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए है।
2. यह अधिक संख्या में पीढ़ियों तक आनुवंशिक एकरूपता बनाए रखता है। अधिकांश पादप ऊतक संवर्धन विधियाँ लंबी अवधि तक आनुवंशिक एकरूपता बनाए रखने में विफल रहती हैं।
3. वैज्ञानिकों के अनुसार, इस तकनीक का उपयोग करके पौधा तैयार करने की लागत कम है।
4. यह पौधों के तेजी से गणन में सहायता करता है।
5. इस पद्धति की सबसे बड़ी खूबियों में से एक पौधे के हिस्सों (व्यवहार्य कोटिंग से संरक्षित) को सीधे खेत तक पहुंचाना है।
6. इन बीजों में व्यवहार्यता खोए बिना अल्पकालिक और मध्यम अवधि के भंडारण की क्षमता होती है।
7. पौधों की तुलना में, सिंथेटिक बीजों को संभालना और परिवहन करना आसान है।
सिंथेटिक बीज के नुकसान1. अधिकांश पौधों की प्रजातियों में दैहिक भ्रूणों की जीवित रहने की दर कम होती है, जो सिंथेटिक बीजों के उपयोग को भी सीमित करती है।
2. पादप ऊतक संवर्धन विधियों का उपयोग करके विभिन्न पादप भागों से प्रवर्धन का उत्पादन करने के लिए अधिक प्रोटोकॉल उपलब्ध नहीं हैं। इसलिए कृत्रिम बीज उत्पादन के लिए कम उपयोगी सामग्री उपलब्ध है।
3. कुछ मामलों में, दैहिक भ्रूण की अकुशल परिपक्वता के कारण अंकुरण ख़राब होता है और जिसके कारण वृद्धि और विकास ख़राब होता है।
4. वैज्ञानिकों के अनुसार, कुछ पौधों की प्रजातियों के दैहिक भ्रूण कैप्सूल या कोटिंग से बाहर निकलने में सक्षम नहीं होते हैं। अत: ये तेजी से सामान्य पौधे नहीं बना पाते।
5. सिंथेटिक बीजों के उत्पादन के लिए कोटिंग सामग्री की सांद्रता भी एक सीमित कारक है जो सिंथेटिक बीजों के उत्पादन को प्रभावित करती ही है। इसमें अंकुरण और विकास को सुविधाजनक बनाने के लिए पोषक तत्व-पूरक सामग्री होनी चाहिए।
6. जब सिंथेटिक बीजों का आकार कृषि मशीनरी से मेल नहीं खाता है तो उन्हें रोपाई के लिए उपयोग करना कठिन होता है। इसलिए, बीज प्रत्यारोपण योग्य होना चाहिए।
7. इन बीजों की एक बड़ी समस्या कैप्सूलों का जल्दी सूख जाना भी है। हमें उन्हें आर्द्र वातावरण में संग्रहित करने और सूखने से बचाने के लिए हाइड्रोफोबिक सामग्री से कोट करने की आवश्यकता है।
Introduction to Synthetic Seeds
Definition of Synthetic Seed
A synthetic seed refers to an artificially created seed comprising somatic
embryos encapsulated with protective coatings that include nutrients and
growth regulators. Alternatively, synthetic seeds can be defined as
artificially encapsulated plant propagation material, which may include
somatic embryos, shoot buds, cell aggregates, or other tissues utilized for
plant propagation. These seeds are produced through
in vitro techniques and have the capability to develop into whole
plants under both in vitro and ex vitro conditions,
maintaining viability even after storage. Synthetic seed technology serves as
an alternative to conventional micropropagation methods.
Definition of Seeds
Botanical Definition
A seed is defined as a ripened ovule.
Genetic Definition
A seed is a medium for transferring traits from one generation to another,
acting as a vital link between successive generations.
Agricultural Definition
A seed refers to any part of a plant capable of developing into a new plant
when sown in the soil.
Definition of Synthetic
The term "synthetic" denotes anything that is artificially created through chemical processes.
Historical Background of Synthetic Seeds
The concept of synthetic seeds was introduced by Toshiba Murashige in 1970, who coined the term "artificial seed." This technology was further refined by Redenbaugh et al. in 1988, who secured a patent for artificial seed technology. Kitto and Janick were the pioneers in producing desiccated artificial carrot seeds.
Types of Synthetic Seeds
1. Desiccated Synthetic Seeds
Desiccated synthetic seeds are developed by hardening somatic embryos to withstand desiccation and encapsulating them with a suitable coating material, such as polyoxyethylene (Polyox). This material is non-toxic to embryos and prevents microbial growth.
2. Hydrated Synthetic Seeds
Hydrated synthetic seeds are created by encapsulating somatic embryos in hydrogel capsules. This method is suitable for plant species with somatic embryos that are sensitive to desiccation. The most common technique for producing hydrated synthetic seeds is calcium-alginate encapsulation.
Difference Between Natural and Synthetic Seeds
| Criteria | Natural Seed | Synthetic Seed |
|---|---|---|
| Definition | Seeds that are produced naturally by plants. | Artificially produced seeds containing plant material, typically encapsulated in a coating. |
| Origin | Produced through pollination and fertilization. | Created through biotechnological or artificial processes. |
| Composition | Contains an embryo, endosperm, and seed coat. | Contains plant cells or tissues (embryo, callus, or shoot) encapsulated in a protective coating. |
| Germination | Germinates naturally under appropriate conditions. | Germinates like natural seeds, but often requires specific conditions for activation. |
| Storage | Can be stored for long periods if maintained properly. | Generally has a shorter shelf life and needs special storage conditions. |
| Production Process | Requires natural processes like pollination and fertilization. | Created through tissue culture, genetic engineering, or somatic embryogenesis. |
| Variety of Plants | Limited to plant species that naturally produce seeds. | Can be created for a wide variety of plants, including hybrids or genetically modified varieties. |
| Cost | Generally low cost and widely available. | Expensive due to the sophisticated technology involved in production. |
| Use | Primarily used for growing conventional crops. | Used in specialized farming, reforestation, or for crops that require uniformity. |
| Examples | Wheat, rice, corn, etc. | Artificial seeds for crops like banana, coconut, and certain hybrid plants. |
Production of Synthetic Seed
|
| Production Process of Synthetic Seed |
Applications of Synthetic Seeds
- Transportation of pathogen-free propagules.
- Propagation of male and female sterile plants for hybrid seed production.
- Multiplication of transgenic plants.
- Propagation of non-seed-producing plants, ornamental hybrids, and polyploid species.
- Conservation of endangered plant species.
- Germplasm preservation through cryopreserved synthetic seeds.
- Maintenance of genetic uniformity and crop variety.
- Development of improved food crop varieties and sustainable plantations.
Advantages of Synthetic Seed Technology
- Suitable for large-scale plant production.
- Ensures genetic uniformity over multiple generations, unlike many traditional plant tissue culture methods.
- Cost-effective for plant production.
- Enables rapid plant multiplication.
- Facilitates direct transfer of encapsulated plant parts to the field.
- Allows short- and medium-term storage without loss of viability.
- Easier handling and transportation compared to plantlets.
Disadvantages of Synthetic Seed Technology
- Low survival rates of somatic embryos for many plant species limit the widespread use of synthetic seeds.
- Limited protocols for propagule production from diverse plant parts restrict the availability of source material for synthetic seed creation.
- Inefficient maturation of somatic embryos can result in poor germination and suboptimal plant growth.
- Some plant species’ somatic embryos may not germinate effectively outside their encapsulation, inhibiting normal plant development.
- The concentration of the encapsulating material must be optimized to support germination and growth, presenting a challenge.
- Synthetic seeds that do not conform to the shapes required by farm machinery may be difficult to transplant.
- Capsules may dry out quickly, necessitating storage in a humid environment and coating with hydrophobic materials to prevent desiccation.
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Reference
Pundhan Singh. 2016. Objectives Plant biotechnology. Kalyani publishes, New Delhi.