Nguyên Tắc và Ứng Dụng của Công Nghệ Sinh Học Thực Vật

Công nghệ sinh học thực vật đang trở thành một lĩnh vực quan trọng trong nông nghiệp và bảo vệ môi trường. 204 trang · Jamia Hamdard · 2017.

• Tác giả: Malik Zainul Abdin
• Trường học: Jamia Hamdard
• Chuyên ngành: Công Nghệ Sinh Học Thực Vật
• Đề tài: Nguyên Tắc và Ứng Dụng của Công Nghệ Sinh Học Thực Vật
• Loại tài liệu: sách
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: New Delhi

Mục lục chi tiết

• 1. CHƯƠNG 1: Historical Perspective and Basic Principles of Plant Tissue Culture
• 2. CHƯƠNG 2: Plant Tissue Culture: Applications in Plant Improvement and Conservation
• 3. CHƯƠNG 3: Plant Genetic Resources: Their Conservation and Utility for Plant Improvement
• 4. CHƯƠNG 4: Methods in Transgenic Technology
• 5. CHƯƠNG 5: Plant Promoters: Characterization and Applications in Transgenic Technology
• 6. CHƯƠNG 6: Metabolic Engineering of Secondary Plant Metabolism
• 7. CHƯƠNG 7: Plastome Engineering: Basics Principles and Applications
• 8. CHƯƠNG 8: Genetic Engineering to Improve Biotic Stress Tolerance in Plants
• 9. CHƯƠNG 9: Developing Stress-Tolerant Plants by Manipulating Components Involved in Oxidative Stress
• 10. CHƯƠNG 10: Plant Adaptation in Mountain Ecosystem
• 11. CHƯƠNG 11: Drought-Associated MicroRNAs in Plants: Characterization and Functions
• 12. CHƯƠNG 12: Molecular Markers and Marker-Assisted Selection in Crop Plants
• 13. CHƯƠNG 13: Plant-Based Edible Vaccines: Issues and Advantages
• 14. CHƯƠNG 14: Biosafety, Bioethics, and IPR Issues in Plant Biotechnology

Tóm tắt

I. Tổng quan về Nguyên Tắc và Ứng Dụng của Công Nghệ Sinh Học Thực Vật

Công nghệ sinh học thực vật đang trở thành một lĩnh vực quan trọng trong nông nghiệp và bảo vệ môi trường. Nó không chỉ giúp cải thiện năng suất cây trồng mà còn góp phần bảo vệ đa dạng sinh học. Nguyên tắc cơ bản của công nghệ này bao gồm việc sử dụng các phương pháp sinh học để cải thiện giống cây trồng, tăng cường khả năng chống chịu với sâu bệnh và điều kiện môi trường khắc nghiệt.

1.1. Khái niệm về Công Nghệ Sinh Học Thực Vật

Công nghệ sinh học thực vật là việc áp dụng các kỹ thuật sinh học để cải thiện giống cây trồng. Nó bao gồm các phương pháp như biến đổi gen, nuôi cấy mô và cải tiến giống cây trồng.

1.2. Lịch sử phát triển của Công Nghệ Sinh Học Thực Vật

Lịch sử công nghệ sinh học thực vật bắt đầu từ những năm 1900 với các nghiên cứu về tế bào thực vật. Những bước tiến quan trọng đã được thực hiện trong những thập kỷ qua, đặc biệt là trong việc phát triển các giống cây trồng kháng bệnh.

II. Vấn đề và Thách thức trong Công Nghệ Sinh Học Thực Vật

Mặc dù công nghệ sinh học thực vật mang lại nhiều lợi ích, nhưng cũng đối mặt với nhiều thách thức. Các vấn đề như an toàn sinh học, đạo đức và sự chấp nhận của xã hội là những yếu tố quan trọng cần được xem xét.

2.1. An toàn sinh học trong Công Nghệ Sinh Học

An toàn sinh học là một trong những vấn đề quan trọng nhất trong công nghệ sinh học thực vật. Việc đảm bảo rằng các giống cây trồng biến đổi gen không gây hại cho môi trường và sức khỏe con người là rất cần thiết.

2.2. Đạo đức và sự chấp nhận của xã hội

Sự chấp nhận của xã hội đối với công nghệ sinh học thực vật còn nhiều tranh cãi. Các vấn đề đạo đức liên quan đến việc biến đổi gen và tác động của nó đến môi trường cần được thảo luận và giải quyết.

III. Phương Pháp Chính trong Công Nghệ Sinh Học Thực Vật

Có nhiều phương pháp khác nhau được sử dụng trong công nghệ sinh học thực vật. Những phương pháp này không chỉ giúp cải thiện giống cây trồng mà còn mở ra nhiều cơ hội mới trong nông nghiệp.

3.1. Biến Đổi Gen trong Cây Trồng

Biến đổi gen là một trong những phương pháp quan trọng nhất trong công nghệ sinh học thực vật. Nó cho phép các nhà khoa học thay đổi đặc điểm di truyền của cây trồng để cải thiện năng suất và khả năng chống chịu.

3.2. Nuôi Cấy Mô và Ứng Dụng của Nó

Nuôi cấy mô là một kỹ thuật quan trọng trong công nghệ sinh học thực vật. Kỹ thuật này cho phép sản xuất hàng triệu cây con từ một mẫu mô nhỏ, giúp bảo tồn các giống cây quý hiếm.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn của Công Nghệ Sinh Học Thực Vật

Công nghệ sinh học thực vật đã được áp dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, từ nông nghiệp đến y học. Những ứng dụng này không chỉ giúp cải thiện năng suất mà còn góp phần bảo vệ môi trường.

4.1. Ứng Dụng trong Nông Nghiệp

Công nghệ sinh học thực vật đã giúp phát triển các giống cây trồng kháng bệnh, tăng năng suất và cải thiện chất lượng sản phẩm. Điều này rất quan trọng trong bối cảnh dân số toàn cầu ngày càng tăng.

4.2. Ứng Dụng trong Y Học

Công nghệ sinh học thực vật cũng được sử dụng để sản xuất các loại thuốc và vaccine từ thực vật. Những sản phẩm này có thể giúp điều trị nhiều bệnh tật và cải thiện sức khỏe cộng đồng.

V. Kết Luận và Tương Lai của Công Nghệ Sinh Học Thực Vật

Công nghệ sinh học thực vật có tiềm năng lớn trong việc giải quyết các vấn đề toàn cầu như an ninh lương thực và bảo vệ môi trường. Tương lai của lĩnh vực này hứa hẹn sẽ mang lại nhiều đột phá mới.

5.1. Tiềm Năng Tương Lai

Với sự phát triển của công nghệ, công nghệ sinh học thực vật sẽ tiếp tục mở ra nhiều cơ hội mới trong nông nghiệp và y học. Các nghiên cứu mới sẽ giúp cải thiện giống cây trồng và phát triển các sản phẩm mới.

5.2. Thách Thức Cần Đối Mặt

Mặc dù có nhiều tiềm năng, công nghệ sinh học thực vật cũng phải đối mặt với nhiều thách thức như an toàn sinh học và sự chấp nhận của xã hội. Việc giải quyết những vấn đề này là rất quan trọng để phát triển bền vững.

Nội dung chính

BÀI MÔ TẢ HỌC THUẬT: GIÁO TRÌNH PLANT BIOTECHNOLOGY: PRINCIPLES AND APPLICATIONS

Tổng quan về giáo trình

Giáo trình Plant Biotechnology: Principles and Applications (Nhà xuất bản Springer Nature Singapore, năm 2017; ISBN: 978-981-10-2959-2, eBook ISBN: 978-981-10-2961-5, DOI: 10.1007/978-981-10-2961-5) được biên soạn dưới sự chủ biên của nhóm nhà khoa học gồm Tiến sĩ Malik Zainul Abdin (Trưởng khoa Công nghệ Sinh học, Đại học Jamia Hamdard, New Delhi), Tiến sĩ Usha Kiran (Trung tâm Phát triển và Chế biến Công nghệ Sinh học - CTPD, Đại học Jamia Hamdard), Tiến sĩ Kamaluddin (Khoa Di truyền và Chọn giống Cây trồng, SKUAST-Kashmir) và Thạc sĩ Athar Ali (CTPD, Đại học Jamia Hamdard).

Tài liệu được thiết kế phục vụ các học phần Công nghệ Sinh học Thực vật, Nuôi cấy Mô Tế bào Thực vật, Di truyền Học Phân tử và Chọn giống Cây trồng ở bậc đại học và sau đại học (Thạc sĩ, Tiến sĩ). Giáo trình hướng tới mục tiêu học tập (learning outcomes) bao gồm việc trang bị toàn diện cơ sở lý thuyết về phát sinh hình thái thực vật in vitro, các công nghệ chuyển gen và kỹ nghệ di truyền lạp thể (plastome), kỹ nghệ trao đổi chất thứ cấp, ứng dụng chỉ thị phân tử trong chọn giống (MAS), vaccine có nguồn gốc thực vật, cùng hệ thống quy chuẩn về an toàn sinh học và quyền sở hữu trí tuệ (IPR).

Cấu trúc giáo trình gồm 14 chương chuyên khảo được sắp xếp theo trật tự logic: đi từ nguyên lý nuôi cấy mô tế bào cơ bản, mở rộng sang các kỹ thuật công nghệ sinh học phân tử chuyên sâu, và kết thúc bằng việc phân tích các khía cạnh pháp lý - đạo đức sinh học. Điểm đặc trưng của giáo trình là việc kết hợp chặt chẽ giữa nguyên lý kinh điển và các quy trình thực nghiệm định lượng cụ thể trên nhiều đối tượng cây trồng nông nghiệp, lâm nghiệp và dược liệu.

---

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương và chủ đề chính

Giáo trình được cấu trúc thành 14 chương mạch lạc, kết nối từ nền tảng sinh học tế bào đến công nghệ phân tử hiện đại:

1. Chương 1: Bối cảnh lịch sử và nguyên lý cơ bản của nuôi cấy mô tế bào thực vật (Historical Perspective and Basic Principles of Plant Tissue Culture): Trình bày lịch sử phát triển từ học thuyết tế bào (Schleiden 1838, Schwann 1839), khái niệm tính toàn năng (Haberlandt 1902), phát hiện chất điều hòa sinh trưởng (Went 1926, Skoog và Miller 1957) và sự ra đời của môi trường Murashige & Skoog (1962). Phân tích chi tiết quy trình khử trùng mẫu (sử dụng NaOCl, Ca(OCl)₂, HgCl₂), vai trò của môi trường dinh dưỡng, chất điều hòa sinh trưởng (PGRs) và điều kiện phòng nuôi cấy.
2. Chương 2: Ứng dụng của nuôi cấy mô trong cải thiện và bảo tồn giống cây trồng (Plant Tissue Culture: Applications in Plant Improvement and Conservation): Khái quát kỹ thuật vi nhân giống (micropropagation) ở cây ăn quả, cây cảnh, cây lâm nghiệp và sản xuất hợp chất thứ cấp có giá trị dược liệu.
3. Chương 3: Nguồn tài nguyên di truyền thực vật: Bảo tồn và ứng dụng (Plant Genetic Resources: Their Conservation and Utility for Plant Improvement): Đánh giá sự đa dạng di truyền của tài nguyên thực vật tại Ấn Độ và các phương thức bảo tồn nguồn gen phục vụ chương trình chọn tạo giống.
4. Chương 4: Các phương pháp trong công nghệ chuyển gen (Methods in Transgenic Technology): Tổng quan các kỹ thuật chuyển nạp gen qua vi khuẩn Agrobacterium, công nghệ vector Gateway, tạo dòng cây chuyển gen không chứa gen chỉ thị chọn lọc (marker-free transgenics), nhắm trúng đích gen (gene targeting) và kỹ thuật di truyền nhiễm sắc thể.
5. Chương 5: Phân tích đặc tính và ứng dụng của promoter thực vật (Plant Promoters: Characterization and Applications in Transgenic Technology): Cấu trúc, phân loại các loại promoter, phương pháp phân lập, định danh và ứng dụng promoter đặc hiệu trong phát triển cây trồng biến đổi gen thương mại.
6. Chương 6: Kỹ nghệ trao đổi chất thứ cấp ở thực vật (Metabolic Engineering of Secondary Plant Metabolism): Chiến lược can thiệp các con đường sinh tổng hợp phức tạp nhằm nâng cao hiệu suất thu nhận các chất chuyển hóa thứ cấp có giá trị cao.
7. Chương 7: Kỹ thuật biến nạp hệ gen lục lạp: Nguyên lý và ứng dụng (Plastome Engineering: Basics Principles and Applications): Cơ sở kỹ thuật chuyển gen vào hệ gen lạp thể (plastome) và cơ chế điều hòa biểu hiện protein chuyển gen từ lục lạp.
8. Chương 8 & 9: Công nghệ di truyền nâng cao khả năng chống chịu stress sinh học và phi sinh học: Phân tích việc đưa gen kháng bệnh vào cây trồng (Chương 8) và điều khiển hệ thống phòng thủ chống chịu stress oxy hóa (Chương 9).
9. Chương 10, 11 & 12: Thích ứng môi trường, vai trò của microRNA và chọn giống nhờ chỉ thị phân tử: Cơ chế thích nghi sinh thái núi cao của thực vật (Chương 10), chức năng của microRNA trong điều hòa gen đáp ứng khô hạn (Chương 11), và ứng dụng các chỉ thị phân tử trong chọn giống hỗ trợ chỉ thị (Marker-Assisted Selection - MAS) (Chương 12).
10. Chương 13 & 14: Vaccine ăn được và Quy chuẩn An toàn sinh học, Sở hữu trí tuệ: Biểu hiện kháng nguyên vaccine trong mô thực vật (Chương 13) và khung pháp lý về quyền sở hữu trí tuệ (IPR), đạo đức sinh học và an toàn sinh học (Chương 14).

Kiến thức nền tảng được xây dựng

• Học thuyết tế bào và Tính toàn năng (Cellular Totipotency): Khả năng của một tế bào thực vật riêng lẻ biệt hóa và tái sinh thành một cơ thể hoàn chỉnh dưới tác động của các yếu tố hóa học và vật lý chính xác.
• Cơ chế điều hòa nội tiết và phát sinh cơ quan (Organogenesis): Tương quan nồng độ giữa auxin (IAA, IBA, NAA, 2,4-D) và cytokinin (Kinetin, BA, TDZ, 2-iP) trong việc kiểm soát tạo chồi và tạo rễ theo mô hình Skoog và Miller (1957).
• Nguyên lý phát sinh phôi soma (Somatic Embryogenesis): Sự hình thành cấu trúc phôi lưỡng cực từ tế bào tiền định phôi soma (PEDCs - trực tiếp) hoặc tế bào cảm ứng định hướng phôi (IEDCs - gián tiếp qua mô sẹo), loại bỏ sự cần thiết của các bước kích thích tạo rễ đơn cực phức tạp.
• Nguyên lý di truyền phân tử và biểu hiện chuyển gen: Cơ chế tái tổ hợp DNA, kiểm soát biểu hiện gen qua promoter, phiên mã ngược, và công nghệ lạp thể hạn chế sự phát tán gen chuyển qua hạt phấn.

Kỹ năng phát triển

• Kỹ năng kỹ thuật (Technical skills): Pha chế môi trường dinh dưỡng (MS, B5, WPM, LS), thực hiện thao tác khử trùng bề mặt mẫu cấy, thao tác vô trùng trong tủ cấy vi sinh, nuôi cấy huyền phù tế bào và vận hành hệ thống bioreactor.
• Kỹ năng phân tích (Analytical skills): Phân tích biểu hiện gen bằng kỹ thuật RT-PCR, phân tích đa hình chỉ thị phân tử (phục vụ MAS), đánh giá hoạt tính của enzyme chống oxy hóa và phân tích hàm lượng chất chuyển hóa thứ cấp.
• Năng lực ứng dụng thực tiễn (Practical competencies): Thiết kế quy trình vi nhân giống thương mại cho cây thuốc (Catharanthus roseus, Coleus forskohlii, Tylophora indica, Stevia rebaudiana) và cây thân gỗ (Pterocarpus marsupium, Tectona grandis); thiết lập quy trình tạo rễ ex vitro để giảm chi phí và nâng cao tỷ lệ sống của cây con.

---

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình sử dụng phương pháp tiếp cận diễn dịch kết hợp quy nạp (theory-to-translational approach). Mỗi chủ đề khởi đầu từ các nguyên lý sinh học nền tảng, tiến dần tới các thực nghiệm định lượng và ứng dụng công nghệ trong sản xuất:

• Dữ liệu thực nghiệm và Ca nghiên cứu điển hình (Case studies): Cung cấp các số liệu thực nghiệm cụ thể dạng bảng tổng hợp (như Bảng 1.1 đến 1.11 trong Chương 1), mô tả chi tiết ảnh hưởng của loại mẫu cấy, nồng độ chất điều hòa sinh trưởng, mùa thu mẫu, kiểu gen (genotype) và bước sóng ánh sáng (đèn huỳnh quang, ánh sáng đỏ, ánh sáng xanh) trên các loài như Coleonema album, Dendrobium chrysanthum, Ocimum basilicum, Cassia siamea, Azadirachta indica, Catharanthus roseus.
• Quy trình kỹ thuật thực hành: Mô tả chi tiết 4 giai đoạn vi nhân giống theo tiêu chuẩn của Murashige (1974), quy trình khử trùng mẫu cấy bằng các chất sát khuẩn (Ethyl alcohol 50–95%, NaOCl 5–10%, HgCl₂ 0.1%), và các bước nuôi cấy huyền phù lỏng để cảm ứng phôi soma.
• Phương pháp đánh giá kết quả học tập: Giáo trình là cơ sở để thiết kế các bài kiểm tra đánh giá năng lực phân tích dữ liệu nghiên cứu, viết đề cương thử nghiệm chuyển gen, tối ưu hóa thành phần môi trường nuôi cấy và thẩm định các báo cáo an toàn sinh học.
• Hướng dẫn tự học: Tài liệu cung cấp hệ thống viết tắt và biểu tượng quốc tế chuẩn mực (ACT, ADS, BLAST, cDNA, dNTP, HMGR, MS, NAA, NOS, RT-PCR, TDZ...), cùng danh mục tài liệu trích dẫn phong phú cuối mỗi chương giúp người học mở rộng nghiên cứu độc lập.

---

Điểm nổi bật và cập nhật

• Tích hợp các công nghệ phân tử hiện đại: Bên cạnh phương pháp chuyển gen cổ điển qua vi khuẩn Agrobacterium, giáo trình cập nhật các công nghệ tiên tiến như công nghệ vector Gateway, tạo dòng thực vật chuyển gen không mang marker kháng sinh (marker-free transgenics), kỹ thuật chỉnh sửa hệ gen lục lạp (Plastome engineering) nhằm gia tăng mức độ an toàn sinh học.
• Đi sâu vào các cơ chế điều hòa biểu hiện gen bậc cao: Phân tích vai trò của microRNA trong đáp ứng stress phi sinh học (đặc biệt là hạn hán) và kỹ nghệ trao đổi chất (Metabolic engineering) để khắc phục các điểm nghẽn sinh tổng hợp các chất chuyển hóa thứ cấp có giá trị dược liệu cao.
• Liên kết ứng dụng công nghiệp và thương mại: Đưa ra các phân tích so sánh giữa phương pháp tạo rễ in vitro và tạo rễ ex vitro, ứng dụng chất chống oxy hóa bảo vệ auxin như Phloroglucinol (PG), và tối ưu hóa hệ thống nuôi cấy huyền phù tế bào trong bioreactor nhằm hạ giá thành cây giống thương phẩm.
• Khung pháp lý hoàn chỉnh: Bao quát các khía cạnh an toàn sinh học đối với cây trồng chuyển gen, các tiêu chuẩn đạo đức sinh học và hệ thống cấp phép bản quyền sáng chế/quyền sở hữu trí tuệ (IPR).

---

Đối tượng sử dụng giáo trình

• Sinh viên đại học: Sinh viên các năm cuối (năm 3, năm 4) thuộc các ngành Công nghệ Sinh học, Sinh học Ứng dụng, Nông học, Lâm nghiệp, Bảo vệ Thực vật và Dược liệu.
• Học viên sau đại học: Học viên Cao học và Nghiên cứu sinh Tiến sĩ chuyên ngành Di truyền học, Sinh lý Thực vật Phân tử, Công nghệ Tế bào Thực vật và Chọn giống Cây trồng.
• Điều kiện tiên quyết (Prerequisites): Người học cần hoàn thành các học phần cơ sở bao gồm Sinh học Đại cương, Sinh lý Thực vật, Hóa sinh học, Di truyền học Đại cương và Sinh học Phân tử Cơ bản.
• Giảng viên và Nhà nghiên cứu: Giảng viên có thể sử dụng làm khung tham chiếu chuẩn để thiết kế bài giảng lý thuyết và thực hành; các nhà khoa học trong viện nghiên cứu và doanh nghiệp R&D giống cây trồng có thể khai thác các bảng thông số thực nghiệm làm quy trình đối chứng.

---

Câu hỏi thường gặp (FAQ)

1. Giáo trình này phù hợp với đối tượng người học nào?

Giáo trình được thiết kế chuẩn mực cho sinh viên đại học giai đoạn chuyên ngành, học viên cao học, nghiên cứu sinh tiến sĩ, giảng viên đại học và các chuyên gia nghiên cứu trong lĩnh vực công nghệ sinh học thực vật và nông nghiệp công nghệ cao.

2. Người học cần chuẩn bị kiến thức nền tảng nào trước khi tiếp cận giáo trình?

Cần nắm vững các nguyên lý sinh lý học thực vật, thành phần hóa sinh tế bào, các quy luật di truyền học cơ bản và cấu trúc - chức năng của nucleic acid và protein trong sinh học phân tử.

3. Điểm khác biệt của giáo trình này so với các tài liệu công nghệ sinh học khác là gì?

Tài liệu liên kết liên tục từ cơ chế phát sinh hình thái tế bào in vitro truyền thống đến các công nghệ di truyền tiên tiến như biến nạp hệ gen lục lạp (plastome), điều hòa biểu hiện bằng microRNA, kỹ thuật chọn giống phân tử (MAS), vaccine ăn được và hệ thống luật sở hữu trí tuệ (IPR) trong cùng một ấn bản.

4. Phương pháp tự học giáo trình như thế nào để đạt hiệu quả cao?

Nên tiếp cận tuần tự theo từng khối kiến thức: nắm vững Chương 1-2 về nguyên lý và kỹ thuật nuôi cấy mô; mở rộng sang Chương 4-7 về kỹ thuật di truyền và chuyển gen; nghiên cứu sâu các Chương 8-13 về tính chống chịu stress và ứng dụng chuyên ngành; sau đó đối chiếu với các quy định an toàn sinh học tại Chương 14.

5. Giáo trình có các công cụ bổ trợ nào hỗ trợ việc học tập và tra cứu?

Giáo trình tích hợp bảng tra cứu chữ viết tắt học thuật chuẩn quốc tế (List of Abbreviations and Symbols), các bảng số liệu thực nghiệm định lượng cho từng loài cây trồng cụ thể, và danh mục tài liệu tham khảo khoa học quốc tế đầy đủ ở cuối mỗi chương.

---

Kết luận

Giáo trình Plant Biotechnology: Principles and Applications cung cấp hệ thống lý thuyết chuẩn xác và các quy trình công nghệ toàn diện trong lĩnh vực công nghệ sinh học thực vật. Lộ trình học tập đề xuất là: Nắm vững kỹ thuật nuôi cấy mô tế bào $\rightarrow$ Làm chủ công nghệ gen và biến nạp lục lạp $\rightarrow$ Khai thác công cụ phân tử (MAS, metabolic engineering) trong cải tạo giống $\rightarrow$ Tuân thủ quy chuẩn an toàn sinh học và sở hữu trí tuệ. Người học có thể mở rộng kiến thức chuyên sâu thông qua hệ thống tài liệu trích dẫn khoa học được chuẩn hóa ở từng chương của cuốn sách.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Malik Zainul Abdin Usha Kiran Kamaluddin Athar Ali Editors Plant Biotechnology: Principles and Applications Plant Biotechnology: Principles and Applications Malik Zainul Abdin • Usha Kiran Kamaluddin • Athar Ali Editors Plant Biotechnology: Principles and Applications Editors Malik Zainul Abdin Usha Kiran Department of Biotechnology CTPD, Department of Biotechnology Jamia Hamdard Jamia Hamdard New Delhi, India New Delhi, India Kamaluddin Athar Ali Division of Genetics & Plant Breeding, CTPD, Department of Biotechnology Faculty of Agriculture Jamia Hamdard SKUAST of Kashmir New Delhi, India New Delhi, India ISBN 978-981-10-2959-2    ISBN 978-981-10-2961-5 (eBook) DOI 10.1007/978-981-10-2961-5 Library of Congress Control Number: 2016963599 © Springer Nature Singapore Pte Ltd. 2017 This work is subject to copyright. All rights are reserved by the Publisher, whether the whole or part of the material is concerned, specifically the rights of translation, reprinting, reuse of illustrations, recitation, broadcasting, reproduction on microfilms or in any other physical way, and transmission or information storage and retrieval, electronic adaptation, computer software, or by similar or dissimilar methodology now known or hereafter developed. The use of general descriptive names, registered names, trademarks, service marks, etc.

in this publication does not imply, even in the absence of a specific statement, that such names are exempt from the relevant protective laws and regulations and therefore free for general use. The publisher, the authors and the editors are safe to assume that the advice and information in this book are believed to be true and accurate at the date of publication. Neither the publisher nor the authors or the editors give a warranty, express or implied, with respect to the material contained herein or for any errors or omissions that may have been made. The publisher remains neutral with regard to jurisdictional claims in published maps and institutional affiliations.

Printed on acid-free paper This Springer imprint is published by Springer Nature The registered company is Springer Nature Singapore Pte Ltd. The registered company address is: 152 Beach Road, #21-01/04 Gateway East, Singapore 189721, Singapore Preface The group of technologies that use biological matter or processes to generate new and useful products and processes define biotechnology. The plant biotechnology is increasingly gaining importance, because it is related to many facets of our lives, particularly in connection with global warming, alternative energy initiatives, food production, and medicine. This book, entitled Plant Biotechnology: Principles and Applications, is devoted to topics with references at both graduate and postgraduate levels.

The book traces the roots of plant biotechnology from the basic sciences to current applications in the biological and agricultural sciences, industry, and medi- cine. The processes and methods used to genetically engineer plants for agricul- tural, environmental, and industrial purposes along with bioethical and biosafety issues of the technology are vividly described in the book. It is also an ideal refer- ence for teachers and researchers, filling the gap between fundamental and high-­ level approaches. The book is comprised of 14 chapters.

The first chapter is “Historical Perspective and Basic Principles of Plant Tissue Culture.” It describes the use of tissue culture as an established technique for culturing and studying the physiological behavior of isolated plant organs, tissues, cells, protoplasts, and even cell organelles under pre- cisely controlled physical and chemical environments and a source for obtaining new variants with desirable agronomic traits. It also discusses the micropropagation of the plants and its use in conservation of endangered species and afforestation programs. The second chapter “Plant Tissue Culture: Application in Plant Improvement and Conservation” describes the use of micropropagation for ornamental and forest trees, production of pharmaceutically interesting compounds, and plant breeding for improved nutritional value of staple crop plants, including trees. It also high- lights the application of plant tissue culture in providing high-quality planting mate- rial for fruits, vegetables, and ornamental plants and forest tree species throughout the year, irrespective of season and weather, thus opening new opportunities to pro- ducers, farmers, and nursery owners.

The third chapter “Plant Genetic Resources: Their Conservation and Utility for Plant Improvement” describes biodiversity as not merely a natural resource but an v vi Preface embodiment of cultural diversity and the diverse knowledge of different communi- ties across the world.