КУЛЬТУРА КЛЕТОК И ТКАНЕЙ РАСТЕНИЙ - ПЕРСПЕКТИВНЫЙ ИСТОЧНИК ПОЛУЧЕНИЯ ЛЕКАРСТВЕННОГО СЫРЬЯ. Культура клеток и тканей растений in vitro

Техника введения в культуру in vitro и культивирование изолированных клеток и тканей растений

из "Сельскохозяйственная биотехнология Изд2"

Необходимым условием работы с культурой изолированных тканей является соблюдение строгой стерильности. Богатая питательная среда является прекрасным субстратом для развития в ней микроорганизмов, а изолированные от растения фрагменты (экспланты), которые помещают на питательную среду, легко поражаются микроорганизмами. Поэтому надо стерилизовать как эксплант, так и питательную среду. Все манипуляции с изолированными тканями (введение в культуру, пересадка на свежую питательную среду) проводят в асептическом помещении (лами-нар-боксе) стерильными инструментами. Стерильность надо соблюдать и во время культивирования изолированных тканей, особенно при перепаде температуры и влажности, так как при этом пробки становятся влажными и по ним в пробирку могут проникать микроорганизмы. [c.80] Стерилизацию экспланта и семян проводят выдерживая их 5—20 мин в стерилизующих растворах с последующей многократной промывкой экспланта стерильной водой. Время стерилизации зависит от характера экспланта и от стерилизующей активности раствора. Семена стерилизуют 10—20 мин, а вегетативные части 5—10 мин. Примеры стерилизующих растворов приведены в табл. 3.1. [c.80] Органы растений, из которых берут эксплант для введения в культуру, предварительно моют щеткой в мыльном растворе и споласкивают дистиллированной водой, а затем погружают на несколько секунд в 70%-ный этанол. Семена погружают в спирт на 1—2 мин. Кроме собственно стерилизующего действия спирта обработка тканей этанолом перед помещением в основной стерилизующий раствор повышает стерилизующий эффект последнего. [c.80] После стерилизации растительные объекты должны быть тщательно промыты стерильной водой. [c.81] Поверхностная стерилизация освобождает эксплант только от наружной инфекции. Если же ткани экспланта имеют внутреннюю инфекцию, то его необходимо обработать антибиотиками. Особенно богаты внутренней инфекцией ткани тропических и субтропических растений с крупными сосудами. Загрязнение культур грибами или бактериями обычно выявляется через 1—14 дней после посадки. Загрязненные культуры необходимо тотчас же удалить, чтобы избежать заражения воздуха в световой комнате. [c.81] Питательные среды стерилизуют в автоклаве при температуре 120°С и давлении 0,75—1 атм в течение 20 мин. Если в состав питательной среды входят вещества, разрушающиеся при высокой температуре, их подвергают холодной стерилизации, пропуская через бактериальные фильтры с диаметром пор 0,22—0,45 мкм, после чего добавляют в проавтокла-вированную охлажденную до 40°С основную среду. [c.81] Посуду, предварительно завернутую в фольгу или оберточную бумагу, стерилизуют сухим жаром в сушильном шкафу при 160 С в течение двух часов. [c.81] Питательные среды для культивирования изолированных клеток и тканей должны включать все необходимые растениям макроэлементы (азот, фосфор, калий, кальций, магний, серу, железо) и микроэлементы (бор, марганец, цинк, медь, молибден и др.), а также витамины, углеводы, фитогормоны или их синтетические аналоги. Некоторые питательные среды содержат гидролизат казеина, аминокислоты. Кроме того, в состав питательных сред входит ЭДТА (этилендиаминтетрауксусная кислота) или ее натриевая соль, которые улучшают доступность железа для клеток. [c.81] Для получения каллусной ткани в отдельных случаях к питательной среде добавляют жидкий эндосперм кокосового ореха (кокосовое молоко), каштана и др. [c.81] Углеводы являются необходимым компонентом питательных сред для культивирования изолированных клеток и тканей, так как в большинстве случаев последние не способны к автотрофному питанию. Чаще всего в качестве углевода используют сахарозу или глюкозу в концентрации 2—3 %. [c.81] Фитогормоны необходимы для дедифференцировки клеток и для индукции клеточных делений. Поэтому для получения каллусных тканей в состав питательных сред должны обязательно входить ауксины, вызывающие клеточную дедифференцировку, и цитокинины, индуцирующие деление клеток. В случае индукции стеблевого морфогенеза содержание ауксинов в среде может быть снижено или они могут быть полностью исключены из питательной среды. [c.81] На безгормональной среде растут опухолевые и привыкшие ткани. Автономность по отношению к обоим гормонам или к одному из них связана со способностью этих клеток синтезировать гормоны. [c.82] В качестве источников ауксинов в питательных средах используют 2,4-дихлорфеноксиуксусную кислоту (2,4-Д), индолил-З-уксусную кислоту (ИУК), а-нафтилуксусную кислоту (НУК). Для получения рыхлого хорошо растущего каллуса чаще применяют 2,4-Д, так как ИУК почти в 30 раз менее активна, чем 2,4-Д. [c.82] В качестве источников цитокининов в искусственных питательных средах используют кинетин, 6-бензиламинрпурин (БАП), зеатин. 6-БАП и зеатин проявляют более высокую активность в поддержании роста изолированных тканей и индукции органогенеза по сравнению с кинетином. В состав некоторых сред входит аденин. [c.82] В настоящее время известно большое число различных по составу питательных сред, но наиболее часто применяемая при выращивании изолированных растительных тканей в условиях in vitro среда Т. Мурасига и Ф. Ску га, впервые составленная в 1962 г. Эта среда содержит хорошо сбалансированный состав питательных веществ и отличается от других, как правило, соотношением аммонийного и нитратного азота (табл. 3.2). [c.82] Для приготовления твердых питательных сред используют агар-агар, который представляет собой полисахарид, получаемый из морских водорослей. [c.82] С целью рационального использования времени растворы солей мак-ро- и микроэлементов, а также витаминов и фитогормонов готовят более концентрированными, что позволяет многократно их использовать. Концентрированные (маточные) растворы хранят в холодильнике. [c.82] Условия культивирования. Для успешного культивирования изолированных клеток и тканей растений необходимо соблюдать определенные условия выращивания. Большинство каллусных тканей не нуждается в свете, так как не имеют хлоропластов и питаются гетеротрофно. Исключение составляют некоторые зеленые каллусные ткани, такие, как каллусная ткань мандрагоры. В некоторых случаях каллусные ткани, не способные к автотрофному питанию, все же выращивают на непрерывном освещении, что является необходимым условием дальнейшего успешного морфогенеза, как у люцерны. Большинство же каллусных тканей получают в темноте или при рассеянном свете. [c.82] Детерминированные к морфогенезу ткани переносят на свет и далее культивируют их при освещенности 1000—4000 лк. [c.82] Оптимальная температура для большинства культивируемых тканей 25— 26 С, для культуры тканей тропических растений она может достигать 29—30°С. В случае индукции морфогенеза температуру понижают до 18—20 С. [c.83]

Вернуться к основной статье

chem21.info

Клеток, тканей и органов растений

Современная биотехнология растений,

Как наука и отрасль производства

Биотехнология - дисциплина, изучающая возможности использования живых организмов, их систем или продуктов их жизнедеятельности для решения технологических задач, а также возможности создания живых организмов с необходимыми свойствами методом генной инженерии.

Современная биотехнология – это наука и отрасль производства, развивающаяся в трех основных направлениях:

- молекулярная биология и генетическая инженерия;

- микробиология и микробиологическая промышленность;

- культура клеток и тканей in vitro.

Применительно к растительным объектам биотехнология традиционно рассматривается в рамках следующих направлений:

1.Биотехнология производства культуры клеток, тканей и органов растений;

2. Биотехнология микроклонального размножения особей;

3. Генная инженерия;

4. Банк in vitro и криоконсервация; их значение для сохранения генофонда растений.

Биотехнология производства культуры

клеток, тканей и органов растений

Клеточные технологии, основанные на культивировании in vitro органов, тканей, клеток и изолированных протопластов высших растений, могут облегчить и ускорить традиционный процесс создания новых сортов и видов. Они предлагают принципиально новые пути, такие как сомаклональная изменчивость, мутагенез на клеточном уровне, клеточная селекция, соматическая гибридизация для создания генетического разнообразия и отбора форм с искомыми признаками. Кроме того, клеточные технологии эффективны в создании безвирусного материала вегетативно размножаемых растений.

Пионером клонального микроразмножения считается французский ученый Жан Морель, который в 50-х годах прошлого столетия получил первые растения – регенеранты орхидей. В это время техника культивирования апикальных меристем in vitro была уже хорошо разработана. Как правило, исследователи в качестве первичного экспланта использовали верхушечные меристемы травянистых растений: гвоздики, хризантемы, подсолнечника, гороха, кукурузы и т.д. В нашей стране работы по микроклональному размножению были начаты в 30-х годах в лаборатории культуры тканей и морфогенеза ИФР РАН. Под руководством Р.Г. Бутенко были изучены условия микроразмножения картофеля, сахарной свеклы, гвоздики, герберы и др. растений и предложены промышленные технологии. В дальнейшем исследования по микроклональному размножении охватили и

древесные растения.

Первые работы по культуре тканей древесных растений были опубликованы в середине 20-х годов ХХ-го столетия и связаны с именем Готре, который показал, что камбиальные ткани некоторых растений способны к каллусогенезу in vitro. Но первые растения - регенеранты осины, доведенные до почвенной культуры, были получены лишь в середине 60-х годов Матесом.

Культивирование тканей хвойных пород in vitro долгое время редко использовалось как объект исследования. Это было связано со специфическими трудностями культивирования тканей, изолированных из растения. Известно, что древесные, и особенно хвойные растения характеризуются медленным ростом, трудно укореняются, содержат большое количество вторичных соединений (фенолы, терпены и т.д.), которые в изолированных тканях активируются. Окисленные фенолы обычно ингибируют деление и рост клеток, что ведет к гибели первичного экспланта или уменьшению способности тканей древесных растений к регенерации адвентивных почек, которая с возрастом растения-донора исчезает практически полностью. В настоящее время, несмотря на перечисленные трудности, насчитывается более 200 видов древесных растений из 40 семейств, которые были размножены in vitro (каштан, дуб, береза, клен, сосна, ель, секвойя и др.).

Культуры клеток и тканей растений.

Documents войти Загрузить ×

Общественные науки

advertisement advertisement

Вопросы вступительного экзамена в Аспирантуру

Биология МОРФОФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ

Типы культур животных клеток

Культура клеток растений с основами биотехнологии

ТЕХНИКА КУЛЬТИВИРОВАНИЯ IN VITRO КЛЕТОК И ТКАНЕЙ

Изучение влияния различных условий на синтез бактериальной

ЕМЕЛЬЯНОВА И.С. ОБ ИСПОЛЬЗОВАНИИ КАЛЛУСНЫХ КУЛЬТУР РАСТЕНИЙ ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ СТРЕССОВЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ Аннотация:

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

КАЛЛУСНЫЕ И СУСПЕНЗИОННЫЕ КУЛЬТУРЫ

Введение Актуальность темы. Зерновые бобовые культуры занимают особое место среди

in vitro

Расслабление фасциальной и нервной тканей на области живота

КУЛЬТУРА КЛЕТОК , ТКАНЕЙ

Б1.В.ОД.1 Основы клеточной инженерии

Современные технологии культивирования клеток

studydoc.ru

Биотехнология растений. Культуры растительных клеток и тканей in vitro

Обратная связь

Если не удалось найти и скачать доклад-презентацию, Вы можете заказать её на нашем сайте. Мы постараемся найти нужный Вам материал и отправим по электронной почте. Не стесняйтесь обращаться к нам, если у вас возникли вопросы или пожелания:

Не стесняйтесь обращаться к нам, если у вас возникли вопросы или пожелания:

Email: [email protected]

Мы в социальных сетях

Социальные сети давно стали неотъемлемой частью нашей жизни. Мы узнаем из них новости, общаемся с друзьями, участвуем в интерактивных клубах по интересам

ВКонтакте >

Что такое Myslide.ru?

Myslide.ru - это сайт презентаций, докладов, проектов в формате PowerPoint. Мы помогаем учителям, школьникам, студентам, преподавателям хранить и обмениваться своими учебными материалами с другими пользователями.

Для правообладателей >

myslide.ru

Использование методов культуры клеток и тканей растений in vitro для преодоления межвидовых

Documents войти Загрузить ×

No category

advertisement advertisement

Лаборатория клеточной инжене́рии Заведующий лабораторией

Клеточные технологии в селекции растений

Лекция 8 (Клеточная инженерия. Растения)

"УТВЕРЖДАЮ" зав. кафедрой естественнонаучных дисциплин

КУЛЬТУРЫ ОДИНОЧНЫХ КЛЕТОК И ПРОТОПЛАСТОВ

Проверочная работа по теме "Генетика", 9 класс

ГЕНЕТИКА БЕЗАНТОЦИАТОЦИАНОВОЙ РЖИ Лыхолай А.Н

наследование хозяйственно-ценных признаков у гибридов

Компания EURALIS SRMENCES

Fossomatic Minor — Экспресс-анализатор соматических клеток в

Граф-логическая структура к занятию № 7

studydoc.ru

Биология для студентов - 35. Применение технологий in vitro в практических целях

Растительные клетки и культура растительных тканей позволяют регенерировать целое растение из протопластов и клеток. Особенностью клеточных культур растений является их способность к тотипотенции, т.е. в определенной среде и определенных условиях можно регенерировать целое растение из одной клетки. Эта техника обеспечивает за сравнительно короткий срок получение в контролируемых условиях многочисленных популяций клеток и дает возможность идентифицировать линии растений с повышенной биологической продуктивностью. Клеточная инженерия растений базируется на использовании культуры:

изолированных клеток,
тканей,
протопластов.

Существует несколько направлений использования этих технологий в растениеводстве.

Первое связано со способностью изолированных растительных клеток продуцировать в культуре ценные биологически активные соединения, в том числе женьшеня или идиолитов, эфирных масел, алкалоидов, глюкозидов и др.
Второе направление - это использование культуры изолированных тканей для клонального размножения растений и оздоровления посадочного материала.
Третье направление - это применение изолированных клеток в селекции растений.

Культивируемые на искусственных средах растительные клетки характеризуются большой неоднородностью; при этом возможен отбор клеток, устойчивых к тем или иным неблагоприятным факторам - засухе, низкой температуре, фитопатогенам и пр.

Технологии, применяющие культуры in vitro, могут быть использованы для создания растений с новыми полезными признаками:

во-первых, для облегчения и ускорения селекционного процесса,
во-вторых, для создания генетического разнообразия исходных форм для селекции.

Технологии, облегчающие селекционный процесс. Методы культивирования in vitro в сочетании с традиционными приемами отдаленной гибридизации значительно повышают эффективность получения новых форм растений, представляющих интерес в качестве моделей для генетических исследований и как исходный материал для селекции. Трудности создания отдаленных гибридов обусловлены барьерами несовместимости, которые выражены между растениями разных таксономических групп с момента чужеродного опыления, а затем проявляются на протяжении всего онтогенеза гибридных растений. Обнаружено, что гены несовместимости активно функционируют в период опыления, прорастания пыльцевых трубок, оплодотворения и развития семян. При создании отдаленных гибридов применяются многочисленные приемы, позволяющие преодолеть несовместимость на разных этапах онтогенеза.

vseobiology.ru

КУЛЬТУРА КЛЕТОК И ТКАНЕЙ РАСТЕНИЙ

В самом общем смысле культура клеток и тканей (далее — культура тканей) - это искусственное in vitro индуцирование делений клеток или выращивание в пересадочной культуре тканей, возникших путём пролиферации клеток изолированных сегментов разных частей растения.

Основоположниками культуры растительных тканей как новой области биологической науки считаются Ф. Уайт и Р. Готре (начало XX в.). В конце 30-х гг. XX в. был разработан метод выращивания растительных клеток в суспензионной культуре и получения биомассы от единичных клеток, что позволило выделять однородный в генетическом и физиологическом отношении материал.

В странах бывшего СССР освоение метода культуры тканей начато с конца 50-х гг. XX в. и связано с именем Р.Г. Бутенко. В 1967 г. по инициативе И.В. Грушвицкого в Ленхимфарминституте (ныне Санкт-Петербургская государственная химико-фармацевтическая академия) была создана первая в стране лаборатория культуры тканей лекарственных растений. Позже подобные лаборатории были созданы во Всероссийском институте лекарственных и ароматических растений (ВИЛАР) (Москва) и Томском медицинском институте (ныне Сибирский государственный медицинский университет).

Первоначально разрабатываемый в чисто теоретическом плане метод культуры тканей, начиная с середины 60-х годов XX в., входит в арсенал особого направления научно-производственной деятельности, известного под названием биотехнология. Технологии, основанные на методе культуры тканей, уже помогают создавать новые формы и сорта сельскохозяйственных растений и получать промышленным путём продукты растительного происхождения.

Все объекты, культивируемые in vitro, выращиваются стерильными. Стерилизуются исходные кусочки ткани растений (экспланты), питательная среда; антисептически в специальных боксах стерильным инструментом проводятся манипуляции по выращиванию объектов. Сосуды, в которых культивируются ткани и клетки, закрываются так, чтобы предотвратить инфицирование в течение продолжительного времени.

В культуре тканей лекарственных растений можно выделить три главных направления: получение недифференцированной каллусной массы, создание исходного генетического разнообразия форм растений, а также клеточную селекцию и клональное микроразмножение растений.

В природе каллусообразование — естественная реакция на повреждение растений. В культуре изолированных тканей при помещении экспланта (т.е. фрагмента ткани или органа) на питательную среду его клетки дедифференцируются, переходят к делению, образуя однородную недифференцированную массу — каллус.

В асептических условиях каллус отделяют и помещают на поверхность агаризованной питательной среды для дальнейшего роста. В результате получают культуру каллусной ткани, которую можно поддерживать неограниченно долго, периодически разделяя её на трансплантаты и пересаживая на свежую питательную среду.

Каллусы легко образуются на эксплантах из различных органов и частей растений: отрезков стебля, листа, корня, проростков семян, фрагментов паренхимы, тканей клубня, органов цветка, плодов, зародышей и т.д. Культивирование каллусных клеток проводят главным образом двумя способами: на агаризованных питательных средах или различных гелеобразующих подложках (силикагель, биогели, полиакриламидные гели, пенополиуретан и др.) и в жидкой питательной среде. В жидкой питательной среде каллус легко распадается на отдельные агрегаты клеток и даёт начало так называемой суспензионной культуре.

В разработке нетрадиционных клеточных технологий важное место занимают питательные среды. Они должны обеспечить потребности культуры ткани продуцента в химических компонентах, необходимых для биосинтеза целевого продукта. В состав сред входят смеси минеральных солей (макро- и микроэлементов), фитогормоны (регуляторы процессов клеточного деления и дифференциации), источники углерода в виде сахарозы. Имеют значение температура, освещение, содержание газов и другие условия.

Одна из важных особенностей культуры тканей — сохранение в ряде случаев способности к синтезу продуктов вторичного метаболизма, свойственных интактным растениям данного вида, — алкалоидов, гликозидов, компонентов эфирных масел, стероидов и др.

В культивируемых каллусных клетках, особенно при длительном выращивании in vitro, возникают, сохраняются в клеточных поколениях, а часто и селектируются, т.е. отбираются и начинают преобладать, многочисленные геномные вариации. Эта изменчивость представляет собой основу для отбора клеточных линий и штаммов с высокой биосинтетической способностью (суперпродуцентов). Хотя использование сырья, получаемого при культуре тканей и клеток in vitro, выгодно пока только для тех продуктов, рыночная стоимость которых достаточно высока на международном рынке, тем не менее, биотехнологические программы уже созданы в СНГ и многих странах мира.

Переход от научных разработок к промышленному получению продуктов с использованием клеточных культур только начинается. Однако этим методом уже получают некоторые высокоценные вещества и продукты. В Японии из культивируемых тканей воробейника краснокорневого получают шиконин с широким спектром антисептического действия и убихинон-10 из клеток табака, в Германии — кислоту розмариновую из колеуса. В нашей стране биохимические заводы выпускают клеточную биомассу женьшеня, а также получены высокоаймалиновые штаммы раувольфии змеиной.

Каллусные клетки в культуре тканей in vitro подвержены значительной генетической изменчивости. Изменчивость геномов может приводить к генетическим изменениям у растений-регенерантов, полученных из культуры каллусных клеток, клеточных суспензий или изолированных протопластов. Такие растения получили название сомаклональных вариантов. Сомаклональные варианты, сохраняя основные свойства прототипа, часто выгодно отличаются от него устойчивостью к болезням, экологическим стрессам, а иногда несколько изменённой биосинтетической способностью и более высокой продуктивностью.

Для увеличения спектра изменчивости используют мутагенез (обработка мутагенными веществами), а также селективные условия культивирования клеток. Спонтанно возникшие или индуцированные мутанты в популяции отбираются на устойчивость к созданным жёстким условиям: высоким концентрациям солей, экстремальным температурам, гербицидам, токсинам и др. В результате проведения многих экспериментов удаётся отобрать действительно устойчивые линии и получить растения-регенеранты из стабильной клеточной линии.

В СНГ методом клеточной селекции получены клоны: сорта картофеля, устойчивые к высоким концентрациям хлорида натрия, низким температурам, раку картофеля, а также патогену и токсину, вызывающим кольцевую гниль клубней; рис, устойчивый к низким температурам и засолению, и др.

Клеточная селекция — одна из наиболее полезных клеточных технологий для создания сортов не только важнейших сельскохозяйственных, но и лекарственных растений. Работы А.Г. Воллосовича в 70-80-х гг. XX в. с культурой тканей раувольфии змеиной привели к созданию высокопродуктивных аймалинсодержащих штаммов.

В настоящее время интенсивно развиваются работы по созданию высокопродуктивных штаммов и растений-регенерантов методами гибридизации соматических (неполовых) клеток путём слияния протопластов и генной инженерии. Методы соматической гибридизации и генной инженерии пока не получили промышленного развития. Однако учёные считают, что за ними будущее, и генная инженерия станет естественным приёмом при создании нужных человеку форм полезных растений.

Велико значение культуры тканей высших растений для быстрого клонального микроразмножения растений. Клональным микроразмножением называют неполовое размножение растений in vitro, строго идентичных исходному. Этот процесс «миниатюрен» в сравнении с традиционной техникой вегетативного размножения черенками, отводками, усами, прививками, но идёт очень быстро и с высоким выходом посадочного материала. Например, от одной генициали можно получить 105-106 растений в год.

В зависимости от условий клетки в культуре in vitro могут делиться анархически, образуя неорганизованную массу, либо менять программу своего поведения и делиться организованно с образованием зачатков корней, стеблей, зародышей, из которых затем можно регенерировать растения.

Легче всего вызвать морфогенез (образование органов и тканей) и регенерацию растения в целом, используя зародыши, почки, а также стеблевые меристемы. Но для получения растений, даже из зародышей, изолированных на ранних стадиях развития, или апикальных меристем стебля очень маленьких размеров нужны дополнительные условия, например, очень богатые питательные среды. Обычно в каждом случае разрабатываются особые условия культивирования и соответствующие питательные среды.

Стеблевая меристема (особенно самая её верхушка), как правило, свободна от вирусной инфекции, микоплазм и возбудителей других инфекций. Поэтому клонирование клеток меристематических верхушек, а затем быстрое клональное размножение здоровых растений - основа технологии получения безвирусного посадочного материала картофеля, плодовых, ягодных, декоративных и лекарственных растений.

Велико значение технологии клонального микроразмножения в селекции растений. Можно быстро размножить уникальный генотип или новый сорт, что ускоряет его практическое использование. В настоящее время найдены условия размножения более 500 экономически важных или исчезающих видов дикорастущих растений. Многие из них размножаются уже в производственных условиях. Что касается лекарственных растений, технологии клонального микроразмножения разработаны в отделе биологии клетки и биотехнологии Института физиологии растений РАН для мандрагоры туркменской, кирказона маньчжурского, женьшеня, в Санкт-Петербургской химико-фармацевтической академии — для ряда видов раувольфии, в ВИЛАРе — для стефании гладкой.

Дата добавления: 2015-10-02; просмотров: 57 | Нарушение авторских прав

mybiblioteka.su

Сведения об образовательной организации

Полезные ссылки

Безопасность

Противодействие коррупции

Доступная среда

Карта сайта

НСОКО