Российские биологи выращивают лекарственные растения в пробирках. Выращивание растений в пробирке
выращивание растений
Старший научный сотрудник Института физиологии растений имени К. А. Тимирязева Раиса Георгиевна Бутенко подносит к окну обычную лабораторную пробирку, закрытую ватной пробкой и обернутую сверху целлофаном. В ней — растение с удлиненными листьями, расширяющимися у стебля. Растение еще молодое, цветов нет, но листья его уже так разрослись, что пробирка для них явно тесна. Сильные, хорошо развитые корни опущены во что-то, напоминающее застывший «клейстер» из картофельной муки.
— Узнаете? — спрашивает Бутенко. — Это обыкновенный табак. Мы вырастили его из кусочка ткани весом в 30 — 40 миллиграммов, посаженного на питательный раствор. Из маленького комочка, который трудно даже удержать пальцами,— такое сильное красивое растение. Раиса Георгиевна показывает новые и новые пробирки. В каждой из них свой собственный зеленый житель. Я вижу стебель с нежными кремовыми цветами, имеющими форму колокольчика. Другое растение венчает ярко-желтый цветок с многочисленными лепестками, как у полевой ромашки. Придирчиво осматриваю растения, выращенные человеком «искусственно»: обыкновенные цветы, такие же, как и их собратья на обычных грядках под естественным солнцем.
И это только начало ожидающих меня чудес. Вот пробирка, где на питательной среде зеленеет… один единственный листок. Рядом, в колбах с жидким питательным раствором, вытянулись, разветвились корни. Какому растению они принадлежат? Непосвященному человеку в этом невозможно разобраться: ведь корни здесь тоже существуют самостоятельно, без растения. А в колбах по соседству — что-то совсем уж неживое, похожее на темно-желтый кристаллический минерал.
— Это разросшиеся на питательной среде клетки, — объясняет Бутенко,— наш основной рабочий материал.
Еще около 100 лет назад ботаник Фегтинг, живший в небольшом немецком городке, пытался заставить расти кусочки листа размером около сантиметра на питательном растворе, содержащем сахар и минеральные соединения. Его опыты окончились неудачей. Но надо сказать, что и более совершенные опыты многих его последователей не имели успеха. Культивирование растительных тканей оказалось делом довольно сложным. И даже когда в лабораториях физиологов клетки, изъятые из организмов животных, уже прекрасно росли, клетки растений все еще никак не хотели подчиниться человеку.
Основная причина в том, что для животных тканей оказалось не трудно найти «питание». Это — кровь и лимфа. Для растительных же такой «естественной» питательной среды не нашлось. Пришлось создавать ее искусственно. Теперь известно, что для нормального роста растительной ткани нужны по крайней мере одиннадцать элементов, не считая кислорода, водорода и углерода, а также множество сложных органических веществ, в том числе сахара. Кроме того, если животные ткани все способны к росту, то ученым пришлось немало потрудиться, чтобы найти «растущие» клетки у растений.
Первыми удались опыты с выращиванием в жидкой питательной среде кончиков корней длиной 5 — 7 миллиметров. Хорошо растут в лабораториях клетки так называемого каллюса. Каллюс — это «наплывы», которые образуются на «ранах» растения — трещинах, надрезах, срезанных концах черенков, иногда на пнях спиленных деревьев. И, разумеется, быстро идут в рост почки.
…Сегодня я с особым нетерпением открываю тяжелые двери института. Мне разрешено присутствовать при закладке опыта.
С утра все готово к эксперименту. Долго моем руки горячей водой со щеткой и мылом. Одеваем белые стерильные халаты и становимся похожими на докторов. В комнате для экспериментов — как в настоящей операционной — яркое освещение, стены выложены белым кафелем. Здесь нет окон, чтобы не могла проникнуть инфекция с улицы; нет отопления, чтобы не возникали токи воздуха и случайно уцелевшие после облучения комнаты большой кварцевой лампой микробы не переносились ими с места на место. На длинном столе — ряды пробирок с питательной средой, колбы с каллюсом винограда. Начинается кропотливая операция. Ткань из колбы пинцетом переносят в плоскую стеклянную чашку с крышкой. Здесь ее (под чуть приподнятой крышкой) нарезают на кусочки по 30 — 40 миллиграммов и быстро пересаживают в заранее приготовленные пробирки. Так же поступают с тканью из других колб.
Стерильные инструменты и посуда все время меняются, колбы, пробирки, банки остаются открытыми только одно мгновение. В этом — основная сложность работы. Нужно все делать очень быстро — не то клетки, несмотря на принятые меры, все же окажутся пораженными микроорганизмами и опыт не удастся.
Ткань из той пробирки, где она лучше привилась и быстрее разрастается, пересадят на новую среду. От пересадки к пересадке она все больше «акклиматизируется» — привыкает, становится менее капризной. Если раньше она требовала всех тех условий, какие имела в организме (а жила она не самостоятельно, ее обслуживали корни, листья, другие ткани), то с течением времени она привыкает обходиться без посторонней помощи. Ткань начинает сама себя кормить: создавать все необходимые сложные органические вещества из неорганических соединений без помощи организма. Питательную среду, приготовленную из органических веществ, близких к тем, которые ткани имели «на воле» — витаминов, вытяжек из неспелых семян кукурузы, ячменя и т. п.— заменяют другой, более простой по составу — неорганической.
Наконец наступает момент, когда ткань, взятая из растения, окончательно привыкает к жизни в условиях, искусственно созданных человеком. И тут вдруг оказывается, что клетки, только что отлученные от растения, и те же клетки после нескольких месяцев жизни в лабораторных пробирках — во многом отличаются друг от друга. Вполне привыкшие к «неволе», «ручные» ткани обладают способностью очень быстро расти. Из комочка каллюса весом в 30 миллиграммов в течение двух месяцев можно получить до 300 граммов растительной массы. Прирост невиданный, нигде в природе не наблюдающийся: за два месяца клетки увеличивают свой вес почти в 10 000 раз!
В лаборатории ткани приобретают и еще одно чудесное свойство: исключительное долголетие. Среди ученых разных стран пользуется широкой известностью ткань из корня моркови, живущая на питательной среде более 20 лет и продолжающая себя превосходно чувствовать и поныне. А срок жизни самого растения — всего два года. Кто знает, может быть, впоследствии выяснится, что «ручные» ткани вообще бессмертны.
Но выращиваемые в лаборатории клетки, размножаясь, обычно дают только свое подобие. Бесчисленное количество одинаковых клеток образует бесформенную массу, которую я и приняла за минерал в первый свой приезд в институт. В 1956 году американский ученый Скуг обнаружил вещество, названное впоследствии нинетином, которое заставляет клетки давать начало росту стеблевых почек. Из стеблевой почки вырастает стебель, стебель дает боковые побеги, листья. Так кусочек ткани и превращается в лабораторной пробирке в настоящее растение — сложный, стройный организм.
Используя чрезвычайно быстрый рост «ручных» тканей, можно получить в лабораториях очень нужные для нас вещества. Конечно, было бы нелепо выращивать в искусственных условиях ткани самых обычных сельскохозяйственных продуктов, моркови, например. Но выращиваются же в лабораториях плесневые грибы, из которых получают антибиотики! Точно так же предлагается культивировать на питательных средах ткани растения раувольфии, из которого получают резерпин — препарат, снижающий кровяное давление. Раувольфия — растение тропическое, в нашем климате оно не растет.
Так же заманчиво выращивать искусственные ткани женьшеня — корня жизни, как его называют, который очень медленно растет в естественных условиях, и другие редкие лекарственные растения.
Важные функции выполняют в растительном организме корни. Это своеобразная «кухня» растения. Здесь «сырые» неорганические вещества перерабатываются в «полу фабрикаты» и передаются наверх — остальным органам растения. В институте физиологии пересадили и заставили расти в искусственной среде свыше 11 видов корней. Здесь работают и над выяснением взаимодействия корней разных растений. Знать, как реагируют друг на друга корни разных растений, очень важно для сельского хозяйства. Например, известно, что корни злаковых и корни бобовых культур, существуя рядом, оказывают благотворное влияние друг на друга. Но есть и противоположные примеры.
Из культивируемых корней, как и тканей, можно получать ценные вещества. Так никотин образуется только в корнях табака, а сосудорасширяющее средство атропин — в корнях растения белладонны. Эти вещества можно было бы получать из выращиваемых в лаборатории корней.
Особое место занимают работы с растительными тканями, растущими по тем же законам и обладающими такими же свойствами, как и злокачественные опухоли животных и человека. Например, филоксера, вредитель виноградников, вызывает у винограда опухоли, подобные раковым. Если же ей не удается вызвать образования опухоли, то филоксера покидает растение, не приживается на нем. Понятно, что вывести сорт винограда, устойчивого к поражению филоксерой, не болеющего раком — очень заманчиво. Чем глубже разрабатывается метод культивирования тканей, тем все больше возможностей открывает он перед различными областями науки и практики…
Автор: Г. Додева.
P. S. О чем еще говорят британские ученые: о том, что благодаря научным изысканиям по выращиванию растений в пробирке можно получить много различных растений, в том числе жизнеустойчивых в городских условиях. Такие растения можно было бы посадить на крышах жилых домов, и кстати уже даже создан специальный проект «зеленая крыша» о котором больше можно узнать на сайте zinco.com.ua. А ведь, правда, насколько изменился в лучшую сторону вид наших городов, если бы на крышах домов действительно росли различные растения, деревья, цветы.
Выращивание клеток в пробирке.
Первыми клетками, которые удалось заставить жить в искусственных условиях, были клетки, взятые не у растения, а у животных. Выделенные из организма лягушки нервные клетки росли и развивались на искусственной питательной среде несколько недель (1907г.). В настоящее время у любого млекопитающего можно получить клоны клеток, которые безгранично могут жить, делиться, расти на питательных средствах в пробирках. Но пока никому еще не удалось из отдельной соматической клетки млекопитающего регенерировать целый организм, хотя в принципе это вполне возможно, поскольку каждая клетка хранит в себе всю наследственную информацию. К тому же известно, что английскому ученому Дж Гердону удалось вырастить нормальных лягушек из клеток эпителия кишечника.
В отличие от культуры клеток животных искусственное культивирования клеток и ткани растений началось значительно позже, т. к. ученые долгое время не могли подобрать необходимую питательную среду для их развития и размножения. В настоящее время в различных лабораториях мира растут изолированные ткани многочисленных представителей растительного царства. Например, всем известны целебные качества "корня жизни" – женьшеня, но выращивать его очень трудно. Что бы получить 50 гр. Корня женьшеня, в естественных условиях требуется 50 лет, на специально созданных плантация – 6 лет, а вот в пробирочной культуре тот же "привес" массы получен за 6-7 недель! Использование пробирочной культуры женьшеня и других ценных лекарственных видов растений в фармакологии несомненно дает огромные выгоды человеку.
Клетка растений в отличие от клетки животного имеет очень плотную целолозно-пектиновую оболочку, которая затрудняет контакты клетки с окружающей средой. Если же удалить эту внешнюю оболочку, то содержимое клетки удерживается лишь внешне клеточной мембраны. Такие клетки называются протопластами. Изолированные (клетки) протопласты приобретают способность сливаться друг с другом, в результате чего может возникнуть гибридный протопласт, содержащий генетический материал от двух клеток. Таким образом из протопласт можно регенерировать уже целое растение, которое будет содержать чужеродный генетический материал и, следовательно, будет обладать новыми свойствами.
В генетической инженерии широко применяется гибридизация клеток в пробирке. Исключительно важной особенностью сливаемы соматических клеток животных и растений является то, что слияние одинокого легко происходит независимо от степени родства этих клеток. Известно, например, гибриды клеток : мышь х человек, цыпленок х человек, комар х человек, корова х норка и др.
В последние годы появилась возможность, не прибегая к методу гибридизации (скрещивания), пересаживать отдельные хромосомы от одного вида к другому с целью предания этому виду необходимых недостающих свойств. Однако целые чужие хромосомы в клетках данного организма не обнаруживаются. По-видимому, большая часть хромосом, проникших в клетку, разрушается и только отдельные гены чужеродного организма встраиваются в хромосомы данного организма и нормально функционируют.
studfiles.net
Выращивание растения из клеток в пробирке
Удивительный мир растений
Выращивание растения из клеток в пробирке
Ранее биология развивалась только за счет совершенствования методов непосредственного наблюдения организмов. Сегодня благодаря новейшему электронному микроскопу. создающему увеличение в миллион и более раз, мы видим молекулы, а используя рентгеноструктурный анализ, можем изучить их структуры. Однако следует помнить, что при всей важности полученных к настоящему времени знаний по молекулярной биологии главным в исследованиях должен оставаться живой организм и его клетки.
Эксперименты в биологии становятся все сложнее. Но для познания тайн растений иногда можно обойтись без дорогостоящих установок и препаратов. Бывает достаточно простого опыта и… таланта.
Вспомним Грегора Менделя. Великие законы наследственности были открыты чешским монахом не в лаборатории со сложнейшей аппаратурой, а на небольшом участке земли - в монастыре св. Томаса с помощью семян душистого гороха и лопаты. А опыты по гибридизации клеток? Слияние протопластов растительных клеток - клеток, лишенных оболочек - открыли новую главу в биологии клетки. Для этого немецкому ботанику Е. Кюстеру в 1909 году потребовались кожица лука, световой микроскоп, известный уже 300 лет, и искусство экспериментатора, чтобы механическим путем лишить клетку ее стенки…
Наши представления о растительной клетке расширились благодаря новому методу исследований, разработанному ботаниками несколько десятилетий назад. Это метод культуры изолированных тканей и клеток. Если срезать часть стебля табака или корнеплода моркови, простерилизовать его и поместить в пробирку с питательной средой на основе агара - продукта, получаемого из морских водорослей. то образуется каллусная ткань. Если кусочек этой бесформенной массы поместить в другую пробирку с питательной средой, то скоро начнут образовываться новые клетки - и так до бесконечности.
Культура ткани, следовательно, представляет собой группу однородных клеток, выращиваемых на специальной питательной среде в стерильных условиях. Чаще всего выращивают каллус - неорганизованную массу крупных клеток, не имеющих ни специфической формы, ни определенных функций.
Сегодня благодаря методу культуры тканей искусственным путем выращивают каллусы из клеток женьшеня, раувольфии змеиной и других редких лекарственных растений. А это значит, что сокращаются сборы ценных лекарственных растений в тайге, уменьшаются площади их посевов. Каллусы химически перерабатывают, извлекают биологически активные вещества и получают новые фармацевтические препараты.
Совсем недавно ученым удалось выделить из тканевой культуры одну клетку и вырастить затем целое растение. Для этого отдельные клетки культуры ткани моркови перенесли в пробирку с питательной средой. Когда вновь образованная масса клеток стала достаточно большой, их снова перенесли на новую питательную среду. Вскоре растущая масса ткани моркови смогла восстановить побеги, которые укоренились и, пересаженные в почву, дали целое растение. Тем самым было доказано, что все клетки имеют одинаковые потенциальные возможности, то есть им присуща тотипотентность.
Рис.1. Полное восстановление цветущей моркови из одной клетки.
Свойства организмов запрограммированы в молекулах ДНК. Все клетки данного растения имеют одинаковые молекулы ДНК. Следовательно, из каждой клетки может вырасти целое растение. Однако специализация клеток и образование органов растения определяются многими причинами. В зависимости от местоположения клетки, внутренних и внешних условий ее потенциальные возможности могут или проявиться, или нет. Так, подбирая определенную питательную среду, в каллусе, где происходит монотонное размножение и рост клеток, можно вызвать образование корней или побегов. Таким образом, в каждой специализированной клетке растения реализуется из всей генетической программы лишь ее небольшая часть, необходимая для поддержания жизнедеятельности и выполнения функций данной клетки.
Сейчас во многих странах идут эксперименты по скрещиванию растений разных видов путем слияния их клеток и последующего размножения. Сущность нового способа гибридизации заключается в том, что в качестве родительских клеток используются не половые клетки (гаметы), а соматические (клетки тела) клетки растений. С помощью специальной обработки ферментами растворяют клеточные оболочки и получают "голые" клетки - протопласты, которые сравнительно легко размножаются на жидких искусственных средах в чашках Петри или в пробирках. В дальнейшем из-за отсутствия жесткой оболочки такие клетки можно заставить соединиться друг с другом. И вот что удивительно - у слившихся протопластов восстанавливается клеточная оболочка. Из таких гибридных клеток выращивают новые растения.
За последние десятилетия на эту тему появились публикации всего о нескольких десятках экспериментов, среди которых сообщение о том, что советским исследователям удалось слиянием протопластов создать гибридные клетки между разными видами табака. а также картофеля и вырастить из них целые растения. К сожалению, в межвидовой гибридизации успехи достигнуты пока лишь в единичных опытах. Ученые из ФРГ соединили клетки культурного томата с клетками обыкновенного картофеля и получили гибридные клетки, назвав их томофель. Им же удалось добиться слияния протопластов различных видов дурмана, не способных к половой гибридизации, и вырастить из них растения, приносящие семена.
Слияние протопластов и создание гибридов отдаленных видов растений оказалось делом трудным. Но все-таки ученые слили клетки свеклы и лука, гороха и бобов, табака и петуньи, пшеницы. сои и сизого табака, дурмана и белены, сныти и моркови. Успехов в получении межвидовых гибридов добились и молодые сотрудники лаборатории цитологии и конструирования растительной клетки Института ботаники АН УССР под руководством доктора биологических наук Ю. Ю. Глебы. Здесь смогли из слившихся протопластов арабидопсиса и турнепса вызвать развитие гибридного растения, у которого листья и цветки имели признаки обоих родителей, но само новое растение оказалось стерильным, то есть не давало семян. Анализ хромосом и биохимические исследования показали, что в процессе неорганизованного роста и размножения у таких клеток происходят перестройка и исчезновение части хромосом.
В последнее время широко используют культуру тканей верхушек стебля для оздоровления посадочного материала. Распространенные сейчас сорта картофеля, томатов, малины, садовой земляники часто поражаются вирусными болезнями, что приводит не только к большим потерям урожая, но и вырождению этих хозяйственно-ценных растений. Фитопатологи - специалисты, изучающие болезни растений, - установили, что верхние части верхушек стебля и корня свободны от вирусов. Но как получить из кусочков этих здоровых тканей целые растения? И здесь помог метод культуры тканей. С хирургической точностью и стерильностью вырезали крохотный верхний кончик стебля - конус нарастания - размером всего 0,5 миллиметра и даже меньше (чем меньше кусочек ткани, тем больше гарантия, что он свободен от вирусов), затем быстро перенесли его в пробирку со специальной питательной средой. Через месяц в пробирке из изолированной верхушки побега выросло мини-растение. Пересаженное в почву, оно образовало взрослое здоровое растение. Таким способом в нашей стране уже оздоравливают многие сорта картофеля, сои, земляники, малины и даже декоративные растения - гвоздику и орхидею.
Рекомендуем ознакомится: http://www.valleyflora.ru
worldunique.ru
Российские биологи выращивают лекарственные растения в пробирках
С помощью современных биотехнологий ученые из Института физиологии растений РАН научились выращивать культуры клеток лекарственных растений. Более того, биологи заставили эти клетки синтезировать нужные лекарственные вещества.
Клетки растений обладают уникальным свойством: они способны вполне благополучно «жить вне организма». Это свойство ученые обнаружили еще более 50 лет назад – тогда в лаборатории Готре во Франции биологи впервые получили длительно выращиваемую культуру клеток моркови. Культура эта, кстати, живет и сегодня.
Практически в то же самое время стали заниматься этой проблемой и российские ученые. О том, чего им удалось достичь, а также о причинах столь длительного интереса корреспонденту Infox.ru рассказал профессор, доктор биологических наук, заведующий отделом Биологии клетки и биотехнологии Института физиологии растений (ИФР) РАН Александр Носов.
Что можно вырастить из культуры?
«Мы разработали технологии, с помощью которых можно получать биомассу культур клеток практически любых лекарственных растений. В нашей лаборатории растут культуры разных видов женьшеня (женьшень настоящий, женьшень японский, женьшень американский), тисса (тисс ягодный, тисс средний), диоскореи дельтовидной, стефании голой, серпухи венценосной, живучки ползучей. Все это редкие или исчезающие виды лекарственных растений. Вот, например, тисс – уникальное растение, которое, во-первых, растет в очень немногих местах Земли, во-вторых, растет очень медленно. Но главное -- из тисса сейчас получают один из наиболее эффективных противоопухолевых препаратов. Другое лекарственное растение – женьшень, он уже практически не растет в диком виде. Но даже если растения часто встречаются в природе или их выращивают на плантациях, то обычно они содержат токсичные примеси -- гербициды, пестициды, радионуклеиды. В культуре клеток эти соединения гарантированно отсутствуют», -- рассказал корреспонденту Infox.ru Александр Носов.
Культура клеток – творение человека
Культура клеток растений – это уникальная экспериментально созданная популяция клеток. Клетки эти необычные – в природе ничего подобного не существует.
«Эти клетки отличаются от обычных клеток растений, -- говорит Александр Носов. -- Главное отличие в том, что они потеряли свою специализацию, то есть это не клетки какого-либо органа или ткани, они дедифференцированы. Но они быстро делятся, и их можно выращивать как микроорганизмы. В то же время от обычных микроорганизмов (например, бактерий) они также значительно отличаются. В частности, у них отсутствует половое размножение, и они являются все же полноправными растительными клетками. Если клетка находится в растении, тогда она подчиняется целому растению. В культуре же организменный контроль развития клетки отсутствует. Но что очень важно -- каждая такая клетка содержит генетическую информацию о целом растении. Это значит, что, в принципе, в этих клетках можно включить неработающие блоки генетической информации и в результате получить из клеток в культуре целое растение -- растение-регенерант. У животных получить из соматических клеток целый организм очень сложно, это возможно сделать только из стволовых клеток, и далеко не всегда».
Как получают культуры клеток
На первый взгляд все достаточно просто – нужно в стерильных условиях взять кусочек ткани или органа растения и поместить его на питательную среду. На самом же деле процесс очень тонкий, требующий постоянного внимания и «вмешательства» ученых.
В состав питательной среды обязательно должны входить фитогормоны – регуляторы роста. «Именно эти вещества заставляют клетки «забыть», что когда-то они были клетками листа или, например, корня. Под влиянием этих фитогормонов клетки теряют свою специализацию (дедифференцируются) и переходят в цикл деления -- начинают делиться. В результате постоянного деления образуется популяция клеток», -- рассказывает Александр Носов.
У культур клеток свои законы
Долгое время ученые считали, что в такой клеточной популяции все клетки одинаковы. Позднее выяснилось, что это совсем не так. Оказывается, в культуре при отсутствии организменного контроля клетки живут строго по своим законам – законам популяции. Там действует отбор клеток по максимальной скорости или стабильности деления. «Те клетки, которые делятся интенсивнее других, имеют больший шанс попасть в следующий цикл пересадки на новую питательную среду. В результате получается уникальная популяция клеток, причем неодинаковых -- они все достаточно различны и по морфологическим показателям (размеру, форме), и по физиологическим характеристиками и даже отличаются генетически. Но иначе популяция просто не могла бы существовать – если все клетки были бы одинаковыми, то даже при незначительных изменениях условий вероятность гибели такой популяции велика. А если клетки в популяции отличаются друг от друга, то практически всегда найдутся такие клетки, которые смогут выжить в изменившихся условиях. Так что гетерогенность (разнообразие клеток) -- основа адаптационных возможностей популяции», -- считают ученые.
Почему лекарственные растения – лекарственные
Получить культуры клеток именно лекарственных растений – особенно сложная задача. Лекарственные растения обладают полезными свойствами часто именно из-за того, что могут синтезировать так называемые вторичные метаболиты – низкомолекулярные биологически активные соединения. Наиболее известные из таких веществ – алкалоиды, изопреноиды, флавоноиды. «В природе часто растения синтезируют вторичные метаболиты в ответ на стресс, это может быть защита от насекомых или даже травоядных млекопитающих», -- говорит профессор Носов.
Как управлять жизнедеятельностью клеток
«Как мы уже знаем, клетки растений в культуре существенно отличаются от клеток в составе целого растениях. И совершенно не очевидно, что эти клетки будут синтезировать нужные человеку биологически активные вещества», -- подчеркнул Носов. Ученые смогли этого добиться, создав особые условия для культур: это и воздействие стрессовых факторов, и подбор определенного соотношения разных фитогормонов, и специальные режимы выращивания клеток. Так, в лабораториях ИФР РАН клетки тисса успешно стали продуцировать дитерпеноид паклитаксел, клетки женьшеня – гинзенозиды, культура иоскореи дельтовидной – фуростоноловые гликозиды, стефании голой – алкалоид стефаглабрин, а серпухи и живучки – экдистериоды.
Чтобы получать промышленные объемы таких культур, используют биореакторы. Биореакторы, по словам биологов, позволяют получать примерно 1 грамм сухой биомассы клеток с одного литра среды в сутки. Нетрудно подсчитать, что при использовании биореакторов объемом 1000 литров (один кубометр) за 14 суток выращивания (стандартный цикл выращивания культур клеток в жидкой среде) можно получить почти 15 килограммов сухой биомассы клеток. И не надо годами ждать, пока ту же биомассу произведет растение в естественных условиях.
www.infox.ru
Размножение растений в пробирках ин-витро (in-vitro), укоренение, адаптация, время, раствор
Размножение растений в культурах ин-витро (микроразмножение) означает способ размножения в искусственных, асептических условиях (в стекле). Представления микроразмножения является теория заложенная, когда каждая клетка растения покрытосеменных скрывает переданные через ядро и цитоплазму свойства, которые в определенных условиях делает возможным восстановление целого организма, отвечающему целому материнскому растению. Размножение ин-витро растений садовых, древесных, проходит примерно как растений зеленых, однако достижение свойств размножение является более сложным. В процессе розмнажения можно выделить четыре этапа.
Этап первый и второй. Оздоровление и размножение.
Материалом для размножения, используются растения свободные от болезней, зачастую с помощью термотерапии, после зимнего отдыха берут верхушечный побег растения. Стерилизацию поверхности проводят с помощью смеси из (50% алкоголя и 0,1% хлорки (хлорид ртути) ). Для размножения используют верхушечный побег 0,3-0,8 мм, для смеси чаще всего используют работы Мурашига и Кога, с добавлением цитокинина BAP (бензиламинопурина), стимулятора роста и образователя новых побегов. В первом этапе растения содержаться 3-4 недели, создаются несколько дополнительных побегов. Состав Мурашига и Кога таков: (в мг/л)
| Nh5NO3 -1650KNO3 -1900CaCl2 * 2h30 -440MgSO4 *7h30 -370Kh3PO4 -170 | Na2EDTA * 2h30 -37,2FeSO4 * 7h30 -27,8MnSO4 * 4h30 -22,3сахароза -20 000глицин -2,0 | гидролизат казеина — 1000мезо-инозитол -100кислота никотиновая -0,5перидоксина-HCl -0,5тиамин-HCl -0,1 |
Субтракция пробуждает рост и образование боковых побегов. Для получения хороших приростов размножения нужно использовать хорошие термично-освещенные условия. Интенсивность осветления должна быть около 1000 люксов (1000 люмий на квадратный метр), а температура воздуха от 21 до 25 градусов Цельсия саженцы одесса. Температура выше 30 гр приводит к быстому старению материала и уменьшению продуктивности.
Этап второй. Укоренение.
Для укоренения в пробирках используют молодое растения с хорошо образовавшимися листьями, длиной около 2 см. Для укоренения используют стимуляторы корнеобразования на основе ауксина.
Типы использования различных ауксинов (NAA, IAA или IBA) считается самым лучшим раствором с содержанием от 0,5 до 2 мг на литр раствора. Перебор укоренителя вызывает образование калиуса и затруднение образование корней. Хорошему укоренению растений способствует интенсивность света и уменьшение минеральных солей, добавление витаминов, B1, B2, B6, кислоты никотиновой и аскорбиновой.
Этап четвертый. Адаптация растений из пробирки в теплицу.
Этап этот является решающим при микроразмножении. Перенесение растений из стекла в теплицу означает изменение роста. Следует обеспечить им высокую влажность, требуемую температуру. Растения размножаемые в ин-витро следует защитить от паразитов, и скачков температуры. Грунт для посадки должен быть легким и свободным от болезней. Для субстрата лучше использовать торф верховой с необходимой кислотностью, освободить его от микроорганизмов можно с помощью термической обработки. Для дезинфекции лучше использовать фунгицид Топсин с добавлением Алиет. Рост растений можно ускорить с помощью опрыскивания препаратором цитокинина 0,5-2 мг на литр непосредственно по посадке, а второй этап можно повторить через две недели. Спустя 8 недель растения вырастают на высоту от 10 до 20 см, после этого их можно садить в питомник (однако не позже чем второй половины июля), или оставить их в теплице в горшках до второй половины весны.
Размножение растений в ин-витро, есть в практике несколько десятков лет. Большое значение в этом способе является быстрое размножение растений за короткое время, а также выращивание их без вирусов. С одной почки растения можно вырастить несколько тысяч растений.
plodopitomnik.com.ua
Женьшень в пробирке | Лекарственные растения
Чтобы получать больше лекарств из ценных редких растений или из тех, которые приходится ввозить из других стран, на помощь фармацевтам пришли физиологи растений. Группа по культуре изолированных тканей и органов растений была создана в 1957 г. в Институте физиологии растений им. К. А. Тимирязева АН СССР.
Выращивание тканей как метод имеет примерно полувековую историю. Его начали разрабатывать в лабораториях немецкие ботаники еще в конце прошлого столетия. Интересно было узнать, что станет с клеткой, если ей предоставить «самостоятельность», т. е. снять влияние, которое оказывает на нее весь организм растения. Ученые брали кусочки корня свеклы, одуванчика, стебли традесканции, тополя, помещали на влажные фильтры и пытались поддерживать их рост. Но они гибли. Лишь в начале 30-х гг. нашего столетия ученым удалось подобрать такие условия среды и такие питательные растворы, что клетки стали расти, множиться.
С этого времени метод культуры тканей растений стал развиваться очень быстро. Несмотря на то что в нашей стране эти работы были начаты позже, чем в зарубежных лабораториях, исследования шли так быстро, что уже через несколько лет достигли международного уровня.
Культура растительных клеток нужна многим отраслям промышленности — пищевой, парфюмерно-косметической, медицинской. Получение биологически активных веществ (алкалоидов, эфирных масел) — одно из главных направлений этих работ.
В камере в стерильных условиях проводят тончайшие эксперименты с растительными клетками и тканями. Микропипеткой отлавливают одну-единственную клетку и помещают в отдельную ячейку специальной чашки. В питательной среде, обогащенной гормонами, эта клетка будет делиться, даст начало комочку клеток, а потом и целому растению-регенеранту.
На специальных качающихся установках в пробирках и колбах выращивают нужные клетки растений. Постоянное встряхивание не дает возможности образоваться вокруг так называемых клеточных агрегатов зоне токсических веществ, которые образуются в процессе жизнедеятельности клеток. Жидкая среда все время перемешивается. Таким образом улучшается поступление к клеткам питательных веществ и кислорода.
В других случаях клетки выращивают в вертикально поставленных трубках. С помощью особого реле снизу подается пузырек воздуха. Он и разрушает токсические зоны, и доставляет клеткам кислород, и разбивает клеточные агрегаты, что дает возможность клеткам быстрее делиться.
Растут в трубках и колбах различные растительные ткани, вырабатываются эфирные масла, алкалоиды, смолы, стероиды и другие вещества. И совсем не имеет значения, получены они из цветков или корней целого растения или из искусственно выращенной ткани. Более того, иногда в культивируемых клетках нужных веществ содержится значительно больше, чем в клетках целых растений. К тому же в этом процессе полностью исключается сезонность в работе, ведь выращивание «растений в пробирке» не зависит от времени года, климата, состава почвы. Умные машины подбирают все необходимое, чтобы клеткам всегда было хорошо. Многие растения, для которых разрабатываются методы выращивания изолированных тканей и клеток, — либо жители далеких стран, откуда приходится завозить дорогостоящее сырье и готовые лекарства, либо редкие, исчезающие растения. Например, раувольфия змеиная растет в Гималаях, Индии, Бирме, Индонезии. В корнях этого вечнозеленого кустарника содержится более 30 алкалоидов. Такие из них, как резерпин, аймалин, назначают при лечении гипертонии, в качестве снотворного и как средство, успокаивающее центральную нервную систему. Поэтому успехи работ с культурой клеток раувольфии дали возможность получать у нас и резерпин, и аймалин. В культивируемых клетках аймалина содержится в два с лишним раза больше. Это очень важно.
Родина барвинка розового — Индонезия, остров Ява. Некоторые из 50 его алкалоидов обладают очень важными целебными свойствами. Как знать, может быть, именно они дадут возможность побороть тяжелые недуги, которые с трудом поддаются лечению! Алкалоиды барвинка розового тоже научились получать из культивируемых клеток.
Растения из рода диоскорея, два вида которых есть в нашей стране, содержат различные органические соединения. Однако для медицины основное значение имеют обнаруженные в них стероидные гликозиды. Препараты, содержащие сумму этих гликозидов, были введены в медицинскую практику для лечения и профилактики атеросклероза.
Интенсивные заготовки диоскореи кавказской перевели ее из категории довольно обычного растения Западного Кавказа в редкое. Другой вид — диоскорея японская в диком виде растет только на Дальнем Востоке. И диоскорею стали выращивать методом культуры ткани.
Знаменито травянистое растение дальневосточной тайги панакс женьшень, которое мы больше привыкли называть просто — женьшень.
На протяжении трех тысячелетий собирали его чудодейственные корни. Растет женьшень разреженно, его очень трудно отыскать в густой траве. Обычно до десятилетнего возраста у него бывает всего два листа, только на десятом году жизни появляется третий. У двадцатилетних растений на стебле бывает четыре листа. Именно с этого времени, по мнению китайских врачей, корень его начинает набирать целебную силу. Растения с шестью листьями встречают чрезвычайно редко. Им не дают так долго расти: находят сборщики и выкапывают.
На плантациях женьшень впервые стали выращивать в Корее. Было это давно. Сейчас в некоторых местах созданы небольшие женьшеневые плантации. Но промышленности не хватает сырья. Подключили культуру ткани этого растения. Масса (тканевые образования клеток) женьшеня растет в сотни раз быстрее, чем целое растение. Это и спасает растение от полного истребления в природе, заменяет его дорогостоящее искусственное разведение. Выращивание ценного корня ведут уже не только лабораторные установки, пущены первые опытно-промышленные линии, поставляющие сырье медикам и парфюмерам. С помощью культуры клеток можно сохранять исчезающие на Земле растения.
www.medical-enc.ru
Как из одной пробирки вырастить сто деревьев — AgroXXI
Российские ученые клонируют сибирский кедр, а белорусские — ясень, березу и ель
С каждом годом численность лесов на нашей планете сокращается. Назрела насущная необходимость найти способ восстановления зеленых легких планеты. О том, что придумали российские ученые для решения проблемы, рассказал портал Метеовести.
Российские ученые из Института леса им. Сукачева Сибирского отделения РАН (Красноярск) уже более 5 лет экспериментируют с клонированием сибирского кедра. Подобная биотехнология пока разработана только в нашей стране. К ученым в Красноярск за опытом приезжают эксперты из разных уголков планеты.
Недавно собственную уникальную технологию освоили коллеги из Беларуси и внедряют в лесных хозяйствах республики. Белорусские специалисты в лабораторных условиях клонируют деревья будущего, сообщает телеканал «БелРос». Они воссоздают ясень, березу и ель. В пробирках – только элитные сорта, все они точные копии тех, что растут в дикой природе. Из пробирки саженцы пересаживают в контейнер, где проходят адаптацию.
<p>
В день высаживается около 800 «микрочеренков». Под каждый сорт подбирается специальный состав: микро, макроэлементы, витамины, гормоны, и отслеживает рост каждого будущего клона. После этого растения пересаживают в открытый грунт. Специалисты отмечают, что деревья будут расти хорошо, поскольку не испытывают стресса при пересадке. Кроме того, деревья из «пробирки» ничем не отличаются от лесных братьев, но зато в 2 раза быстрее растут и обладают устойчивым иммунитетом к инфекциям и вредителям.
За год в центре выращивают почти миллион саженцев, но только в Минской области нужно высадить в 5 раз больше деревьев, так как за последние 2 года стихия уничтожила сотни тысяч гектаров леса.
Поэтому по всей стране строят новые тепличные комплексы, лесные биофермы, где выращивание посадочного материала происходит в закрытом цикле, с закрытой корневой системой, что позволяет делать лесовосстановление круглый год, не дожидаясь весны. Учёные говорят, что в ближайшие годы есть надежда восполнить недостаток лесов на 50% и сохранить для потомков генетический материал элитных деревьев.
По словам специалистов, клонирование деревьев – это технология будущего. Только из одного грамма исходного материала получается до 11 000 зародышей. Пока более эффективного способа размножения здоровых деревьев и восстановления генофонда у науки не существует. (Источник: www.meteovesti.ru).
www.agroxxi.ru
