Клеточная инженерия растений

Краткая история предмета

Объектом клеточной инженерии является изолированная клетка или ткань эукариотического организма. Инженерия клетки основана на свойстве тотипотентности растительных клеток.

Данный объект инженерной деятельности позволяет решать глобальные задачи — селекция, получение биологически ценных метаболитов (например, дешевых лекарств), выращивание безвирусных растений, клональное размножение и др.

Изолированные кусочки растительных тканей были выращены еще в конце XIX в. (немецкие ученые X. Фехтинг,

С. Рехингер, Дж. Хаберлендт). Были высказаны ценные идеи о том, что клетке присуща полярность (как и организму). Было также установлено, что минимальный размер сегмента из тела растения, взятого для эксперимента, равен 1,5—2 мм. Сформулировано свойство тотипотентности клетки — способности давать начало целому организму растения.

Уже в 1922 г. В. Роббинсон и В. Коттс (США) доказали возможность культивирования изолированных корней растений.

Массовые исследования в этой области начались с 1932г. (Р. Готре и Ф. Уайт — Франция, США). Они разработали методы культивирования разных объектов тканей древесных растений и растительных опухолей. К 1959 г. в стерильной среде выращено 142 вида высших растений. Вскоре были открыты гормоны роста (Скут Ф, Миллер С.), предложены методы выращивания больших масс клеточных суспензий, получения изолированных протопластов, гибридов, введения в протопласты вирусных РНК, клеточных органелл, клеток прокариот. Разработан метод клонального микроразмножения (Дж. Морел, Р. Г. Бутенко), метод культивирования с тканью-нянькой.

В настоящее время в данной области достигнуты серьезные успехи.

Методы и условия культивирования изолированных тканей и клеток растений

Выращивание изолированных клеток и тканей на искусственных питательных средах в стерильных условиях называется методом культуры изолированных тканей.

Методы и условия культивирования разработаны в наибольшей степени для практически важных семенных растений. Установлены общие требования к выращиванию объектов в культуре in vitro и влияние различных факторов на эффективность процесса культивирования.

Асептика. Выращивание фрагментов ткани и отдельных клеток требует полной асептики. Микроорганизмы, попавшие в питательную среду, выделяют токсины и приводят к гибели культуры. Правилами асептики предусмотрены стерилизация воздуха, всего помещения, одежды, инструментов, а также стерилизация поверхности растительных тканей. Для стерилизации применяют сулему, перекись водорода, диацид, антибиотики. Убирают наружный слой клеток.

Питательные среды. Для культивирования изолированных клеток и тканей применяются многокомпонентные среды. Состав этих сред разнообразен, он включает все необходимые для растений компоненты — макро- и микроэлементы, углеводы, витамины и фитогормоны. Из углеводов применяются глюкоза или сахароза, они обязательны, так как ткани лишенные хлорофилла не способны их синтезировать.

Обязательными компонентами являются также гормоны роста ауксины, вызывающие дедифференцировку клеток, и цитокинины, индуцирующие деление клеток.

Быстрому росту способствует высокое содержание нитратов, ионов аммония, калия и фосфатов. Изначально низкое содержание фосфатов индуцирует синтез вторичных метаболитов.

Изучены эффекты, вызываемые изменением концентрации азота и фосфора, введением компонентов эндоспермы зародышей, различных экстрактов.

Для питательных сред используют очищенный агар-агар — полисахарид из морских водорослей.

К настоящему времени разработан ряд культуральных сред. Многие из них — специфические, пригодные для культивирования отдельных растений; есть и универсальная.

Влияние физических факторов (свет, температура, аэрация, влажность). Освещение в большинстве случаев не требуется. В некоторых случаях оно обеспечивает процессы вторичного синтеза, например, в культурах чайного дерева. Используются люминесцентные лампы для создания освещенности примерно 1000 люкс.

Для разных культур и метаболитов освещенность может иметь различное значение — как позитивное, так и негативное. Имеет особенности влияние качества света (длины волны).

Температура. Для большинства культур оптимальная температура 26°С. Описан случай с оптимальными значениями 32; 18—20 и 25°С. При изменении температуры резко изменяется содержание отдельных метаболитов.

Аэрация имеет очень большое значение. Особенно важно снабжать кислородом клетки в больших объемах ферментеров. При этом подавать воздух нужно снизу.

В емкостях небольших по объему (колбы) требуется постоянное перемешивание.

Влажность в помещении, где выращиваются культуры, должна иметь значения от 60 до 70 %.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >