Культура тканей в селекции это

Культура клеток тканей и органов растений в биологии: что это за метод

Для правильного решения задания по определению метода культуры тканей необходимо знать, что это такое, в каких отраслях биологии используется. Полное название метода — «Культура клеток, тканей и органов» растений и животных. В основе лежит выращивание клеток, кусочков тканей и даже зачатков органов вне организма. Латинское название этого процесса — in vitro.

Культура тканей — метод биотехнологии

Метод культуры тканей в биологии — длительное сохранение и/или искусственное выращивание клеток и тканей в лабораторных условиях с использованием специальных питательных сред. Культура тканей — это одно из двух направлений культивирования (выращивания и улучшения). Первое — культура клеток. Кусочек ткани извлекают из организма, обрабатывают для разрушения межклеточного вещества. Получится суспензия из отдельных клеток, которую помещают в питательную среду в пробирку.

Метод культуры тканей — это второе направление культивирования. При использовании метода не разрушается межклеточное вещество, сохраняются структура ткани и биохимические процессы. Для культуры тканей растений характерны некоторые отличия от животных. Из одной растительной клетки в определенной питательной среде может развиться росток, а затем полноценное молодое растение.

Использование метода

Метод культуры тканей — это в биологии передовое направление, получившее название «Биотехнология». Производятся необходимые человеку продукты и материалы с использованием живых организмов, развивается культивирование изолированных клеток и тканей в условиях in vitro.

Клеточная инженерия растений — направление не только биотехнологии, но и селекции. Культура тканей растений — это метод, широко применяемый в клеточной инженерии для того чтобы получать и размножать ценные растения. Культивирование растительных клеток, тканей и органов in vitro на питательных средах дает возможность ускорить селекционный процесс и вегетативное размножение.

Значение культуры клеток и тканей — создание высококачественного посадочного материала и размножение генетически однородных растений, получение генетически модифицированных объектов (ГМО, трансгенных организмов). Культивирование клеток животных используется для изучения влияния препаратов на клетки, создания антител к вирусам.

В исторически первых опытах по культивированию тканей в качестве питательного субстрата использовались лимфа, плазма крови, вытяжки из тканей зародышей. Затем были разработаны среды, содержащие аминокислоты, витамины, глюкозу, соли, антибиотики. Питательная среда поддерживает жизнедеятельность культивируемых клеток и тканей точно так же, как это происходит в организме.

Рисунок поможет быстро повторить этапы развития метода культуры клеток и его результаты. Рекомендуем обратить внимание на роль открытия клетки и создания клеточной теории для развития метода культуры тканей. Важнейшие этапы — открытие и получение стволовых клеток, производство вакцин в культуре клеток.

Селекция методом культуры клеточных тканей и клеток

Введение культуры клеточных тканей и клеток (метод in vitro) может способствовать созданию лучших сортов, более быстрому использованию ценного материала и уникальных форм. В стериль­ную культуру тканей и клеток в принципе возможен перевод всех частей растений, однако для исследований в области селекции имеет значение культура только таких органов, в которых можно индуци­ровать органогенез. К ним можно отнести верхушки побегов (апи­кальная меристема и дифференцированные ткани побега); цветко­вые почки, завязи, семяпочки; пыльники, пыльца; зародыш; клет­ки; ткань каллуса.

Применение метода охватывает следующие этапы работы: вы­бор подходящего для решения поставленной задачи сорта (геноти­па) и нужной части растения для закладки культуры; закладка сте­рильной культуры; создание условий (питательная смесь, темпера­тура, освещение и др.) для стимуляции желательного процесса раз­вития; регенерация жизнеспособных растений; перевод отобранных для селекции растений в грунтовую культуру для включенияих в дальнейший селекционный процесс.

Задачи, решаемые этим методом в селекции, можно сгруппиро­вать в три взаимно связанные группы: 1) расширение генетической базы селекции растений путем получения нового исходного мате­риала; 2) сохранение и размножение ценных элитных растений и линий; 3) получение и сохранение безвирусного материала расте­ний. Ниже перечислены некоторые конкретные методы, которые можно использовать для решения этих задач.

Читайте также: Чем очистить ткань от смолы ели

Расширение генетической базы для селекции растений. Обычные методы селекции, основанные на внутривидовой гибридизации и отборе, как правило, ведут к обеднению генетической изменчивости и сужению генетической базы, что влечет за собой потерю ус­тойчивости создаваемых генотипов и их популяций. Эффективность селекции в будущем можно обеспечить только путем постоянного расширения ее генетической базы, что можно осуществить метода­ми культуры тканей и клеток. Для этого используют методы сома­тической межвидовой гибридизации, оплодотворения и эмбрио-культуры, культуры пыльников, пыльцы и отдельных клеток in vitro и сомаклональной селекции.

Сохранение и размножение in vitro ценных элитных растений и линий применяется с целью получения генетически идентичных клонов. При этом обеспечивается:

• сохранение и размножение отдельных генотипов как исход­ных форм для решения специфических селекционных задач;

• быстрое эффективное размножение новых ценных сортов;

• сохранение и эффективное размножение линий для произ­водства гибридных семян растений;

• экономичное размножение высокопродуктивных генотипов лесных пород, декоративных древесных растений и подвоев плодо­вых культур;

• размножение в стерильных условиях при получении безви­русного материала;

• сохранение сортимента вегетативно размножающихся куль­тур и важнейших перекрестноопыляющихся растений.

Для осуществления этих задач используются методы клонирования на основе меристем верхушек побегов в стерильных услови­ях, а также регенерации жизнеспособных растений из других орга­нов (стеблей, кусочков листа, органов цветка, луковиц и др.).

Получение и сохранение безвирусного материала. Эти методы по­лучили распространение в практике сельского хозяйства для осво­бождения от вирусов вегетативно размножаемых растений. Уста­новлено, что концентрация вирусов в растении снижается по мере приближения к конусу нарастания. Сам конус нарастания часто бывает свободным от вирусной инфекции. Это и было использова­но для оздоровления материала путем изолирования меристемы в стерильных условиях и доведения ее до дифференциации in vitro. Изоляция меристемы размером 0,05-0,1 мм очень сложна. И успех дифференциации растений из нее невелик. Поэтому вместе с ней изолируют первые листовые примордии и тогда говорят о верхушке побега, которая имеет размер 0,1-1 мм. Благодаря этому хотя и ог­раничивается надежность получения безвирусного материала, но зато повышается степень его дифференциации. Кроме того метод становится удобным для практического использования. Культивирование производят на питательных средах Мурасиге и Скуга (см. табл. 10.1), Байса, Уайта и Хеллера.

Кратко рассмотренные в настоящем разделе методы широко рас­пространены в мире и продолжают совершенствоваться. Так,понекоторым данным (Г.П. Бутова, 1995 и др.), к началу 90-х годов в 15 странах Европейского сообщества работало более 250 лаборато­рий культуры in vitro, из которых примерно половина в коммерчес­ких целях. Из 550 возделываемых in vitro видов значительное коли­чество составляли древесные и кустарниковые. При этом розой за­нимались в 45 лабораториях, рододендроном — в 25, березой — в 19, дубом — в 18, тополем — в 12, сосной и елью — в 15.

В США насчитывается 270 промышленных лабораторий, в том числе и по древесным породам. В середине 80-х продукция расте­ний, размноженная методом культуры тканей, составила: 50 млн. штук в США, 53 млн. штук в Голландии, 10 млн. штук в ФРГ, около 28 млн. штук в Италии.

В бывшем СССР и в России получением селекционного матери­ала этими методами успешно занимались ряд научных лаборато­рий Москвы, Санкт-Петербурга, Воронежа, Уфы, Мичуринска и др. Однако в последние годы масштабы исследований сократились, хотя перспективность их остается несомненной.

В целом, культура тканей предоставляет новые возможности для повышения эффективности селекции растений. Кроме того, с ее помощью можно создавать новые ценныесорта.

Читайте также: Анатомия человека ткани нервная ткань

Методы селекции лесных древесных пород, описанные в настоя­щей главе, начали развиваться относительно недавно. Поэтому они и названы в отличие от отбора и гибридизации, нетрадиционными. Стартовые исследования для части из них были начаты в первой половине XX века, но основные успехи достигнуты во второй поло­вине этого века. В последние годы получила развитие идея сочетания традиционных и нетрадиционных методов для более успешного вы­ведения хозяйственно ценных форм.

Однако, несмотря на прогресс селекции, достигаемый этими ме­тодами, широкому их практическому использованию препятствует ряд проблем. Они заключаются в том, что эти методы довольно до­рогие, требуют специально оборудованных лабораторий, приборов и расходных материалов. Кроме того, как и для новых гибридов и от­дельно отобранных лучших деревьев, существуют трудности массо­вого размножения ценных форм трудно черенкующихся видов. С другой стороны, использование метода культурыклеток и клеточных тканей позволит преодолеть и этот барьер. Например, успешные опыты по клеточной репродукции дуба проведены во Франции. По­этому необходимы более активные усилия по разработке методов вегетативного и клонального микроразмножения трудно черенкую­щихся форм лесных древесных пород.

Одним из способов преодаления проблемы является также создание биклоновых семенных плантаций из диплоидных и тетраплоидных растений с целью получения хозяйственно ценных триплоидных форм. В будущем возможна разработка и других эффективных методов сохранания и размножения ценных генотипов лесных древесных пород, выведенных нетрадиционными методами селекции.

Вопросы для самопроверки

1. Охарактеризуйте виды мутаций, используемые в селекции.

2. Что такое полиплоидия и её возможности в селекции лесных древесных пород?

3. Дайте краткую характеристику метода культуры тканей и его использования в селекции лесных древесных пород.

4. Покажите возможности и направления экспериментального мутагенеза.

5. Опишите физические методы получения мутантов, ионизирующие и неиони­зирующие излучения.

6. Приведите результаты, полученные у лесных древесных пород при использо­вании физических методов мутагенеза.

7. Охарактеризуйте химические методы получения мутантов, приведите класси­фикацию мутагенов и результаты их применения у лесных древесных пород.

8. Опишите экспериментальную полиплоидию лесных древесных пород. Приве­дите характеристики митотического, мейотического и зиготического методов получения полиплоидов.

9. Что такое спонтанные и индуцированные полиплоиды лесных древесных по­род? Приведите примеры.

10. Охарактеризуйте селекцию методом культуры клеток и клеточных тканей in vitro:

11. Приведите некоторые результаты использования методов культуры тканей у лесных древесных пород.

12. Укажите основные проблемы практического использования нетрадиционных методов селекции и пути их преодоления.

Дата добавления: 2017-08-01 ; просмотров: 1964 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Метод культуры тканей: сущность и применение

Метод культуры тканей служит одним из главных инструментов современных биотехнологий, позволяя решать практические проблемы физиологии, биохимии и генетики растений. Искусственное выращивание материала проводится с соблюдением определенных условий: стерилизации, температурного режима и с выдержкой в специальной питательной среде.

Сущность

Метод культуры тканей представляет собой их длительное сохранение и/или искусственное выращивание в лабораторных условиях на питательной среде. Эта технология позволяет создать биологическую модель для изучения различных процессов в клетках, существующих вне организма растений, человека и животных.

В основе размножения культуры тканей растений лежит свойство тотипотентности – способности клеток развиваться до целого организма. У животных это реализуется только в оплодотворенных яйцеклетках (за исключением некоторых видов кишечнополостных).

История развития

Первые попытки культивирования растительных тканей предпринимались немецкими учеными на рубеже XIX-XX вв. Несмотря на то, что они оказались неудачными, был сформулирован ряд идей, которые подтвердились в дальнейшем.

В 1922 г. В. Роббинс и В.Котте, независимо друг от друга, смогли вырастить кончики корней кукурузы и томатов на искусственной питательной среде. Детальная проработка техники культуры клеток и тканей началась в 30-е гг. XX в. Р. Готре и Ф. Уайт доказали, что при периодической пересадке тканевых культур в свежую питательную среду они могут расти неограниченно долго.

Читайте также: Ткань для мебельных чехлов

К 1959 г. в лабораторных условиях выращивалось уже 142 вида растений. Во второй половине XX в. началось также использование диспергированных (разобщенных) клеток.

Типы исследуемого материала

Различают 2 основных вида культур тканей растений:

• Получаемые без разрушения и сохраняющие характерные особенности, присущие живому организму.
• Извлекаемые в результате расщепления (химического, ферментативного или механического) из первичной ткани. Могут формироваться из одной или нескольких клеточных культур.

По способу выращивания выделяют следующие методы:

• на «кормящем слое», при котором вещество, стимулирующее рост тканей, выделяют делящиеся клетки того же вида растений;
• с использованием ткани-«няньки», которая находится рядом с культивируемыми клетками;
• применение питательной среды от обособленной делящейся клеточной группы;
• выращивание отдельных единичных клеток в микрокапле, насыщенной по составу.

Культивирование из отдельных клеток сопряжено с определенными трудностями. Для того чтобы искусственно «заставить» их делиться, они должны получать сигнал от соседних, активно функционирующих клеток.

Одним из основных видов тканей для физиологических исследований служат каллусные, возникающие при неблагоприятных внешних факторах (обычно при механическом травмировании). Они обладают способностью к утрате специфических характеристик, присущих исходной ткани. В результате клетки каллуса начинают активно делиться и образуются части растения.

Необходимые условия

Успешность метода культуры тканей и клеток зависит от следующих факторов:

• Соблюдение стерильности. Для проведения пересадок применяются специальные боксы с подачей очищенного воздуха, оснащенные ультрафиолетовыми лампами. Асептической обработке должны подвергаться инструменты и материалы, одежда и руки персонала.
• Использование специально подобранных питательных сред, содержащих источники углерода и энергии (обычно сахароза и глюкоза), микро- и макроэлементы, регуляторы роста (ауксины, цитокинины), витамины (тиамин, рибофлавин, аскорбиновая и пантотеновая кислота и другие).
• Соблюдение температурного (18-30° С), светового режима и влажности (60-70 %). Большинство каллусных культур тканей выращивают при рассеянном свете, так как они не содержат хлоропластов, но для некоторых растений требуется подсветка.

В качестве питательных сред в настоящее время применяют готовые коммерческие составы (Мурасиге и Скуга, Гамборга и Эвелега, Уайта, Као и Михайлюка и другие).

Достоинства и недостатки

Преимуществами метода культуры клеток и тканей являются:

• хорошая воспроизводимость полученных результатов;
• регулирование межклеточных взаимодействий;
• небольшой расход реагентов;
• генетическая однородность клеточных линий;
• возможность механизации процесса выращивания;
• контроль над условиями содержания клеток;
• низкотемпературное хранение живых культур.

К недостатком данной биотехнологии относят:

• необходимость соблюдения строгих условий асептики;
• нестабильность свойств клеток и возможность их нежелательного смешения;
• дороговизна химических реагентов;
• неполная равноценность культивируемых тканей и клеток в живом организме.

Применение

Метод культуры тканей используется для проведения исследований:

• процессов внутри клеток (синтез ДНК, РНК и белков, обмен веществ и влияние на него с помощью лекарственных препаратов);
• межклеточных реакций (прохождение веществ через клеточные мембраны, работа комплекса гормон-рецептор, способность клеток слипаться друг с другом, формирование гистологических структур);
• взаимодействия с окружающей средой (поглощение питательных веществ, заражение инфекциями, процессы зарождения и развития опухолей и другие);
• результатов генетических манипуляций с клетками.

Перспективными направлениями биологии и фармакологии, при развитии которых используется данная технология, являются:

• получение эффективных гербицидов, регуляторов роста для агрономических культур, биологически активных соединений для применения в производстве лекарственных препаратов (алкалоиды, стероиды и другие);
• направленный мутагенез, выведение новых гибридов, преодоление постгамной несовместимости;
• клональное размножение, которое позволяет получить большое количество генетически идентичных растений;
• выведение вирусоустойчивых и безвирусных растений;
• криоконсервация генофонда;
• реконструкция тканей, создание источников стволовых клеток (тканевая инженерия).

• Свежие записи
  • Балкон в многоквартирном доме: является ли он общедомовым имуществом?
  • Штраф за остекление балкона в 2022: что это и как избежать наказания
  • Штраф за мусор с балкона: сколько заплатить за выбрасывание окурков
  • Оформление балконного окна: выбираем шторы из органзы
  • Как выбрать идеальные шторы для маленькой кухни с балконом
  • Правообладателям
  • Политика конфиденциальности

  Мастерица © 2023
  Информация, опубликованная на сайте, носит исключительно ознакомительный характер