Каллусная культура — это неорганизованно пролиферирующая ткань, возникающая из дедифференцированных клеток. «Каллус-мозоль» может образовываться на растении при поранении. Это естественный процесс, который можно наблюдать в природе. На месте ранения часть ткани утрачивает прежние связи с организмом, для их восстановления необходимо нарастание клеточной массы. То же происходит и на изолированных кусочках ткани (эксплантах) в культуре in vitro.
При помещении фрагмента ткани или органа растения на питательную среду соответствующего состава может происходить дедифференциация соматических клеток с образованием каллусной ткани (рис. 4.9, рис. 4.10).
Первый этап дедифференциации клетки связан с ее вхождением в клеточный цикл, что происходит под действием фитогормонов — ауксинов и цитокининов. Три фазы роста клеток: 1 — деление, 2 — растяжение, 3 — дифференцировка (утолщение вторичной клеточной оболочки и потеря способности к делению). Для того чтобы дифференцированные клетки вновь приобрели способность к делению, необходимо, чтобы произошла их дедифференцировка, т.е. клетки должны как бы возвратиться в меристематическое состояние.
Размножение дедифференцированных клеток приводит к анархическому, неорганизованному росту, в результате чего образуется каллусная ткань. Таким образом, превращение специализированной клетки в каллусную связано с индукцией клеточного деления, способность к которому она потеряла в процессе дифференцировки.
Если дедифференцировка специализированной клетки обуславливается индукцией деления под влиянием цитогормонов, то дедифференцировка делящейся меристематической клетки связана с остановкой делений, деспециализацией клетки и только после этого — с индукцией делений, приводящей к каллусообразованию.
Одни цитокинины в среде (сердцевинной паренхимы табака) блокируют клеточный цикл, клетки только старятся, как и без гормонов, но не растут; а у семядолей подсолнечника в таких же условиях каллус образуется.
Как правило, для индукции каллусной ткани необходимо присутствие двух гормонов: ауксинов (дедифференцировка и подготовка к делению) и цитокининов (пролиферация — деление).
Но, например, зрелые и незрелые зародыши пшеницы и ячменя дают каллусообразование только с ауксинами (2,4-Д).
Вероятно, это связано с наличием у последних достаточного количества эндогенных цитокининов, о чем свидетельствует их прорастание на среде МС без гормонов, т.е. идет увеличение массы стебля и корня — процесс, активируемый цитокининами. Есть достаточно экспериментальных данных о влиянии эндогенных фитогормонов, т.е. гормонального статуса донорного растения, на процесс индукции каллусов в культуре изолированных тканей растений.
Имеются данные, что не только ауксины и цитокинины вызывают деление клеток, приводящее к образованию каллуса, но и так называемые элиситоры (от англ. Elect — выбирать) — метаболические вещества, индуцирующие защитные системы растений. Элиситоры — это БАВ, дерепрессирующие гены и, как следствие, активирующие клеточные деления, сравнительно быструю дедифференцировку специализированных клеток, сопровождающуюся активацией белкового синтеза.
Отмечено, что при повреждении растительных тканей продукты деградации клеточных стенок действуют как гормоны, которые распространяются по растению, связываются со специфическими рецепторами на клеточных мембранах и инициируют каскад защитных механизмов — такие молекулы называются эндогенными элиситорами.
Эффект, вызываемый действием одних и тех же гормонов, может быть различным в зависимости от физиологической характеристики ткани-мишени.
Компетентность ее в рассмотренных примерах определяется степенью дифференцировки клеток.
Переход клетки in vitro из дифференцированного состояние к дедифференцировке и активным клеточным делениям обусловлен изменением активности генов (эпигенной изменчивостью). Активирование одних генов и репрессирование других приводит к изменению в белковом составе клеток. В каллусных клетках появляются специфические белки и одновременно исчезают или уменьшаются в количестве белки, характерные для фотосинтезирующих клеток листа. У двудольных растений процесс репрессии и депрессии генов, лежащий в основе дифференцировки, происходит легче, чем у однодольных.
Для того чтобы не произошло старения, утраты способности к делению и отмиранию каллусных клеток, первичный каллус через 4-6 недель переносят на свежую питательную среду (пассирование). При регулярном пассировании способность к делению может поддерживаться в течение десятков лет. Культура каллусной ткани моркови, полученная Готре более 50 лет назад, до сих пор растет в коллекции.
9. Культура каллусных тканей.
9.1. Понятие каллусной ткани.
Культура изолированных тканейобычно бывает представлена каллусными или реже – опухолевыми тканями.
Каллусная культура– это неорганизованная пролиферирующая ткань, состоящая из дедифференцированных клеток, которые в дальнейшем специализируются как каллусные, т.е. становятся особым образом дифференцированными.Каллус («мозоль»)может образовываться как на изолированных кусочках ткани (эксплантах)invitro, так и на растениях при поранении.
Оторванная от коллектива себе подобных клетка в пробирке сохраняет «память» — генетическую информацию, заложенную родителями. Но специализацию она утрачивает и образует при делении нечто аморфное, напоминающее по форме морскую губку – каллус– это ткань, которая возникает не только в пробирке, но и в естественных условиях при поранении растения. Помимо утраты узкой специализации клетка порой начинает вести себя, словно пациент сумасшедшего дома. Например, активные гены вдруг «застопориваются», а «спавшие» ни с того ни с сего начинают интенсивно работать. Клетка в «клетке», т.е. в пробирке, может резко изменить соотношение ферментных и структурных белков. В ней увеличивается число молекул РНК, синтезирующих в обилии те белки, к производству которых клетка ранее относилась с прохладцей, но стоит предоставить «узнице» определенные условия, как она вновь приобретает какую-то специализацию, причем не обязательно «старую»: взятая из корня или листа клетка образует целое растение. Регенерации полноценных растений из каллуса добиваются в принципе двумя путями: дифференциацией побегов и корней посредством изменения соотношения гормонов цитокинина и ауксина или образованием эмбриоидов. Этот соматический (асексуальный) эмбриогенез впервые был прослежен к 1959 г. у моркови; со временем его стали применять при производстве жизнеспособных растений у разных видов.
Читайте также: Как сшить кукле одежду своими руками из ткани без машинки
Каллусная ткань in vitroв основном бывает белого или желтоватого, реже светло-зеленого цвета. Очень редко она может иметь интенсивно зеленую окраску. Темно-коричневая окраска возникает чаще при старении каллусных клеток и связана с накоплением в них фенолов, которые затем окисляются в хиноны. Для избавления от них в питательные среды вносят антиоксиданты.
Каллусная ткань аморфнаи не имеет конкретной анатомической структуры, но в зависимости от происхождения и условий выращивания она может быть разной консистенции:
1) рыхлой, состоящей из сильно оводненных клеток, легко распадающейся на отдельные мелкие агрегаты;
2) среднейплотности, с хорошо выраженными меристематическими очагами;
3) плотной, в которой дифференцированы элементы камбия.
9.2. Основные этапы формирования каллусной ткани.
Обязательным условием дедифференцировки растительной клетки и превращения ее в каллусную является присутствие двух групп фитогормонов: ауксинов, вызывающих процесс дедифференцировки клетки, подготавливающий ее к делению и цитокининов, вызывающих пролиферацию (деление) дедифференцированных клеток. Если в питательную среду, не содержащую этих гормонов, поместить растительный эксплант, состоящий из специализированных (дифференцированных) клеток, то деления клеток не произойдет и каллусная ткань не образуется. Это связано с неспособностью дифференцированных клеток к делению.
Каждая клетка проходит 3 фазы роста:
Характерной чертой заключительной фазы роста является утолщение вторичной клеточной оболочки и потеря клеткой способности к делению. Для того чтобы дифференцированные клетки вновь приобрели способность к делению, необходимо, чтобы произошла их дедифференцировка, т.е. клетки как бы возвратились в меристематическое состояние. Размножение дедифференцированных клеток приводит к анархическому (неорганизованному) росту, в результате чего образуется каллусная ткань. Таким образом, превращение специализированной клетки в каллусную связано с индукцией клеточного деления, способность к которому она потеряла в процессе дифференцировки. Существует предположение, что такую индукцию вызывают не ауксины и цитокинины, а полисахариды.
Процесс перехода к каллусному росту начинается с остановки клеточных делений. Лаг-фаза продолжается 24-48 ч. В течение этого времени клетки увеличиваются в размерах и ткань разрыхляется.
Таким образом, если дедифференцировка специализированной клетки связана с индукцией деления под влиянием фитогормонов, то дедифференцировка делящейся меристематической клетки связана с остановкой деления, деспециализацией клетки и только после этого с индукцией делений, приводящей к каллусообразованию.
Эффект, оказываемый действием одних и тех же фитогормонов, может быть различным в зависимости от физиологической характеристики ткани-мишени.
Переход клетки invitroиз дифференцированного состояния к дедифференцировке и активным клеточным делениям обусловлен изменением активности клеточных генов: активирование одних генов и репрессирование других приводит к изменению белкового состава клеток, т.е. в каллусных клетках проявляются специфические белки и одновременно исчезают или уменьшаются в количестве белки, характерные для фотосинтезирующих клеток.
При переходе дедифференцированной клетки к неорганизованному размножению, приводящему к образованию каллусной ткани, в клетках происходят биохимические и цитологические изменения.
Дедифференцировка начинается с использования запасных веществ и разрушения специализированных клеточных органелл. Через 6-12 ч после индукции дедифференцировки клеточная оболочка разрыхляется и разбухает, увеличивается число свободных рибосом, возрастает число элементов аппарата Гольджи, увеличиваются размеры и число ядрышек. Все эти изменения предшествуют началу делений, которые начинаются через 48-72 ч. Кроме того, в клетках экспланта в начале культивирования могут наблюдаться изменения в метаболизме, вызванные как дедифференцировкой, так и травматическими синтезами. Для разделения этих процессов лучше проводить прединкубацию экспланта на безгормональной среде 3-6 суток.
Необходимо отметить, что каллусная клетка имеет свой цикл развития и повторяет развитие любой клетки: деление, растяжение и дедифференцировку, после чего наступает старение и отмирание клетки.
Для того чтобы не происходило старение, утрата способности к делению и отмирание каллусных клеток, первичный каллус, возникающий на эксплантах, через 4 – 6 недель переносят на свежую питательную среду. Эта операция получила называние «пассирование». При регулярном пассировании способность к делению может поддерживаться в течение десятков лет.
Читайте также: Гардеробный ящик из ткани
Каллусные культуры растений: общая характеристика каллусных клеток, их свойства, особенности, генетика
Каллусная культура: ее определение, особенности и анатомическая структура. Консистенция каллусной ткани. Основные свойства и строение каллусных клеток. Кривая роста каллусных клеток, генетика и клеточный цикл. Гормононезависимые растительные ткани.
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Каллусные культуры растений: общая характеристика каллусных клеток, их свойства, особенности, генетика
Калусная культура — это неорганизованная профилирующая ткань, состоящая из дедифференцированных клеток. В дальнейшем они специализируются как каллусные, т.е. становятся таким образом дифференцированными. Каллус, может образовываться как на изолированных кусочках ткани (эксплантах) in vitro, так и на растении при поражении. Каллусная ткань in vitro в основном бывает белого или желтоватого, реже светло-зеленого цвета. Темно-коричневая окраска возникает чаще при старении каллусных клеток и связана с накоплением в них фенолов. Последние окисляются в хиноны. Для избавления от них в питательные среды вносят антиоксиданты.
Каллусная ткань аморфна и не имеет конкретной анатомической структуры, но в зависимости от происхождения и условий выращивания она может быть разной консистенции — рыхлой, средней плотности, плотной.
Основным условием превращения растений клетки в каллусную является присутствие в питательной среде фитогормонов. Ауксины вызывают процесс дедифференцировки клетки, приготавливающие её к делению, а цитокинины — пролиферацию (деление) дедифференцированных клеток.
Если в питательную среду без гормонов поместить кусочек стебля, листа, корня (без верхушки) или любой другой эксплант, состоящий из специализированных (дифференцированных) клеток, то деление клеток не произойдет и каллусная ткань не образуется. Это связано с неспособностью дифференцированных клеток к делении. Каждая клетка имеет три фазы роста: 1) деление; 2) растяжение; 3) дифференцировку. Характерной чертой заключительной фазы роста является утолщение вторичной клеточной оболочки и потеря клеткой способности к делению. Для того, чтобы дифференцированные клетки вновь приобрели способность к делению, необходимо, чтобы произошла их дедифференцировка, т.е. клетки как в меристематическое состояние. Размножение дифференцированных клеток приводит к анархическому, неорганизованному росту, в результате чего образуется каллусная ткань. Таким образом, превращение специализированной ткани в каллусную связано с индукцией клеточного деления, способность к которому она потеряла в процессе дифференцировки.
Процесс перехода к каллусному росту в базальной части апекса начинается с остановки клеточных делений. Лаг-фаза продолжается 24-48 часа, в течении которых клетки увеличиваются в размерах и ткань разрыхляется. После лаг-фазы клетки начинают быстро делиться, образуя каллусную ткань. Таким образом, если дедифференцировка специализированной клетки связана с индукцией деления под влиянием фитогормонов, то дедифференцировка делящейся меристематической клетки связана с остановкой деления, деспециализицией клетки и только после этого — с индукцией деления, приводящей к каллусообразованию.
Переход клетки in vitro из дифференцированного состояния к дедифференцировке и активным клеточным делениям обусловлен изменением активности генов. Активирование одних генов и репрессирование других приводит к изменению в белковом составе клеток. В каллусных клетках появляются специфические белки и одновременно исчезают белки, характерное для фотосинтезирующих клеток листа.
В клетках каллусной ткани происходит биохимические и цитологические изменения. Через 6-12 ч. после индукции дедифференцировки клеточная стенка разрыхляется и разбухает, увеличивается число свободных рибосом, число элементов аппарата Гольджи, а также размеры и число ядрышек. Все эти изменения предшествуют началу деления, которые начинаются через 48-72 ч. Следует учитывать, что в клетках экспланта в начале культивирования могут наблюдаться изменения в метаболизме, вызванные как дедифференцировкой, так и травматическими синтезами. Для разделения этих процессов лучше проводить прединкубацию экспланта на безгормональной среде 3-6 сутки. Каллусная клетка имеет свой цикл развития и повторяет развитие любой клетки, включая деление, растяжение и дифференцировку, после чего наступает старение и отмирание клетки.
Для того чтобы не произошло старения, утраты способности к делению и отмирания каллусных клеток, первичный каллус, возникающий на эксплантах, через 4-6 недель переносят на свежую питательную среду. Эту операцию называют пассированием. При регулярном пассировании способность к делению может поддерживаться в течение десятков лет.
Кривая роста каллусных клеток имеет S-образную форму. Такой характер роста легко обнаружить у суспензионных культур каллусных клеток. каллусный культура растительный клетка
Особенности каллусных клеток
Каллусные клетки in vitro сохраняют многие физиолого-биохимические свойства нормальных клеток. Каллусные клетки сохраняют способность к синтезу вторичных метаболитов. Морозостойкость и способность к закаливанию присущи каллусным клеткам, полученным из морозостойких растений.
Общим у каллусных и пористых клеток является устойчивость к действию высоких температур, осмотически активных веществ, засолению.
Читайте также: Костюм детский зимний аляска ткань мембранная алова pr 451 1
Каллусные клетки обладают отдельными свойствами, отличающими их от нормальных. В них появляются специфические белки и уменьшается количество белков, характерных для фотосинтезирующих клеток листьев, или они совсем исчезают. Каллусные клетки отличаются большой генетической гетерогенностью и физиологической асинхронностью.
В результате выхода из-под контроля организма рост каллусных клеток происходит неорганизованно, асинхронно, и является неограниченным. При пересадках на свежую питательную среду культура каллусной ткани моркови, полученная Р. Готре более 60 лет назад, до сих пор растет в коллекции.
Клеточный цикл у каллусных клеток более длителен, чем у растений, произрастающих в открытом грунте.
Особенностью каллусных клеток является гетерогенность по возрасту: одновременно присутствуют в каллусной ткани клетки молодые и старые.
Значительные отличия наблюдаются в энергетическом обмене каллусных клеток. Они потребляют меньше кислорода по сравнению с нормальными. Это свидетельствует о сдвиге соотношения между дыханием и брожением в сторону усиления брожения, т.е. о снижении эффекта Пастера. Под эффектом Пастера понимают подавление брожения дыханием в присутствии кислорода.
Генетика каллусных клеток
Клетки каллусной ткани обладают выраженной генетической гетерогенностью. Генетическая неоднородность каллусных клеток выражается прежде всего в различной плотности, т.е. каллусные клетки отличаются по числу хромосом. Генетически стабильными in vitro являются меристематические ткани.
В каллусных и суспензионных культурах встречаются клетки, имеющие диплоидный набор хромосом, свойственный исходному растению, полиплоидные клетки, содержащие 3,4,5 и более хромосомных наборов. Наряду с полиплоидией в культуре каллусных тканей можно нередко наблюдать анеуплоидию (возрастание или уменьшение хромосомного набора на несколько хромосом). Чем длительнее культивируют каллусные клетки, тем больше они различаются по плоидности. В калусных клетках табака через четыре года культивирования совсем не остается диплоидных клеток: все клетки становятся полиплоидными или анеуплоидными.
Кроме изменения плоидности, культивирование клеток и тканей растений in vitro вызывает появление в клетках хромосомных аббераций. Последние сказываются на биологических особенностях культивируемых тканей, изменяя их внешний вид, обмен веществ, скорость роста.
Генетическое разнообразие каллусных клеток позволяет использовать их для клеточных селекций на устойчивость к неблагоприятным факторам среды, фитопатогенам и на повышенную продуктивность.
Гормононезависимые растительные ткани
Каллусные клетки могут делиться только при наличии гормонов в питательной среде. Однако, при длительном культивировании они в ряде случаев могут приобрести способность расти на среде без гормонов, т.е. становятся автономными по отношению к ауксинам и цитокининам. Такие клетки называются «привыкшими». Нередко ткани, образованные «привыкшими» клетками, называют химическими опухолями. «Привыкшие» ткани, как и опухолевые, в большинстве случаев не способны к нормальной регенерации и образуют лишь тератомы.
У всех каллусных тканей, у некоторых культур уже начиная с 4 пассажа, заметно снижается, а затем и полностью утрачивается способность к регенерации. Из старых пересадочных культур получить растения — регенеранты не удается.
Кроме «привыкших» тканей представляющих собой химические опухоли, существуют опухоли растительного происхождения, вызывающие бактериями, вирусами, а также генетические опухоли, возникающие на межвидовых гибридах различных растений. Это коростые галлы — опухоли, индуцированные у двудольных растений агробактериями Agrobacterium tumefaciens, бородатый корень, заболевание вызываемое A.rhizogenes и др.
В «привыкших» тканях, также, как и опухолях, идет интенсивный синтез собственных гормонов, поэтому они не нуждаются во внесении их в питательные среды.
У «привыкших» тканей гормононезависимость достигается в результате изменения активности генов, отвечающих за синтез ферментных белков, участвующих в построении молекул гормонов, следовательно, отвечающих за синтез гормонов. В опухолевых тканях синтез гормонов связан с переносом в растительную клетку бактериального гена, отвечающего за этот процесс.
Подобные документы
Характеристика каллусных клеток. Этапы микроклонального размножения. Классификация методов микроклонального размножения. Успехи микроклонального размножения хризантемы. Стерилизация посадочного материала. Каллусогенез на эксплантах различной локализации.
дипломная работа [606,8 K], добавлен 08.04.2015
Особенности роста и развития растений. Культура и морфогенетические особенности каллусных тканей. Клональное микроразмножение отдаленных гибридов. Применение культур растительной ткани. Вспомогательное использование методов in vitro в селекции растений.
реферат [7,0 M], добавлен 22.09.2009
Флаваны в высших растениях: структура, основные представители, локализация, функциональная роль. Морфофизиологические и биохимические характеристики клеточных и каллусных культур чайных растений. Определение содержания флаванов и проантоцианидинов.
дипломная работа [2,4 M], добавлен 02.02.2018
Основные разновидности живых клеток и особенности их строения. Общий план строения эукариотических и прокариотических клеток. Особенности строения растительной и грибной клеток. Сравнительная таблица строения клеток растений, животных, грибов и бактерий.
реферат [5,5 M], добавлен 01.12.2016
Составляющие растительной клетки. Плазматическая мембрана, ее функции. Компоненты клеточной стенки. Типы митоза эукариот. Образовательные ткани в теле растений и их расположение. Механические свойства растительных клеток. Наружные выделительные ткани.
учебное пособие [76,4 K], добавлен 12.12.2009
- 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