Каллусные и суспензионные культуры; методы получения и область использования.
Основным типом культивируемых растительных клеток является каллусная, значительно реже культивируют клетки опухолевых тканей растений. Культуры опухолевых клеток при глубинном и поверхностном выращивании внешне и по морфологии клеток мало отличаются от культур каллусных клеток. Главным отличием опухолевых клеток является их гормональная независимость, что обеспечивает им рост на питательных средах без добавок фитогормонов или их аналогов. Кроме того, опухолевые клетки лишены способности давать начало организованным структурам, таким, как корни или побеги в процессе органогенеза. Каллусные клетки в культуре могут спонтанно приобретать гормононезависимость, природа которой может быть следствием мутации или результатом экспрессии генов, определяющих независимость клетки от гормонов.
Каллусная клетка, при делении которой возникает каллусная ткань или каллус, представляет один из типов клеточной дифференциации, свойственной высшему растению. В исключительных ситуациях у нормального растения может возникать каллусная ткань (обычно это случается при травмах), которая функционирует непродолжительное время, защищая растение в участке повреждения и накапливая питательные вещества для регенерационного процесса.
Для получения культивируемых каллусных клеток кусочки (фрагменты) тканей различных органов высших растений (экспланты) помещают на искусственную питательную среду в пробирках, колбах или чашках Петри, строго соблюдая правила стерильности.
Особенности дедифференцирования (т. е. раздифференцировки) клеток экспланта и процесса каллусогенеза (т. е. образования каллуса) зависят от особенностей взятых для этого тканей. Клетки специализированных тканей растения (запасающей паренхимы, корня и стебля, мезофила листа и т. п.) на питательной среде, содержащей источники углерода, минеральные соли, витамины и вещества гормонального типа, должны дедифференцироваться, т. е. потерять структуры, характерные для их специфических функций, которые они выполняют в растении, и вернуться к состоянию активно делящихся клеток.
Во всех случаях образование каллуса связано с травматическим воздействием, хотя каллусовые клетки могут возникать и в результате пролиферации внутренних тканей экспланта без связи с поверхностью среза. В настоящее время техника культивирования растительных тканей настолько совершенна, что позволяет получить длительно перевиваемую каллусную культуру из любых живых тканей интактного растения.
Основными компонентами питательных сред для культуры тканей и клеток растений являются минеральные соли (макро- и микроэлементы), источник углерода (обычно сахароза или глюкоза), витамины и регуляторы роста. Иногда возникает необходимость добавления в среду различных комплексных соединений (таких, как гидролизат казеина, смесь аминокислот, дрожжевой экстракт, различного рода растительные экстракты и т. п.). Как правило, при работе с новым объектом приходится эмпирическим путем подбирать оптимальные составы используемых питательных сред.
Каллусная ткань, выращиваемая поверхностным способом, представляет собой аморфную массу, не имеющую определенной анатомической структуры, цвет которой может быть белым, желтоватым, зеленым, красным. По консистенции каллусные ткани также могут существенно различаться.
Химический состав каллусной ткани и ткани органа, из которого она получена, как правило, различается. Каллусные ткани, выращиваемые поверхностным способом, часто применяются для поддержания в растущем состоянии коллекций различных штаммов, линий, мутантов; из них получают суспензии клеток для культивирования в жидкой питательной среде, а также для регенерации растений.
Культуры клеток растений, выращиваемые в жидкой питательной среде, обычно называют суспензионными культурами, хотя этот термин, строго научно говоря, не отражает поведение клеток при таком способе культивирования.
Отдельные клетки, а также небольшие их группы или достаточно крупные агрегаты (несколько десятков клеток) выращиваются во взвешенном состоянии в жидкой среде при использовании различных аппаратов и методов поддержания их в таком состоянии. Начальный момент при получении суспензионных культур клеток в известной степени является событием случайным, поскольку только те клетки, которые в силу каких-то причин оказались способными к перестройке метаболизма и эффективному размножению в данных конкретных условиях, дают начало «хорошим» линиям. Важной особенностью клеток таких линий является их высокая степень дезагрегации (не более 5-10 клеток в скоплении агрегате), морфологическая однородность (небольшие размеры, сферическая или овальная форма, плотная цитоплазма), а также отсутствие трахеиподобных элементов.
Культивирование клеток растений в жидкой среде имеет ряд преимуществ перед выращиванием поверхностным способом каллусных культур. В условиях жидкого культивирования значительно легче влиять на метаболизм и рост клеточных популяций различного рода экзогенными факторами. Суспензионные культуры намного удобнее для биохимических и молекулярно-биологических экспериментов — изучения индукции ферментов, процессов экспрессии генов, изолирования и характеристик получаемых мутантов и т. п.
Читайте также: Как лечить глубокий ушиб мягких тканей
Клетки для суспензионных культур получают из каллусных тканей, помещая последние в жидкие питательные среды и подвергая их перемешиванию с помощью разнообразных качалок или встряхивателей. Суспензионную культуру можно получить и из растительных тканей, однако это более трудоемкий путь, требующий большего времени. Клетки экспланта при этом способе должны сначала образовать первичный каллус, и лишь после попадания возникших на поверхности каллусных клеток в жидкую среду и их размножения там они дадут начало линии клеток, способных расти в виде суспензии.
Для глубинного культивирования (суспензионные культуры) растительных клеток применяют приемы, используемые в микробиологии. Это и выращивание в замкнутых или открытых системах, при периодическом или непрерывном режимах, однако наиболее изученным и наиболее распространенным способом глубинного культивирования суспензии растительных клеток пока еще остается закрытая периодическая система с использованием ферменторов с механическими мешалками или с аэрацией восходящими воздушными потоками. При указанном способе выращивания рост клеточной популяции характеризуется показателями, довольно близко напоминающими таковые при аналогичном культивировании микробных клеток, т. е. выделяют фазу задержанного роста (лаг-фазу), экспоненциальную фазу, фазу замедленного роста, стационарную и фазу отмирания или деградации клеток. Продолжительность фаз зависит от ряда факторов, связанных как с особенностями выращиваемых объектов, так и составом среды и некоторыми внешними воздействиями.
Генетические изменения (мутации), возникающие в культивируемых клетках, процессы адаптивной селекции, идущие в популяции, приводят к появлению из первичной каллусной ткани линий клеток, различающихся генетически и фенотипически. Это позволяет создавать линии клеток, сохраняющих биосинтетические процессы, присущие исходному растению, а также линии клеток, синтезирующих принципиально новые вещества.
В культурах клеток обнаруживаются традиционные для растений вещества, а также необычные соединения: алкалоиды, гликозиды, полисахариды, эфирные масла, пигменты и пр. Использование растительных клеток для производства ферментных препаратов позволяет получать разнообразные ценные продукты из натуральных или синтетических предшественников. Однако медленный рост, длительное поддержание стерильных условий, чувствительность к механическим повреждениям и ряд других менее существенных недостатков ограничивают применение суспензионных культур растительных клеток в промышленных масштабах. Кроме того, во многих случаях содержание требуемого продукта в суспензионных культурах клеток растений довольно низкое, что также предстоит преодолеть биотехнологам, занимающимся культивированием данных объектов.
Для клональной селекции мутантных, гибридных или трансформированных клеток используются методы выращивания изолированных (отдельных) клеток, которые получаются путем выделения их из суспензий с помощью микроманипуляторов либо посредством разведении, а также из регенерированных протопластов.
Дата добавления: 2015-04-16 ; просмотров: 146 ; Нарушение авторских прав
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.
Читайте также: Водонепроницаемая ткань для тентов
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.
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.
Читайте также: Мягкая мебель кожа с тканью
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