Физиология растений - Лебедев С.И.
ISBN 5-10-000574-2
Скачать (прямая ссылка):
Для изучения процессов роста и развития растений большое значение имеет метод культивирования изолированных клеток и тканей на искусственных средах.
КУЛЬТУРА ИЗОЛИРОВАННЫХ РАСТИТЕЛЬНЫХ КЛЕТОК И ТКАНЕЙ
Для современной биологии характерно стремление к глубокому проникновению в сущность обмена веществ, дифференциации и специализации клеток, и тканей, саморегуляции, определяющих закономерности роста и развития растительного орга'низ-ма. Для изучения физиологии и биохимии, а также генетики соматических клеток метод культуры изолированных растительных клеток и тканей открывает большие возможности.
Сущность метода культуры растительных клеток и тканей заключается в культивировании на искусственных питательных средах в строго контролируемых условиях частей растительного организма — от изолированных протопластов до зародышей.
Органы, ткани, суспензии растительных клеток, протопластов культивируют на питательных средах (твердых агаровых или жидких), включающих макро- и микроэлементы минерального питания, сахара (чаще сахароза или глюкоза), витамины, аминокислоты или гидролизат казеина, фитогормоиы (цитокинииы, ауксины, гиббереллины и биологически активные вещества). Все живые, изолированные клетки и ткани разных органов растений (стебля, корня, листа, стеблевой меристемы, частей цветка покрытосемянных, гаметофитов голосемянных и споровых растений) при определенных условиях культивирования образуют каллусную ткань, состоящую из дедиффереи-цированных клеток. Изменяя условия культивирования кал-лусной ткани, можно вызвать дифференциацию клеток, образование регенерационных меристем и восстановление целого' растения (рис. 70).
Морфогенез и получение растений из отдельных протопластов, меток через культуру каллуса — важнейшее звено в исследованиях с культурой растительных клеток и тканей (клеточная селекция, соматическая гибридизация, генная инженерия).
Хотя причины и механизмы дифференциации морфогенеза и регенерации растений в культуре клеток и тканей еще далеко не изучены, установлена ведущая роль в индукции морфогенеза фитогормонов в сочетании с физическими факторами, такими, как температура, свет, аэрация. Таким образом, созданы ряд эмпирических приемов управления морфогенезом в культуре клеток и,тканей и возможность их широкого практического применения. При этом соотношение и концентрация цитокининов и ауксинов, а также их искусственных аналогов в таких культурах играют определяющую роль для дальнейшего роста каллусной ткани или морфогенеза и регенерации растения.
Рис. 70. Схема управления регенеративным процессом в изолированных тканях и клетках растений смещением равновесия между нуклеиновым (Н) к ауксииовым (Л) типами обмена (по Р, Г. Бутенко).
Идея выращивания изолированных клеток, тканей и органов вне целого растительного организма была высказана Г. Габерландтом в 1902 г. Одиако детальная разработка этого метода была осуществлена Ф. Уайтом (США) и Р. Готре (Франция) в 1932—1934 гг. Координационным центром по культуре растительных клеток и тканей в нашей стране является Институт физиологии растений имени К- А. Тимирязева АН СССР, в котором с 1957 г. начаты систематические исследования в этом направлении,
Исследования по культуре клеток и тканей растений в последние 15—20 лет характеризуются широким спектром направлений, охватывающим культивирование изолированных зародышей и органов, каллусиых тканей на агаризованной среде, клеток, небольших клеточных агрегатов, изолированных протопластов в жидкой среде, а также сохранение клеточных ¦линий в условиях глубокого охлаждения. Каждое из этих направлений решает определенные теоретические проблемы, которые находят практическое применение (рис. 71).
Поставлено на промышленную основу получение лекарственных веществ из биомассы культуры ткани женьшеня, идентичных веществам этого растения, произрастающего в природе.
Рис. 71. Схема использования культуры клеток и тканей (по Р. Г. Бутенко).
Методы регенерации растений из меристем уже разработаны для 60 видов и широко используются в практике для массового размножения и оздоровления посадочного материала ряда декоративных растений, а такж'е для оздоровления картофеля от вирусных болезней. Успешно разрабатываются специальные методы создания банка клеток для сохранения генофонда растений путем консервирования в условиях глубокого холода (—196.°С) их меристематических тканей, находящихся в точках и зонах роста, и эмбриоидов. Для этого применяют программное замораживание, т. е. постепенное замораживание с точно регулируемой скоростью снижения температуры (порядка. 1 °С/мин) с использованием специальных веществ — криопротекторов (глицерин, сахара, этиленгликоль и их производные, поливинилпирролидои и диметилсульфоксид), ослабляющих повреждения клеток. Криопротекторы добавляют к среде, в которой находятся клетки перед замораживанием. Банк клеток растений (генофонд)—один из способов сохранения разнообразия растительного мира.
В селекции многих культур открываются перспективы получения ценного исходного материала, включающего генофонд диких сородичей и отдаленных форм. Так, преодоление несовместимости на разных уровнях при скрещивании отдаленных форм обеспечивают оплодотворение в пробирке, культура се« мяпочек и зародышей, гибридизация соматических клеток. Большой интерес представляют клеточная селекция для со-
