Федеральное агентство по образованию бийский технологический институт (филиал)
| Вид материала | Учебное пособие |
- Федеральное агентство по образованию бийский технологический институт (филиал), 1531.98kb.
- Федеральное агентство по образованию Бийский технологический институт (филиал), 2694.55kb.
- Федеральное агентство по образованию бийский технологический институт (филиал), 2134.54kb.
- Федеральное агентство по образованию бийский технологический институт (филиал), 1660.78kb.
- Федеральное агентство по образованию бийский технологический институт (филиал), 1946.38kb.
- Федеральное агентство по образованию бийский технологический институт (филиал), 3460.44kb.
- Решением Ученого совета, 125.93kb.
- Федеральная целевая программа "Развитие электронной компонентной базы и радиоэлектроники", 3538.74kb.
- Бийский технологический институт (филиал), 2586.35kb.
- Министерство образования и науки федеральное агентство по образованию майкопский государственный, 102.13kb.
7.4 Типы культур клеток и тканей
В
зависимости от способов, условий и происхождения можно выделить несколько типов культур клеток и тканей.
С помощью обработки ферментами суспензии можно получить и из плотных тканей, и из тканей средней плотности.
7.5 Общая характеристика каллусных клеток
Каллусная клетка имеет свой цикл развития, аналогичный циклу всех других клеток: деление, растяжение, дифференцировку, старение и отмирание.
Культивируемые каллусные клетки и ткани сохраняют многие физиологические особенности, свойственные клеткам растения, из которого они были получены. Сохраняются, например, такие свойства, как морозоустойчивость, устойчивость к абиотическим факторам (температура, засоленение, фотопериодическая реакция), а главное, способность к синтезу вторичных метаболитов.
Наряду с общими у каллусных клеток появляются свои, характерные для них, особенности. Например, длительно культивируемые in vitro клетки высших растений образуют специфическую популяцию, относящуюся к типу неполовых – популяции соматических клеток. Наиболее характерные свойства этой популяции: физиологическая асинхронность, генетическая гетерогенность, гормоннезависимость.
– Физиологическая асинхронность заключается в том, что в каждый данный момент времени клетки находятся в разных фазах роста: одни делятся, другие растут, а третьи уже стареют. Общее физиологическое состояние такой популяции принято оценивать по состоянию большинства клеток.
– Генетическая гетерогенность – нестабильность генома. Генетически стабильными считаются только клетки меристематических тканей. В клетках остальных тканей при культивировании могут возникать полиплодия, анеуплодия, хромосомные изменения, генные мутации.
Полиплодия – наследственное изменение, заключается в кратном увеличении числа наборов хромосом в клетках организма (часто встречается у растений, редко – у животных). Полиплоды могут содержать в клетке три основных набора хромосом (триплоид), четыре набора (тетраплоид).
Анеуплодия – различные формы аномалий в числе хромосом.
Однако генетическую гетерогенность нельзя рассматривать как недостаток, так как она является необходимым условием следующей популяции клеток и служит основой для их адаптации. Это свойство имеет важное значение для селекции.
– Гормоннезависимость. Хотя гормоны и вызывают мутации, каллусные ткани от большинства растений образуются только в присутствии в питательной среде и ауксинов, и цитоксинов. Однако, при длительном культивировании практически у всех тканей может возникнуть специфическое свойство гормоннезависимости, то есть автономности по отношению к ауксинам и цитокининам. Эти ткани могут расти на среде без гормонов, что делает их похожими на раковые клетки и резко отличает от нормальных каллусных тканей.
Клетки, которые в процессе культивирования приобрели свойство автономности от присутствия гормонов, называют «привыкшими». Ткани, образованные такими «привыкшими» клетками, называют «химическими» опухолями, в отличие от растительных или генетических опухолей. Генетические опухоли возникают на межвидовых гибридах растений, растительные опухоли имеют бактериальное или вирусное происхождение, чаще всего вызываются у растений агробактериями.
7.6 Морфогенез в каллусных тканях как проявление
тотипотентности растительной клетки
7.6.1 Дифференцировка каллусных тканей
После завершения дедифференцировки дальнейшее развитие каллусной клетки может идти в нескольких направлениях:
- вторичная дифференцировка разной степени сложности;
- в клетках может сформироваться состояние стойкой дедифференцировки («привыкание»);
- каллусная клетка проходит свой путь развития, завершающийся ее старением и отмиранием.
Наиболее интересен первый путь (морфогенез). Морфогенез – возникновение организованных структур из неорганизованной массы клеток. Также могут образовываться отдельные ткани или органы (тогда это органогенез).
Все типы дифференцировки базируются на свойстве тотипотентности: любая растительная клетка содержит полный набор генов, характерный для того организма, из которого она была выделена.
Потенциальные возможности всех клеток растения одинаковы: каждая может дать в определенных условиях начало целому организму. На практике детерминируется одна из 400…1000 клеток.
Все каллусные клетки, готовые ко вторичной дифференцировке, то есть детерминированные, характеризуются общими чертами. Эти клетки образуют утолщенную клеточную стенку, обособляясь от остальных каллусных клеток. Для них характерно более крупное ядро, большее количество запасных веществ, меньшие размеры вакуолей.
7.6.2 Гистогенез (образование тканей)
Главную роль в преобразовании каллусных клеток в сосудистые элементы играют фитогормоны, в основном, ауксины. Например, гистогенез соблюдается при нанесении на куллус ауксина с сахарозой.
7.6.3 Органогенез
Работы Ф. Скуга и С. Миллера по влиянию ауксинов и открытого ими кинетина на органогенез в каллусах растений показали прямую зависимость этого процесса от соотношения фитогормонов. Преобладание концентрации ауксина над цитоксином вызывает дифференцировку клеток, приводящую к образованию корневой системы. В этом случае регенерация целого растения не происходит. При увеличении концентрации цитоксина и уменьшении ауксина начинается стеблевой органогенез и образование побега. Если его пересадить на свежую питательную среду с преобладанием ауксина, то наблюдается образование корней и регенерация целого растения.
Морфогенез можно получить только при условии подбора оптимальной питательной среды, определенных физических факторов, балансе фитогормонов, присутствии сигнальных белков и белков-акцепторов в клетках.
Установлено, что экспланты, выделенные из верхних междоузлий, могут образовывать каллус, способный к флоральному морфогенезу. Каллусы, полученные на эксплантах из нижних междоузлий, давали начало только вегетативным органам.
7.6.4 Соматический эмбриогенез
В этом процессе образуется зигота. Регенерант, образующийся из соматического зародыша, полностью сформирован, что устраняет лишние затраты по укоренению полученных при органогенезе побегов. Соматические зародыши представляют практический интерес, так как используются для получения искусственных семян.
Соматический эмбриогенез важен для фундаментальных наук, так как позволяет изучать механизмы эмбриогенеза. Установлено, что слабый постоянный электрический ток (2 мкА) может быть индуктором эмбриогенеза.