Материал: Морозова_Маслов_Клеточная биотехнология растений [2010]

Издание учебное

Морозова Нина Георгиевна Маслов Михаил Александрович

Отдельные главы общей биотехнологии. Клеточная биотехнология растений

Учебное пособие

Подписано в печать ________________ Формат 60х84/16. Бумага писчая. Отпечатано на ризографе. Уч. изд. листов 1. Тираж 100 экз.

Заказ № _________

Московская государственная академия тонкой химической технологии имени М.В.Ломоносова.

Издательско-полиграфический центр. 119571 Москва, пр. Вернадского 86.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ТОНКОЙ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ

имени М.В.Ломоносова

Кафедра химии и технологии биологически активных соединений им. Н.А. Преображенского

Н.Г. Морозова, М.А. Маслов

ОТДЕЛЬНЫЕ ГЛАВЫ ОБЩЕЙ БИОТЕХНОЛОГИИ. КЛЕТОЧНАЯ БИОТЕХНОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ

Учебное пособие

Москва 2010

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1.Воробьева Е.И., «Промышленная микробиология», Изд-во Московского университета, 1989.

2.Бирюков В.В., «Основы промышленной биотехнологии» М.: Колосс, 2004.

3.«Сельскохозяйственная биотехнология» под ред. акад. РАСХН В.С. Шевелухи, М.: Высшая школа, 2003.

3.Бейли Дж., Оллис Д., «Основы биохимической инженерии», в 2 т., М.:

Мир, 1989.

4."Биотехнология", в 8 т., М.: Высшая школа. 1987.

5.Альбертс Б., Брей Д., Льюис Дж., Рэфф М., Роберте К., Уотсон Дж. "Молекулярная биология клетки", в 3 т., М.: Мир, 1994.

6.Рис Э., Стернберг М., "От клеток к атомам", М.: Мир, 1988.

7.Елинов П., "Химическая микробиология", М.: Высшая школа, 1989.

8.Рем Г., «Наглядная биохимия», М.: Мир, 2001.

9.Ленинджер А., «Биохимия», в 3 т., М.: Мир, 1988.

10.Эллиот В., Эллиот Д., «Биохимия и молекулярная биология», М.: Издво НИИБМХ РАМН, 2000.

11.Грин Н., Стаут У., Тейлор Д., под ред. Сопера Р., «Биология» в 3 т., М.:

Мир, 1980.

42

3

ВВЕДЕНИЕ

Биотехнология растительных клеток базируется на их способности к существованию и размножению in vitro, их тотипотентности и регенерации. Метод культивирования изолированных тканей на искусственных питательных средах в стерильных условиях (in vitro) используют в биотехнологии для сохранения и размножения ценных генотипов, эмбриогенезе (эмбриональное, или зародышевое развитие), оздоровлении посадочного материала и т.д.

Роль культуры изолированных клеток и тканей в биотехнологии следует рассматривать в трех направлениях. Первое связано со способностью изолированных растительных клеток продуцировать ценные для медицины, парфюмерии, косметики и других отраслей промышленности вещества вторичного синтеза: алкалоиды, стероиды, гликозиды, гормоны, эфирные масла и др. Как правило, вторичные метаболиты получают из каллусной ткани, выращенной на твердой (агаризованной) или жидкой (суспензионная культура) питательной среде. На основе клеточных технологий получают такие медицинские препараты, как диосгенин из клеток женьшеня дальневосточного, стероидные гликозиды из клеток диоскореи дельтовидной, антиаритмический алкалоид аймалин из клеток раувольфии змеиной, тонизирующие вещества из клеток женьшеня, используемые в медицине и парфюмерии. В последние годы особый интерес представляют исследования по культивированию в биореакторах изолированных клеток тиса ягодного – продуцента антиракового вещества таксола. Продуктивность культивируемых клеток в результате клеточной селекции может значительно превышать продуктивность целых растений. Преимуществом такого способа получения веществ вторичного синтеза является также возможность использовать для этой цели растения, не

4

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ ПРИ УСВОЕНИИ МАТЕРИАЛА

1.Внешние и внутренние факторы роста в развитии растений.

2.Гормоны растений. Структура, механизмы действия.

3.В чем различия между понятиями фитогормон и фиторегулятор?

4.Понятие о регенерации растений.

5.Что такое каллусная ткань?

6.Как получить каллусную ткань?

7.Каковы возможности ее использования в биотехнологии?

7.Что такое тотипотентность каллусных клеток.

8.Назовите основные типы морфогенеза в культуре каллусных тканей.

9.Как можно индуцировать различные типы органогенеза в культуре каллусных тканей?

10.Что такое дедифференцировка клеток?

11.Что представляют собой опухолевые и «привыкшие» ткани? Каково их сходство и различие c каллусными?

12.Перечислите этапы получения каллусной ткани.

13.Глубинное культивирование каллусной культуры.

14.Назовите основные компоненты питательных сред, используемых для каллусогенеза.

15.Протопласты. Методы получения.

16.Перечислите методы культивирования протопластов.

17.Каковы главные направления использования культуры изолированных клеток и тканей растений в биотехнологии?

18.Каковы особенности получения и культивирования изолированных протопластов?

19.Каковы условия хранения протопластов?

20.Как получают и используют культуру клеточных суспензий?

21.Что такое клональное микроразмножеиие растений?

41

преимуществ перед существующими традиционными способами размножения:

-получение генетически однородного посадочного материала;

-освобождение растений от вирусов за счет использования миристемной культуры;

-сокращение продолжительности селекционного процесса;

-размножение растений, трудно размножаемых традиционными способами;

-возможность проведения работ в течение всего года и экономия площадей, необходимых для выращивания посадочного материала;

-возможность автоматизации процесса выращивания.

Первые успехи в клональном микроразмножении связаны с культивированием апикальных меристем травянистых растений на соответствующих питательных средах. Среди них картофель, сахарная свекла, гвоздика, гербера, фрезия и некоторые другие. В настоящее время ведутся работы по применению метода микроразмножения к размножению in vitro взрослых древесных пород, особенно хвойных, и использовании техники in vitro для сохранения редких и исчезающих видов лекарственных растений. Насчитывается более 200 видов древесных растений из 40 семейств, которые были размножены in vitro. Это каштан, дуб, береза, клен, осина, гибриды тополей с осиной, сосна, ель, секвойя и др. Работы в этом направлении проводятся в научных учреждениях Москвы, Санкт-Петербурга, Воронежа, Уфы, Новосибирска, Архангельска, Киева, Одессы, Ялты и др.

40

произрастающие в наших природных условиях, и получать продукцию круглый год.

Второе направление – это использование культуры изолированных тканей для размножения и оздоровления посадочного материала. Этот метод, получивший название «клональное микроразмножение растений», позволяет получать от одной меристемы сотни тысяч растений в год.

Третье направление – использование изолированных клеток в селекции растений, дающее возможность получать быстрорастущие растения, устойчивые к различным неблагоприятным факторам среды: засуха, засоление почв, низкие и высокие температуры, фитопатогены, тяжелые металлы и др. Вместе с тем это направление предусматривает создание новых растений путем слияния изолированных протопластов и получения неполовых (соматических) гибридов. Перенос в изолированные протопласты чужеродных генов методами генной инженерии позволяет получать в дальнейшем растения с новыми наследуемыми свойствами.

ЖИЗНЕННЫЙ ЦИКЛ ЭУКАРИОТИЧЕСКОЙ КЛЕТКИ

Клетки высших растений относятся к эукариотическим и очень сильно отличаются от бактериальных – прокариотических. Жизненный цикл эукариотической клетки складывается из 2-х фаз: фазы деления и интерфазы. Деление клеток – это вопрос жизни для всех организмов. Сам процесс клеточного деления очень легко наблюдать в микроскоп. Однако, прежде чем клетка сможет разделиться, она должна удвоить свою массу и редуплицировать (удвоить) все свои компоненты. Только в этом случае обе дочерние клетки будут иметь все необходимое для того, чтобы начать свой собственный цикл развития, который закончится делением. Подготовка к делению совершается незаметно для глаза во время второй фазы роста - интерфазы – промежуток времени между двумя делениями. Так как для прямого микроскопического изучения более доступны митоз и

5