Биотехнологические основы размножения растений in vitro

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Ярославский государственный университет им. П.Г. Демидова
Факультет биологии и экологии
УТВЕРЖДАЮ
Проректор по развитию образования
_______________________Е.В.Сапир
"_____"____________2012 г.
Рабочая программа дисциплины
послевузовского профессионального образования
(аспирантура)
Биотехнологические основы размножения растений in vitro
по специальности научных работников
03.01.05 Физиология и биохимия растений
Ярославль 2012
2
1. Цели освоения дисциплины
Целями освоения дисциплины «Биотехнологические основы размножения растений in
vitro» в соответствии с общими целями основной профессиональной образовательной программы послевузовского профессионального образования (аспирантура) (далее - образовательная программа послевузовского профессионального образования) являются:
- ознакомление аспирантов с биотехнологическими основами размножения растений в
культуре in vitro;
- изучение основных физиолого-биохимических параметров у растений в культуре in vitro;
- развитие у аспирантов способностей к самостоятельному анализу, сопоставлению и обобщению материала, касающегося биотехнологических методов размножения растений с целью решения практических задач.
2. Место дисциплины в структуре образовательной программы послевузовского профессионального образования
Данная дисциплина относится к разделу обязательные дисциплины (подраздел дисциплины
по выбору аспиранта) образовательной составляющей образовательной программы послевузовского профессионального образования по специальности научных работников 03.01.05
Физиология и биохимия растений.
Дисциплина «Биотехнологические основы размножения растений in vitro» показывает биотехнологические основы размножения растений в культуре in vitro, технологии работ с недифференцированными зародышами и клонального микроразмножения растений, способы
организации физиологических исследований растительных объектов in vitro. Даная дисциплина имеет логические и содержательно-методические взаимосвязи с другими частями
ООП, а именно со специальной дисциплиной «Физиология и биохимия растений, методы физиолого-биохимических исследований», с курсом по выбору (Интеграция физиологических
процессов у растений), факультативной дисциплиной (Методы культивирования высших
растений in vitro) и специальной практикой по физиолого-биохимическим методам исследований.
Для изучения данной дисциплины необходимы «входные» знания, умения, полученные в
процессе обучения по программам специалитета или бакалавриата – магистратуры, а также
при изучении специальной дисциплины «Физиология и биохимия растений, методы физиолого-биохимических исследований» в аспирантуре. Освоение данной дисциплины необходимо как предшествующее для дисциплины «Методы культивирования высших растений in
vitro» и специальной практики по физиолого-биохимическим методам исследований.
3. Требования к результатам освоения содержания дисциплины «Биотехнологические
основы размножения растений in vitro»
В результате освоения дисциплины «Биотехнологические основы размножения растений in
vitro» обучающийся должен:
знать:
- биотехнологические основы размножения растений в культуре in vitro;
- методы культивирования растений in vitro, их практическое значение;
уметь:
- оценивать физиологические аспекты роста и развития растительных объектов в
культуре in vitro;
- применять полученные знания по физиологии и биохимии растений при решении конкретных биотехнологических задач;
владеть:
- навыками обработки теоретической информации по физиологическим основам жизнедеятельности растений в культуре in vitro;
3
- методами физиолого-биохимических исследований растений в целях биотехнологии.
1
3, 4
2
1
5, 6
3
4
1
7, 8
1
5
6
7
Формы текущего
контроля успеваемости
(по неделям)
Форма промежуточной
аттестации
Контроль сам.
работы
1
Сам. работа
1, 2
Практических
1
Лабораторных
Тема 1. Технология работ с недифференцированными зародышами
растений
Тема 2. Технология клонального микроразмножения растений
Тема 3. Технология работы с эксплантами и посевным материалом растений
Тема 4. Технология приготовления питательных
сред и материалов
Тема 5. Технология
культивирования растений in vitro
Тема 6. Технология физиологических исследований в культуре in vitro
Тема 7. Технология увеличения количества растительного материала
Виды учебной работы, включая
самостоятельную работу обучающихся, и трудоемкость (в часах)
Форма обуч.: очная/заочная
Лекций
Раздел
Дисциплины
Неделя
№
п/п
Курс
4. Структура и содержание дисциплины «Биотехнологические основы размножения
растений in vitro»
Общая трудоемкость дисциплины составляет 2 зачетные единицы, 72 часа.
8
реферат
10
реферат
10
реферат
10
контрольная работа
9, 10
10
реферат
1
11, 12
10
реферат
1
13, 14
10
реферат
68
Зачет
1
2
2
4
Содержание дисциплины
Тема 1. Технология работ с недифференцированными зародышами растений
Основные принципы. Сбор и хранение материала. Культура изолированных зародышей. Работы с зародышами незрелых семян. Стерилизация. Особенности семенного размножения
орхидных. Метод стерильных культур семян. Адаптация и доращивание сеянцев. Перспективы введения редких видов в культуру in vitro. Репатриация и другие технологии охраны редких видов.
Тема 2. Технология клонального микроразмножения растений
Принципы микроразмножения растений. Клональное микроразмножение растений. Задачи и
перспективы. Потенциальные системы размножения. Этапы клонального микроразмноже-
4
ния. Метод активации развития существующих меристем. Индукция образования адвентивных почек на первичном экспланте. Факторы, влияющие на процесс клонального микроразмножения. Генотип и состояние родительского растения. Прямой соматический эмбриогенез.
Получение генетически однородного и безвирусного растительного материала. Термотерапия. Хемотерапия. Практическое значение метода клонального микроразмножения. Клональное микроразмножение хозяйственно полезных и редких видов растений.
Тема 3. Технология работы с эксплантами и посевным материалом растений
Состояние экспланта. Возраст, размер, регенерационная способность экспланта. Происхождение ткани. Физиологическое состояние и таксономическая принадлежность растения-донора. Особенности введения эксплантов в стерильную кльтуру. Стерилизация растительного
материала, посев. Физические факторы. Способы и условия культивирования. Оптимизация
условий клонального микроразмножения растений. Организация работы с недифференцированными зародышами и клональному микроразмножени растений. Макроклональное размножение.
Тема 4. Технология приготовления питательных сред и материалов
Лабораторное оборудование и техника проведения работ. Посуда, инструменты и материалы.
Питательные среды. Состав, приготовление и стерилизация. Среды Бургеффа, Вацина и Вента, Вимбера, Кнопа, Кнудсона, Мореля, Мурасиге-Скуга, Томпсона, Хеллера. Оптимизация
питательных сред.
Тема 5. Технология культивирования растений in vitro
Основные принципы культивирования. Климатические камеры. Условия освещенности и
температуры. Влажность воздуха. Значение состава воздуха. Условия увлажнения. Оптимизация условий культивирования in vitro. Сроки и способы пересадки. Подбор оптимального субстрата. Создание благоприятных микроклиматических условий. Элементный состав и
физико-химические свойства субстратов. Организация многофакторного эксперимента.
Культивирование сеянцев и растений-регенерантов.
Тема 6. Технология физиологических исследований в культуре in vitro
Принципы исследования растений in vitro. Фиксация материала для исследований. Цито- и
гистологические исследования. Определение цитофизиологических параметров. Метод приготовления микротомных срезов. Метод приготовления давленых препаратов. Исследование
структурно-функциональных параметров. Определение параметров роста и развития. Измерение объектов под микроскопом. Использование цифровой техники и программного обеспечения. Подсчет клеток в счетных камерах. Гистохимические методы. Качественный анализ.
Определение содержания элементов минерального питания. Определение содержания углеводов, белков, соединений вторичного метаболизма. Определение фотосинтетических пигментов. Определение активности окислительных ферментов.
Тема 7. Технология увеличения количества растительного материала
Размножение микропобегов (микрочеренкование). Укоренение микропобегов. Значение возрастного состояния черенков. Размножение покоящимися вегетативными почками. Размножение отделением стеблекорневых тубероидов. Размножение посредством деления протокормов. Депонирование растений-регенерантов. Культивирование in vitro целых растений,
значение и перспективы. Перевод растений в тепличные условия. Высадка растений-регенерантов в поле. Контейнерная культура. Значение стимуляторов роста и витаминов. Методы
их применения. Методы определения активности стимуляторов роста. Применение стимуляторов роста при пересадке растений.
5. Образовательные технологии
Учебный курс строится на сочетании лекционных занятий и самостоятельной работы аспирантов. Лекции читаются с использованием мультимедийной установки, иллюстраций, таблиц. В
учебной работе используются активные и интерактивные технологии: творческие задания,
структурирование проблем с помощью метаплана и др. Предусмотрено проведение контрольной работы; обсуждение научных данных по итогам освоения каждой темы; подготовка рефе-
5
ратов по темам с использованием научных журналов (Биотехнология, Физиология растений и
др.); обсуждение рефератов. В самостоятельной работе аспиранты активно используют электронные информационные ресурсы и библиотечный фонд. В период самостоятельной подготовки аспиранты имеют возможность обсудить разделы дисциплины с преподавателем.
6. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины и учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы обучающихся
В качестве средств текущего контроля используется одна контрольная работа, а также написание в течение семестра одного реферата на выбранную тему. Итоговая форма контроля (зачет) дает возможность выявить уровень профессиональной подготовки аспиранта по данной
дисциплине.
Вопросы к контрольной работе
1. Принципы работы с зародышами незрелых семян.
2. Метод стерильных культур семян.
3. Способы доращивания сеянцев.
4. Перспективы введения редких видов в культуру in vitro.
5. Репатриация и другие технологии охраны редких видов.
6. Потенциальные системы размножения.
7. Этапы клонального микроразмножения.
8. Метод активации развития существующих меристем.
9. Индукция образования адвентивных почек на первичном экспланте.
10. Получение безвирусного растительного материала.
11. Клональное микроразмножение редких видов растений.
12. Особенности введения эксплантов в стерильную кльтуру.
13. Оптимизация условий клонального микроразмножения растений.
14. Макроклональное размножение.
15. Питательные среды и их оптимизация.
Темы рефератов:
1. Адаптация растений in vitro к нестерильным условиям.
2. Гистохимическое выявление белков.
3. Гистохимическое выявление углеводов.
4. Гистохимическое выявление ферментов.
5. Индукция органогенеза в каллусной ткани.
6. Исследования растений in vitro.
7. Культивирование апикальных меристем.
8. Микроразмножение черенкованием побегов.
9. Получение безвирусного посадочного материала.
10. Получение каллусной ткани из листьев растений.
11. Получение каллусов из корней.
12. Получение каллусов из незрелых зародышей.
13. Примеры культивирования редких видов in vitro.
14. Семенное размножение нетропических орхидных.
15. Субкультивирование каллусов.
16. Техника цифрового микроскопирования.
6
Вопросы к аттестации (зачету)
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
23.
24.
25.
26.
27.
28.
29.
30.
31.
32.
33.
34.
35.
36.
37.
38.
39.
40.
41.
42.
43.
44.
45.
46.
Культура изолированных зародышей.
Работы с зародышами незрелых семян.
Особенности семенного размножения орхидных.
Метод стерильных культур семян.
Перспективы введения редких видов в культуру in vitro.
Репатриация и другие технологии охраны редких видов.
Принципы микроразмножения растений.
Клональное микроразмножение растений.
Потенциальные системы размножения.
Этапы клонального микроразмножения.
Метод активации развития существующих меристем.
Индукция образования адвентивных почек на первичном экспланте.
Факторы, влияющие на процесс клонального микроразмножения.
Прямой соматический эмбриогенез.
Практическое значение метода клонального микроразмножения.
Клональное микроразмножение хозяйственно полезных и редких видов растений.
Физиологическое состояние и таксономическая принадлежность растения-донора.
Особенности введения эксплантов в стерильную кльтуру.
Стерилизация растительного материала, посев.
Оптимизация условий клонального микроразмножения растений.
Организация работы с недифференцированными зародышами.
Макроклональное размножение.
Питательные среды. Состав, приготовление и стерилизация.
Климатические камеры.
Оптимизация условий культивирования in vitro.
Элементный состав и физико-химические свойства субстратов.
Культивирование сеянцев и растений-регенерантов.
Принципы исследования растений in vitro.
Цито- и гистологические исследования растений in vitro.
Определение цитофизиологических параметров.
Метод приготовления микротомных срезов.
Метод приготовления давленых препаратов.
Исследование структурно-функциональных параметров.
Определение параметров роста и развития.
Измерение объектов под микроскопом.
Подсчет клеток в счетных камерах.
Гистохимические методы. Качественный анализ.
Размножение микропобегов (микрочеренкование).
Размножение покоящимися вегетативными почками.
Размножение отделением стеблекорневых тубероидов.
Размножение посредством деления протокормов.
Культивирование in vitro целых растений, значение и перспективы.
Перевод растений в тепличные условия.
Высадка растений-регенерантов в поле.
Контейнерная культура.
Применение стимуляторов роста при пересадке растений.
7
7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
а) основная литература:
Егорова Т.А., Клунова С.М., Живухина Е.А. Основы биотехнологии. М.: Академия, 2003. 208
с
б) дополнительная литература:
Барыкина Р.П., Веселова Т.Д., Девятов А.Г., Джалилова Х.Х., Ильина Г.М., Чубатова Н.В.
Справочник по ботанической микротехнике: основы и методы. М.: Изд-во МГУ, 2004. 312 с.
Загоскина Н.В., Назаренко Л.В., Калашникова Е.А., Живухина Е.А. Биотехнология: теория и
практика. М.: Изд-во Оникс, 2009. 496 с.
Катаева Н.В., Бутенко Р.Г. Клональное микроразмножение растений. М.: Наука, 1983. 96 с.
Лутова Л.А. Биотехнология высших растений. СПб.: Изд-во СПбГУ, 2003. 228 с.
Сытник К.М. Клеточная инженерия растений. Киев: Наукова думка, 1984. 160 с.
Черевченко Т.М., Кушнир Г.П. Орхидеи в культуре. Киев: Наукова думка, 1986. 200 с.
Широков А.И., Коломейцева Г.Л., Буров А.В., Каменева Е.В. Культивирование орхидей
европейской России. Нижний Новгород, 2005. 64 с.
в) программное обеспечение и Интернет-ресурсы:
- для демонстрации презентаций используются программы Windows и MS Office;
- в качестве вспомогательных интернет-ресурсов по дисциплине используются:
научная электронная библиотека с возможностью полнотекстного доступа к периодическим изданиям eLIBRARY: http://www.elibrary.ru;
поисковая система библиографической научной информации: http://www.maik.ru;
cайты научных журналов:
Биотехнология – http://www.genetika.ru/journal;
Бюллетень Московского общества испытателей природы –
http://herba.msu.ru/russian/journals/bmsn;
Вестник Московского университета. Серия Биология – http://git.bio.msu.ru/vestnik.html;
Физиология растений – http://www.rusplant.ru;
Экология – http://www.maik.ru/cgi-perl/journal.pl?name=ecol&lang=rus;
сайты научных библиотек, на которых бывает открыт полнотекстовый доступ к российским и зарубежным журналам:
Библиотека по естественным наукам РАН – http://www.benran.ru;
Библиотека Российской академии наук – http://www.csa.ru;
Государственная публичная научно-техническая библиотека России – http://www.gpntb.ru;
Научная библиотека Ярославского государственного университета им. П.Г. Демидова –
http://www.lib.uniyar.ac.ru;
Центральная научная сельскохозяйственная библиотека – http://www.cnshb.ru;
Ярославская областная универсальная научная библиотека им. Н.А. Некрасова –
http://www.rlib.yar.ru.
8. Материально-техническое обеспечение дисциплины
- учебная аудитория с мультимедийным проектором для проведения лекционных занятий;
- учебный фонд цифровых материалов (видеофильмы, фото, рисунки, иллюстрации из книг и
др.) для лекционных занятий;
- учебная аудитория с комплексным лабораторным оборудованием;
- компьютерный класс с доступом в Интернет.
8
Программа составлена в соответствии с федеральными государственными
требованиями к структуре основной профессиональной образовательной программы послевузовского профессионального образования (аспирантура) (приказ Минобрнауки от 16.03.2011 г. № 1365) с учетом рекомендаций, изложенных
в письме Минобрнауки от 22.06.2011 г. № ИБ – 733/12.
Программа одобрена на
заседании кафедры ботаники и микробиологии
09.10.2012 (протокол № 2)
Заведующий кафедрой
Шеховцова Н.В., к.б.н., доцент
Автор
Маракаев О.А., к.б.н., доцент