Биотехнологии на основе культивируемых клеток и тканей

КЛОНАЛЬНОЕ
МИКРОРАЗМНОЖЕНИЕ И
ОЗДОРОВЛЕНИЕ
РАСТЕНИЙ
Клональное микроразмножение – это
использование техники in vitro для быстрого
получения неполовым путем растений,
идентичных исходному.
По своей сути аналогично
вегетативному размножению
растений.
Асептические условия и
соответствующие
питательные добавки
позволяют уменьшить
размер экспланта до
нескольких миллиметров.
ПРЕИМУЩЕСТВА:
1) высокий коэффициент размножения (105-106 — для
травянистых, цветочных растений, 104-105 — для
кустарниковых древесных, 104 — для хвойных);
2) возможность проведения работ в течение года и
экономия площадей, необходимых для
выращивания посадочного материала;
3) получение генетически однородного посадочного
материала;
ПРЕИМУЩЕСТВА:
4) освобождение растений от вирусов за счет
использования меристемной культуры;
5) ускорение перехода растений от ювенильной к
репродуктивной фазе развития;
6) сокращение продолжительности селекционного
процесса;
7) размножение растений, трудно размножаемых
традиционными способами;
8) возможность автоматизации процесса
выращивания.
ОСНОВНОЕ ТРЕБОВАНИЕ К ОБЪЕКТАМ
ДЛЯ КЛОНАЛЬНОГО РАЗМНОЖЕНИЯ –
сохранение генетической стабильности
на всех этапах онтогенеза.
Этому требованию удовлетворяют апексы и пазушные
почки стеблевого происхождения - наиболее
предпочтительные объекты для клонального
микроразмножения.
Также могут быть использованы меристематические
ткани и изолированные органы, способные давать
адвентивные почки.
СПОСОБЫ КЛОНАЛЬНОГО
МИКРОРАЗМНОЖЕНИЯ:
-активация развития уже существующих в растении
меристем;
-индукция образования адвентивных почек
непосредственно на тканях экспланта;
-индукция соматического эмбриогенеза;
- дифференциация адвентивных почек в первичной
и пересадочной каллусной тканях.
АКТИВАЦИЯ РАЗВИТИЯ
МЕРИСТЕМ
Может быть достигнута двумя путями:
а) удалением верхушечной меристемы стебля с
последующим микрочеренкованием побега на
безгормональной среде;
б) добавлением в питательную среду веществ
цитокининового типа действия, индуцирующих
развитие многочисленных пазушных побегов.
Активация развития уже существующих в
растении меристем, основанная на снятии
апикального доминирования
ИНДУКЦИЯ ОБРАЗОВАНИЯ
АДВЕНТИВНЫХ ПОЧЕК ИЗ ЭСПЛАНТА
Образования адвентивных почек можно добиться
почти из любых органов и тканей растения
(изолированного листа, стебля, семядолей, чешуек и
донца луковицы, сегментов корней и зачатков
соцветий)
Этот процесс происходит на
питательных средах, содержащих
один цитокинин или в сочетании с
ауксином, находящихся в
соотношении 10 : 1 или 100 : 1.
СОМАТИЧЕСКИЙ
ЭМБРИОГЕНЕЗ
Его преимущества:
™отсутствие необходимости подбора специальных
условий укоренения и адаптации пробирочных
растений, т.к. соматические зародыши представляют
собой полностью сформировавшиеся растеньица.
™при использовании соответствующей техники
капсулирования из эмбриоидов можно получить
искусственные семена.
ДИФФЕРЕНЦИАЦИЯ АДВЕНТИВНЫХ
ПОЧЕК В ПЕРВИЧНОЙ И
ПЕРЕСАДОЧНОЙ КАЛЛУСНОЙ ТКАНИ
НЕДОСТАТКИ:
при периодическом
пересаживании каллусной
ткани на питательную среду
часто наблюдаются:
изменение плоидности клеток, структурные
перестройки хромосом и накопление генных
мутаций, потеря морфогенетического потенциала
культивируемыми клетками.
ЭТАПЫ КЛОНАЛЬНОГО
МИКРОРАЗМНОЖЕНИЯ
1-Й ЭТАП – выбор растения донора, изолирование и
стерилизация экспланта, создание условий для их
роста на питательной среде in vitro;
2-Й ЭТАП – собственно размножение;
3-Й ЭТАП – укоренение полученных микропобегов;
4-Й ЭТАП – адаптация растений к почвенным
условиям произрастания, их выращивание в
условиях теплицы и подготовка к реализации или
посадке в поле
СХЕМА КЛОНАЛЬНОГО МИКРОРАЗМНОЖЕНИЯ
РАСТЕНИЙ
КЛЕТОЧНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
ПОЛУЧЕНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ
ВЕЩЕСТВ РАСТИТЕЛЬНОГО
ПРОИСХОЖДЕНИЯ
Лекция 9
Как альтернативные источники БАВ
культуры растительных клеток и тканей
обладают следующими преимуществами:
● получение экологически чистых продуктов
независимо от климата, сезона, погоды;
● создание клеточных линий-сверхпродуцентов;
● сохранение пула генов редких и исчезающих
растений-продуцентов;
● экономия площадей;
● возможность оптимизировать и стандартизировать
условия выращивания;
● возможность автоматизации процессов.
Клеточные технологии для получения экономически
Применение культуры клеток растений для
важных
веществ
растительного
происхождения
получения
экономически
важных
продуктов
Традиционные
растительные продукты
Продукты
биотрансформации
Новые активные
вещества
СПОСОБЫ ПОВЫШЕНИЯ ПРОДУКЦИИ
Клеточные технологии для получения экономически
ВТОРИЧНЫХ МЕТАБОЛИТОВ
важных веществ растительного происхождения
1. Отбор высокопродуктивных растений
для введения в культуру
2. Оптимизация условий культивирования
2.1. Состав питательной среды
2.2. Физические условия
3. Внесение в среду предшественников
вторичных метаболитов
4. Обработка элиситорами
5. Использование иммобилизованных
клеток
6. Мутагенез и клеточная селекция
Клеточные технологии для получения экономически
важных веществ растительного происхождения
Оптимизация
питательной
среды
является
ключевым
моментом
в
повышении
выхода
продукта.
Результатом подобных исследований являются так
называемые продукционные среды, на которых
культивируемые клетки синтезируют значительные
количества вторичных метаболитов.
Наиболее приемлемый метод для накопления
больших количеств вторичных метаболитов
растений –
двустадийное культивирование
Первый этап заключается в образовании больших
количеств биомассы.
Второй – создание условий для активного синтеза
метаболитов.
Системы культивирования растительных клеток
для получения
вторичных
метаболитов
Клеточные
технологии
для получения
экономически
важных веществ растительного происхождения
СИСТЕМЫ КУЛЬТИВИРОВАНИЯ КЛЕТОК
ЛАБОРАТОРНЫЕ
ПРОМЫШЛЕННЫЕ
ТИПЫ БИОРЕАКТОРОВ
1 ГРУППА
2 ГРУППА
(СПОСОБ ПЕРЕМЕЩИВАНИЯ –
АЭРИРОВАНИЕ ВОЗДУХОМ):
(СПОСОБ ПЕРЕМЕШИВАНИЯ –
МЕХАНИЧЕСКИЙ):
1 – барботажный биореактор;
2 – аэролифтный биореактор;
3 – биореактор с вынесенной
циркуляционной петлей;
1
Воздух
2
Воздух
4 – биореактор с
механическим
перемешивающим
устройством
3
Воздух
4
Воздух
Принципиальные схемы биореакторов, наиболее часто
применяемых для культивирования клеточных суспензий