Лекція № 9. Культура клітин рослин

1. Сфери застосування культур рослинних клітин.

2. Культури клітин вищих рослин. Історія методу.

3. Морфофізіологічна характеристика каллусних тканин.

4. Фактори, що впливають на морфогенез in vitro.

5. Генетичні механізми, що здійснюють диференціювання клітин у культурі.

6. Суспензійні культури.

7. Методики культивування одиночних рослинних клітин.

8. Необхідність іммобілізації рослинних клітин.

9. Фізіологічні основи переваги іммобілізованих рослинних клітин перед традиційними способами культивування.

10. Системи культивування іммобілізованих клітин.

11. Застосування ізольованих протопластів.

12. Способи одержання й культивування протопластів.

13. Способи культивування протопластів.

14. Злиття протопластів (парасексуальна гібридизація).

15. Види соматичних гібридів.

16. Клітинна селекція. Методи клітинної селекції.

17. Генетичні основи застосування культури клітин рослин у селекційних цілях.

18. Типи клітинних культур, які використовуються у селекції.

19. Переваги клітинної селекції перед традиційними селекційними методами.

20. Мікроклональне розмноження й оздоровлення рослин.

21. Фактори, які впливають на процес клонального мікророзмноження.

22. Етапи мікроклонального розмноження рослин.

23. Методи клонального мікророзмноження.

24. Оздоровлення посадкового матеріалу від вірусів методами хіміотерапії й термотерапії.

25. Створення клітинних асоціацій.

26. Методи збереження генофонду. Методика кріоконсервації, способи уповільнення росту.

27. Безклітинні системи в біотехнології. Мембрани хлоропластів.

28. Одержання фотогальванічних елементів з використанням бактеріальних мембран.

29. Безклітинні білоксинтезуючі системи (ББСС).

Сфери застосування культур рослинних клітин

Культури клітин вищих рослин мають дві сфери застосування:

1. Вивчення біології клітини, яка існує поза організмом, зумовлює провідну роль клітинних культур у фундаментальних дослідженнях з генетики і фізіології, молекулярної біології і цитології рослин. Популяціям рослинних клітин притаманні специфічні особливості: генетичні, епігенетичні (залежні від диференційованої активності генів) і фізіологічні. При тривалому культивуванні гетерогенної за цими ознаками популяції відбувається розмноження клітин, фенотип і генотип яких відповідають даним умовам вирощування, отже, популяція еволюціонує. Усе це дозволяє вважати, що культури клітин є новою експериментально створеною біологічною системою, особливості якої поки мало вивчені. Культури клітин і тканин можуть служити адекватною моделлю при вивченні метаболізму і його регуляції в клітинах і тканинах цілої рослини.

2. Культивовані клітини вищих рослин можуть розглядатися як типові мікрооб'єкти, досить прості в культурі, що дозволяє застосовувати до них не тільки апаратуру і технологію, але й логіку експериментів, прийнятих в мікробіології. Разом з тим, культивовані клітини здатні перейти до програми розвитку, при якій з культивованої соматичної клітини виникає ціла рослина, здатна до росту і розмноження.

Можна назвати кілька напрямів створення нових технологій на основі культивованих тканин і клітин рослин:

1. Отримання біологічно активних речовин рослинного походження: традиційних продуктів вторинного метаболізму (токсинів, гербіцидів, регуляторів росту, алкалоїдів, стероїдів, терпеноїдів, що мають медичне застосування); синтез нових незвичайних сполук, що можливо завдяки вихідній неоднорідності клітинної популяції, генетичної мінливості культивованих клітин і селективного відбору клітинних ліній із стійкими модифікаціями, а в деяких випадках і спрямованому мутагенезу; культивовані в суспензії клітини можуть застосуються як мультиферментні системи, здатні до широкого спектру біотрансформацій хімічних речовин (реакції окислення, відновлення, гідроксилування, метилювання, деметилювання, глікозилування, ізомеризації). У результаті біотрансформації отримують унікальні біологічно активні продукти на основі синтетичних сполук або речовин проміжного обміну рослин інших видів.

2. Прискорене клональне мікророзмноження рослин, що дозволяє з одного екпланта отримувати від 10000 до 1000000 рослин на рік, причому всі вони будуть генетично ідентичні.

3. Отримання безвірусних рослин.

4. Ембріокультура і запліднення in vitro часто застосовуються для подолання постгамної несумісності або щуплості зародка, для отримання рослин після віддаленої гібридизації. При цьому запліднена яйцеклітина вирізається із зав'язі з невеликою частиною тканини перикарпа і поміщається на поживне середовище. У таких культурах можна також спостерігати стадії розвитку зародка.

5. Антерні культури – культури пиляків і пилку використовуються для отримання гаплоїдів і дигаплоїдів.

6. Клітинний мутагенез і селекція. Тканинні культури можуть виробляти регенеранти, які за фенотипом і генотипом відрізняються від вихідного матеріалу в результаті сомаклонального варіювання. При цьому в деяких випадках можна обійтися без мутагенної обробки.

7. Кріоконсервація та інші методи збереження генофонду.

8. Іммобілізація рослинних клітин.

9. Соматична гібридизація на основі злиття рослинних протопластів.

10.Конструювання клітин шляхом введення різних клітинних оганелл.

11.Генетична трансформація на хромосомному і генному рівнях.

12. Вивчення системи «господар – паразит» з використанням вірусів, бактерій, грибів і комах.