Выращивание растений на питательной среде из одной или нескольких клеток занимается

Добавил пользователь Алексей Ф.
Обновлено: 19.09.2024

Когда сидишь в кинотеатре, закусывая начос под просмотр охеренного фильма Гая Ричи , "Джентльмены", то ненароком просыпается вдохновение на написание постов. Ни в коем случае не хочу вас сподвигнуть на криминальный бизнес, но о микроклональном размножении и его использовании в мире рассказать желаю.

Если кто не успел посмотреть этот шедевр, то не ссыте, господа, спойлеров не будет. В фильме наркоторговец-ботаник выращивал у себя под землей кучу травы. И как у биолога, у меня возникло два вопроса: как и зачем выращивать столько травки в искусственных условиях. Ну зачем вы и без меня догадаетесь. А вот как - это уже не хухры мухры. Но сначала разберемся с определениями.

Микроклональное размножение - это один из способа вегетативного размножения растений "ın vıtro" (в пробирке). По сути, все мы подобным занимались, когда из всяких черенков и усиков выращивали клон растения, различия лишь в масштабах. Вы брали орган растения, а тут нужны клетки.

Ну а теперь перейдем к этапам. Для начала мы должны выбрать растение, которое нам необходимо вырастить в массовых масштабах. Так как пропаганда наркотиков запрещена, то выберем "картошку", будем так её называть.

Например, нам нужно много "крахмала". Сначала мы выбираем нужный нам сорт "картошки", в котором необходимого нам вещества больше всего. Далее проверяем её на всякие бяки, отводим к доктору в ботаническую поликлинику. Пока растение жалуется на своё здоровье и т.д, мы, как повар, готовим будущим клонам питательную среду. Среда - это смесь всяких вкусняшек, антибиотиков, фитогормонов для существования кусочка растения.

Вот наша здоровая "картошка" прибыла к нам в подвал, и мы романтишно-эротишно срезаем у нее почку, кусочек корня или кусочек листа. После эти кусочки измельчают в кашу и помещают в среду. Они тусят 1-2 месяца и пытаются развиваться. Из всего этого образуется каша - каллус. Это куча клеток, которые и дадут все растение. Потом взрослое растение готовят к пересадке.

Этот метод прекрасен тем, что на небольшой площади можно вырастить сотни растений, которые будут идентичны друг другу, будут более устойчивыми, а еще и производительность в них веществ выше. Теперь вы готовы стать фермером.

А вы уже пробовали выращивать что-либо подобным образом? Расскажите о вашем опыте в комментах. И не забываем поддерживать авторов лайками и подпиской.

Ваша Книга растений)

А вот тут можно дополнительно почитать наши статьи про микрозелень . а также про роль азота и фосфора в развитии растений.

К одному из направлений биотехнологии относится клонирование растений и животных. Полученные искусственным путем при делении клеток клоны полностью идентичны исходному организму. В отношении растений клонирование – это способ вегетативного размножения, которым давно пользуются садоводы. Получение нового растения из черенков, отростков, усов – не новинка, а проверенный временем способ. По сравнению с семенным размножением это наиболее быстрый и эффективный способ получения саженцев.

Что такое клонирование

Создание организмов с одинаковым генетическим набором – это и есть клонирование. В растительном мире оно не представляет особой сложности, так как клетки продолжают деление в ходе роста и дифференцировки на ткани. Для элементарной единицы всего живого характерно свойство тотипотентности – способность дать начало любой клетке.

В ядре заложена генетическая информация, в которой полностью собраны все данные о конкретном растении. Это дает возможность из небольшого ростка или клетки воспроизвести организм, который является клоном — точной копией исходного растения.

Клонирование в природе происходит на протяжении миллиардов лет. В этом случае растения размножаются бесполым путем (вегетативно). Земляника укореняется с помощью усов. Этот же способ используют лапчатка гусиная и лютик ползучий.

Черника образует новые кустики за счет боковых побегов. Из водных растений прекрасно клонирует себе подобных стрелолист обыкновенный, горизонтальные побеги которого распространяются по дну водоема. На прибрежных отмелях растет водокрас, образующий усы для продолжения рода.

Молодой побег, попадая в благоприятные условия, способен укорениться и дать начало новому растению. Для некоторых представителей фауны это наиболее оптимальный способ размножения, который помогает быстро расселиться, сохранить свой ареал и занять новые местообитания.

Многие виды растений занесены в Красную книгу:о и находятся на грани исчезновения. Восстановить растительный мир способен метод клонирования.

Получать клоны от редких растений и высаживать их в благоприятные природные условия – это один из вариантов увеличения их численности, шанс сохранить некоторые виды.

Плюсы и минусы получения клонов

Садоводы давно занимаются клонированием растений, поскольку этот метод обладает целым рядом преимуществ:

Из недостатков следует отметить:

Для клонирования используются клетки апикальной меристемы (верхушки побегов или кончики корешков), которые способны к быстрому делению.

Сбалансированная по всем компонентам питательная среда поможет создать полноценное питание для растений. При нарушении гормонального баланса прекращается дифференциация клеток и происходит рост бесформенной клеточной массы или каллуса.

Поэтапное клонирование растений

При клонировании растений в домашних условиях используют необходимое количество черенков выбранных сортов. Используют здоровое и продуктивное растение, чтобы получить высокую урожайность или декоративность сорта. Выращивают в зимний период для последующего высаживания в грунт саженцев с заданными качествами.

1 этап

На начальном этапе клонирования действуем следующим образом:

Корни в обычной воде прорастают медленно: потребуется 1-2 недели, чтобы увидеть начало образования молодых корешков. Ускорить процесс помогут стимуляторы корнеобразования, а для этого черенки помещают в питательный раствор.

Рассмотрим, как происходит клонирование с применением регуляторов корнеобразования. Биохимиками создано значительное количество различных стимуляторов. Как пример: препарат растительного происхождения Bio Roots, который усиливает рост и укрепляет корни, что помогает растению быстрее сформироваться.

Другой вариант стимулятора – это гель. Подходит гель гель Bioclone B.A.C., а также варианты отечественных производителей — Hesi ClonFix и Maxiclon. В них на несколько часов опускают место среза, чтобы гель попал во внутреннюю часть стебля. Затем черенок переносят в субстрат, которым служит кокосовое волокно или минеральная вата. Это стерильная среда, в которой идет процесс корнеобразования. Она способна удерживать влагу, питая корни.

Обратите особое внимание на выбор корнеобразующего средства. В его состав входят витамины, гормоны, другие важные для роста компоненты.

От выбора зависит дальнейший рост растения или его гибель. Обратитесь к специалисту, который подскажет наиболее оптимальный вариант для конкретной растительной культуры.

2 этап

Клоны размещают в камере увлажнения со специальными выемками. Корневая система постоянно орошается питательным раствором. Температура и влажность устанавливается разово, а затем ее нужно просто контролировать.

Когда корни сформированы, важно создать оптимальный баланс питательных веществ, чтобы черенок превратился в крепкое, молодое растение. Достаточное количество тепла и света довершат процесс.

При клонировании растений создаются следующие условия:

Освещение на протяжении суток. Подойдут энергосберегающие или флюоресцентные лампы, обладающие широким спектральным диапазоном. Чтобы контролировать время освещения применяют таймеры для ламп.
Уровень увлажненности – в пределах 80%.
Средний температурный диапазон составляет +22-+25 °С, но он может меняться, исходя из конкретного вида растения. Тепловой режим необходимо постоянно контролировать.

Даже при правильном уходе надеятся на 100% результат бессмысленно, поэтому изначально нужно использовать значительное количество растительного материала.

Полезно установить рядом с клонами панели белого цвета. Процесс клонирования ускоряется, так как белая поверхность отражает широкий спектр цвета, необходимого для фотосинтеза и укоренения.

Клонированные деревья

Например, в Институте Леса НАН, в лаборатории генетики и биотехнологии выращивают клоновые леса и рощи. Их цель – изучить необходимые условия, чтобы ускорить процесс восстановления лесов, ведь для получение дерева и травянистого растения требуется разный временной промежуток.

Примеры клонирования – на лабораторных полках. В пробирках, in vitro, находятся разного возраста хвойные и широколиственные лесные саженцы.

Элитный побег разделяют на множество частей и выращивается на питательной среде в оптимальных условиях:

влажность – 50%;
температура – 23 °С;
интенсивность освещения – 5000 люкс.

Сформированные саженцы попадают на плантации, где происходит их акклиматизация. Такие работы проводятся в промышленных масштабах. В специально оборудованных, огромных боксах массово выращивают саженцы лиственных и древесных пород, которые дают начало большому количеству древесных пород.

Просчитан экономический эффект при клонировании лесов. Это не только лесные массивы, дающие кислород. Осины и березы используют в качестве топлива, а ясень, дуб и липа пригодятся в мебельной и строительной отрасли.

Клонирование дает шанс на укоренение и получение саженцев редких, экзотических растений. Это возможность сохранение растительного генофонда планеты. Использование в частных хозяйствах дает возможность использовать новые, продуктивные сорта, которые сложно или долго размножаются другими способами. Решив использовать метод клонирования, необходимо взвесить все плюсы и минусы процесса, досконально изучить его и только затем приступать к делу.

Метод культуры тканей служит одним из главных инструментов современных биотехнологий, позволяя решать практические проблемы физиологии, биохимии и генетики растений. Искусственное выращивание материала проводится с соблюдением определенных условий: стерилизации, температурного режима и с выдержкой в специальной питательной среде.

Сущность

Метод культуры тканей представляет собой их длительное сохранение и/или искусственное выращивание в лабораторных условиях на питательной среде. Эта технология позволяет создать биологическую модель для изучения различных процессов в клетках, существующих вне организма растений, человека и животных.

Вам будет интересно: Изучение английского по "Скайпу": отзывы о преподавателях и школах

В основе размножения культуры тканей растений лежит свойство тотипотентности – способности клеток развиваться до целого организма. У животных это реализуется только в оплодотворенных яйцеклетках (за исключением некоторых видов кишечнополостных).

История развития

Первые попытки культивирования растительных тканей предпринимались немецкими учеными на рубеже XIX-XX вв. Несмотря на то, что они оказались неудачными, был сформулирован ряд идей, которые подтвердились в дальнейшем.

В 1922 г. В. Роббинс и В.Котте, независимо друг от друга, смогли вырастить кончики корней кукурузы и томатов на искусственной питательной среде. Детальная проработка техники культуры клеток и тканей началась в 30-е гг. XX в. Р. Готре и Ф. Уайт доказали, что при периодической пересадке тканевых культур в свежую питательную среду они могут расти неограниченно долго.

К 1959 г. в лабораторных условиях выращивалось уже 142 вида растений. Во второй половине XX в. началось также использование диспергированных (разобщенных) клеток.

Типы исследуемого материала

Различают 2 основных вида культур тканей растений:

Получаемые без разрушения и сохраняющие характерные особенности, присущие живому организму.
Извлекаемые в результате расщепления (химического, ферментативного или механического) из первичной ткани. Могут формироваться из одной или нескольких клеточных культур.

По способу выращивания выделяют следующие методы:

Одним из основных видов тканей для физиологических исследований служат каллусные, возникающие при неблагоприятных внешних факторах (обычно при механическом травмировании). Они обладают способностью к утрате специфических характеристик, присущих исходной ткани. В результате клетки каллуса начинают активно делиться и образуются части растения.

Необходимые условия

Успешность метода культуры тканей и клеток зависит от следующих факторов:

В качестве питательных сред в настоящее время применяют готовые коммерческие составы (Мурасиге и Скуга, Гамборга и Эвелега, Уайта, Као и Михайлюка и другие).

Достоинства и недостатки

Преимуществами метода культуры клеток и тканей являются:

хорошая воспроизводимость полученных результатов;
регулирование межклеточных взаимодействий;
небольшой расход реагентов;
генетическая однородность клеточных линий;
возможность механизации процесса выращивания;
контроль над условиями содержания клеток;
низкотемпературное хранение живых культур.

К недостатком данной биотехнологии относят:

необходимость соблюдения строгих условий асептики;
нестабильность свойств клеток и возможность их нежелательного смешения;
дороговизна химических реагентов;
неполная равноценность культивируемых тканей и клеток в живом организме.

Применение

Метод культуры тканей используется для проведения исследований:

процессов внутри клеток (синтез ДНК, РНК и белков, обмен веществ и влияние на него с помощью лекарственных препаратов);
межклеточных реакций (прохождение веществ через клеточные мембраны, работа комплекса гормон-рецептор, способность клеток слипаться друг с другом, формирование гистологических структур);
взаимодействия с окружающей средой (поглощение питательных веществ, заражение инфекциями, процессы зарождения и развития опухолей и другие);
результатов генетических манипуляций с клетками.

Перспективными направлениями биологии и фармакологии, при развитии которых используется данная технология, являются:

Содержание

История

В XIX веке английский физиолог С. Рингер разработал солевой раствор [1] , содержащий хлориды натрия, калия, кальция и магния для поддержания биения сердца животных вне организма. В 1885 году Вильгельм Ру установил принцип культивирования тканей, извлек часть костного мозга из куриного эмбриона и держал его в теплом физрастворе в течение нескольких дней [2] . Росс Гранвилл Харрисон, работавший в Медицинской школе Дж. Хопкинса, а затем в Йельском университете, опубликовал результаты своих экспериментов в 1907 −1910 годах, создав методологию культивирования тканей. Методы культивирования клеток получили значительное развитие в 1940-х 1950-х годах в связи с исследованиями в области вирусологии. Выращивание вирусов в культурах клеток дало возможность получения чистого вирусного материала для производства вакцин. Вакцина против полиомиелита стала одним из первых препаратов, массово произведенных с использованием технологии культивирования клеток.

Основные принципы культивирования

Выделение клеток

Выращивание клеток

Клетки выращивают в специальных питательных средах, при постоянной температуре и в специальной газовой среде в инкубаторе клеточных культур [6] [7] . Питательные среды для разных культур клеток различаются по составу, pH, концентрации глюкозы, составу факторов роста и др [8] . Факторы роста, используемые в питательных средах, чаще всего получают из крови. Одним из факторов риска при этом является возможность заражения культуры клеток прионами или вирусами. При культивировании одной из важных задач является исключение или сведение к минимуму использование зараженных ингридиентов. Однако на практике это бывает достигнуто не всегда. Клетки можно выращивать в суспензии, либо в адгезивном состоянии. Некоторые клетки (такие, как клетки крови) в естественных условиях существуют во взвешенном состоянии. Существуют также линии клеток, искусственно измененных таким образом, чтобы они не могли прикрепляться к поверхности, это сделано для того, чтобы увеличить плотность клеток в культуре. Для выращивания адгезивных клеток требуется поверхность, например, культура ткани, или пластик, покрытый элементами внеклеточного матрикса для улучшения сцепных свойств, и для стимулирования роста и дифференцирования. Большинство клеток из мягких и твердых тканей адгезивны. Из адгезивного типа культуры выделяется органотипический тип культуры клеток, который представляет собой трехмерную среду, в отличие от от обычной лабораторной посуды. Этот система культивирования физически и биохимически наиболее схожа с живыми тканями, но имеет некоторые технические сложности в обслуживании (например, нуждается в диффузии).

Перекрестное загрязнение клеточных линий

При работе с клеточными культурами ученые могут столкнуться с проблемой перекрестного загрязнения. Судя по результатам исследований, можно предположить, что в 15-20 % случаев клетки, используемые в экспериментах были испорчены, или были загрязнены клетками других клеточных линий [9] .

Особенности выращивания клеток

При выращивании клеток, из-за постоянного деления может возникнуть их переизбыток в культуре. В результате чего могут возникнуть следующие проблемы:

Накопление в питательной среде продуктов выделения, в том числе токсичных.
Накопление в культуре омертвевших клеток, прекративших жизнедеятельность.
Скопление большого количества клеток оказывает негативное влияние на клеточный цикл, рост и деление замедляются, а клетки начинают стареть и отмирать (контактное ингибирование роста).
По той же причине может начаться клеточное дифференцирование.

Для поддержания нормального функционирования культур клеток а также для предотвращения негативных явлений периодически проводят замену питательной среды, пассажирование и трансфекция клеток. Во избежание загрязнения культур бактериями, дрожжами, или другими линиями клеток, все манипуляции обычно проводят с соблюдением правил асептики в стерильном боксе. Для подавления микрофлоры в питательную среду могут быть добавлены антибиотики (пенициллин, стрептомицин) и противогрибковые препараты(амфотерицин Б).

Одним из продуктов метаболизма в клетках являются кислоты, вследствие чего pH среды постепенно снижается. Для контроля кислотности питательных сред, в них добавляют индикаторы pH. Если культура клеток адгезивная, питательную среду можно полностью заменять.

Пассажирование клеток

Пассажирование (разделение) клеток — это отбор небольшого количества клеток для выращивания в другом лабораторном сосуде. Культуру клеток можно использовать значительно дольше, если регулярно осуществлять отбор клеточного материала, что позволяет предотвратить преждевременное старение культуры вследствие повышения плотности заселения клеток. Суспензивные культуры пассажировать проще, так как для этого достаточно всего лишь отобрать необходимое количество клеток, поместить их в другие сосуды, и добавить свежей питательной среды. Адгезивные же клетки перед этим следует разделить. Чаще всего для этой цели используют смесь трипсина и ЭДТУ или другие ферментные смеси. Небольшое количество раздельных клеток может быть использовано для заселения новой культуры.

Трансфекция и трансдукция

В клетки при их выращивании можно внедрять чужеродную ДНК путем трансфекции (невирусный метод). Часто данную технологию применяют для управляемой экспрессии генов. Сравнительно недавно для этих целей была успешно реализована трансфекция иРНК.

ДНК также может быть внедрена в геном клетки с помощью вирусов или бактериофагов. Они, являясь внутриклеточными паразитами, как нельзя лучше подходят для этих целей, так как внедрение генетического материала в клетку-хозяина является обычной частью их жизненного цикла [10] . Этот метод называется трансдукция.

Линии клеток человека

Одна из самых ранних культур клеток человека, полученная от Генриетты Лакс, которая умерла от рака шейки матки. Культура клеток ядра окрашены в синий цвет.

Использование клеточных культур

Массовое культивирование клеток является основой для промышленного производства вирусных вакцин и разнообразных продуктов биотехнологии.

Продукты биотехнологии

Промышленным методом из культур клеток получают такие продукты, как ферменты, синтетические гормоны, моноклональные антитела, интерлейкины, лимфокины, противоопухолевые препараты. Хотя многие простые белки относительно просто могут быть получены с использованием рДНК в бактериальных культурах, более сложные белки, такие как гликопротеины, в настоящее время могут быть получены только из животных клеток. Одним из таких важнейших белков является гормон эритропоэтин. Стоимость выращивания культур клеток млекопитающих является довольно высокой, поэтому в настоящее время проводятся исследования по возможности производства сложных белков в культурах клеток насекомых или высших растений.

Тканевые культуры

Культивирование клеток является неотъемлемой частью технологии культивирования тканей и тканевой инженерии, поскольку именно оно определяет основы выращивания клеток и поддержания их в жизнеспособном состоянии ex vivo.

Вакцины

С применением методики культивирования клеток в настоящее время выпускаются вакцины против полиомиелита, кори, эпидемического паротита, краснухи, ветрянки. Вследствие угрозы пандемии гриппа, вызываемого , в настоящий момент правительство Соединенных Штатов финансирует исследования по получению вакцины против с использованием клеточных культур.

Культуры клеток не млекопитающих

Культуры клеток растений

Культуры клеток растений как правило выращиваются в виде суспензии в жидкой питательной среде, либо каллусной культуры на твердой питательной основе. Культивирование недифференцированных клеток и каллуса требует соблюдения определенного баланса гормонов роста растений ауксинов и цитокининов.

Бактериальные, дрожжевые культуры

Для культивирования небольшого количества клеток бактерий и дрожжей клетки высеивают на твердую питательную среду на основе желатина или агар-агара. Для массового производства применяют выращивание в жидких питательных средах (бульонах).

Вирусные культуры

Культуры вирусов выращивают на культурах клеток млекопитающих, растений, грибов или бактерий, в зависимости от природного хозяина конкретного типа вирусов. Но при некоторых условиях могут быть выращены и в клетках другого типа.

В этом случае культура клеток сама служит средой для роста и репликации вируса.

Читайте также: