2. Морфогенез в каллусных тканях. Тотипотентность.

Морфогенез – возникновение организованных структур из неорганизованной массы клеток. Выделенная из организма растения клетка, при особых условиях проходит вторичную дифференцировку, в результате которой образуются органы или зародыши растения. Все это возможно, благодаря такому свойству клетки, как тотипотентность – способность реализовать генетическую информацию. (Любая растительная клетка содержит полный набор генов, характерный для того организма, из которого она была выделена). Иными словами из недифференцированной массы клеток могут образовываться дифференцированные структуры.

Характеристика каллусных клеток.

Сохраняются все физиологические особенности, свойственные клеткам растения: морозостойкость, устойчивость к абиотическим факторам (температура, засоление), синтез вторичных метаболитов. Но появляются и новые свойства:

а) Физиологическая асинхронность: клетки каллуса находятся в разных стадиях роста (одни делятся, другие растут, третьи стареют).

б) Генетическая гетерогенность: в клетках могут возникать полиплоидия, генные мутации и прочее. Это свойство служит основой для адаптации клеток каллуса.

в) Гормононезависимость возникает при длительном культивировании каллуса. Такие клетки начинают расти и внешне напоминают опухоль, могут образовывать уродливые органоподобные структуры.

Морфогенез может идти тремя способами:

Гистогенез: из каллуса образуются сосудистые элементы в зависимости от концентрации сахарозы. Если каллус обрабатываю смесью ауксина и сахарозы, то образуется флоэма; если смесью ауксина и небольшого количества сахарозы, то образуется ксилема.

Органогенез – это образование органов растения (корни, побеги) из каллуса. Процесс происходит под действием определенного соотношения фитогормонов: если преобладает ауксин, то образуются корни, если кинин – побеги.Причем важнейшим условием для органогенеза является присутствие в питательной среде аммонийного и нитратного азота, а также других фитогормонов (гибберилин, этилен и др.).

Соматический эмбриогенез.

Процесс можно выразить так: каллус – зигота – зародыш (эмбрион). Такой соматический зародыш точнее воспроизводит генотип исходного растения. Практический интерес заключается в получении искусственных семян.

Успехи экспериментального морфогенеза весьма значительны (данные получены для 130 видов растений). Изучение экспериментального морфогенеза привело к созданию технологии клонального микроразмножения растений – использование техники in vitro для быстрого неполового размножения растений.

3. Клональное микроразмножение растений и его преимущества.

Клональное микроразмножение – неполовое размножение растений с помощью метода культуры тканей, позволяющее получить растения идентичные исходному. В основе этого явления лежит свойство клеток – тотипотентность.

Преимущества:

1. Более высокий коэффициент размножения. (Естественным способом растения может дать 5-100 потомков, а при помощи клонального размножения можно получить миллионы особей).

2. Миниатюризация процесса, что ведет к экономии площадей.

3. Оздоровление посадочного материала: для клонирования берут первичные меристемы стебля, всегда свободные от инфекций.

4. В условиях in vitro размножаются даже те растения, которые в естественных условиях размножаются с трудом.

Процесс клонального микроразмножения идет в 3 этапа:

А) Получение хорошо растущей стерильной культуры (растение-донор, свободное от инфекций).

Б) Собственно размножение.

Клональное микроразмножение проводят разными способами.

Первый способ – активизация пазушных меристем, при этом на экспланте развивается много пазушных побегов; их отделяют и культивируют на питательной среде. Так размножают картофель, томаты, огурцы, яблоню, вишня, малину, гвоздику, розу и др.

Второй способ – стимулирование развитие почек из любых растительных тканей, которые их обычно не образуют. Этим способом обычно размножают томат, лук, чеснок, фиалки.

Третий способ – черенкование растения – экспланта.

Четвертый способ – образование соматических зародышей (морковь, редис, пшеница и др.)

В) Подготовка к высадке в поле или к реализации: растения, полученные in vitro, адаптируют к внешней среде, закаливают, подбирают почву.

Факторы, влияющие на клональное размножение:

• питательная среда, её состав и агрегатное состояние.

• состояние экспланта: возраст, размеры, таксономическая принадлежность растений-доноров.

• физические факторы: качество света влажность, температура, условия освещения.

Оздоровление посадочного материала начинается с момента стерилизации экспланта, таким образом, освобождают от бактерий, нематод, грибных инфекций, но остаются вирусы. Поэтому для культивирования берут клетки меристемы (конус нарастания), которые не содержат вирусы. Иногда этот метод дополняют термотерапией или хемитерапией.

Криосохранение.

Изменчивость клеток в условиях in vitro дает возможность получить новые штаммы с ценными признаками. Оптимальным способом хранения такой культуры является криоконсервация в жидком азоте (-196˚С). При сохранении в глубоко замороженном состоянии полностью прекращается обмен веществ, клетка не меняется, что обеспечивает сохранение генофонда. Трудности криосохранения растений связаны со спецификой растительных клеток: они имеют большие размеры, клеточную стенку и вакуоли, занимающие до 90 % от объема клетки. Поэтому при замораживании в клетку вводят криопротекторы (сахара, этиленгликоль, глицерин), которые переводят воду в аморфное состояние, образуя коллоидные растворы. Лучше всего переносят замораживание клетки меристемы. Ученым удалось получить здоровые растения из размороженных культур моркови, табака и некоторых других.