90 % Общего объема клетки, т.Е. Клетка представляет собой как бы

резервуар с водой, которая необходима для ее нормальной

жизнедеятельности. Поэтому основные факторы, способные привести

клетку к гибели при замораживании, —это образование льда и

дегидратация. Обычно кристаллы льда сначала образуются во

внешнем растворе вокруг клеток. Максимальная скорость их роста в

зависимости от состава раствора находится в пределах температур от

-20 до -60 °С. При температуре –40 °С рост кристаллов льда

289

совершенно прекращается. Следовательно, и при замораживании, и

при оттаивании клеткам очень важно с оптимальной скоростью

«проскочить» температуру образования льда. Кристаллы

внеклеточного льда могут механически разрушать клетки. Кроме

того, они играют водоотнимающую роль, что приводит к

значительной дегидратации клетки и возможной ее гибели от ос-

мотического стресса. При очень быстром замораживании лед может

образовываться и внутри клеток, что ведет к разрушению в ней

многочисленных мембран.

Избежать кристаллизации льда помогла бы витрификация воды,

т. е. затвердение ее в аморфном состоянии. Получить витрификацию

чистой воды практически невозможно. Но в коллоидных растворах

скорость образования центров кристаллизации и роста кристаллов

льда снижается и повышается температура, при которой их рост

прекращается. Все это облегчает витрификацию. Добавление

криопротекторов также затрудняет кристаллизацию льда и

способствует витрификации.

Наиболее известны такие криопротекторы, как

диметилсульфоксид (ДМСО), различные сахара, глицерин,

этиленгликоль и их производные. Действие криопротекторов состоит

в снижении количества свободной воды, повышении вязкости

раствора. Все криопротекторы делят на две группы: проникающие и

непроникающие. Это разделение достаточно условно. Так, глицерин

—первое вещество, определенное как криопротектор, может про-

никать в клетку, если его добавлять при комнатной температуре, или

выступать как непроникающее соединение, если его добавлять при

температуре 0 °С. Принято считать, что непроникающие

криопротекторы специфически влияют на мембрану, повышая ее

проницаемость. Применение сильных, проникающих в клетку

криопротекторов ограничено их токсичностью. Поэтому обычно

используют смеси криопротекторов, так как в них токсичность одного

из веществ снижается за счет присутствия другого.

Жизнеспособность клеток после замораживания зависит не

только от предупреждения образования льда, но и от их состояния.

Крупные вакуолизированные клетки погибают гораздо чаще, чем

мелкие меристемоидные. Поэтому на этапе подготовки культуры к

замораживанию ее культивируют в условиях, способствующих

образованию мелких клеток и синхронизации их деления.

Кроме того, концентрирование клеток в культуре, т.е. увеличение

ее плотности, способствует повышению выживаемости клеток после

замораживания.

290

Таким образом, криосохранение достаточно надежно обеспе-

чивает сохранение генофонда. Перспективность этого метода под-

тверждается возобновлением после хранения в жидком азоте

суспензионных культур моркови, явора, кукурузы, риса, сахарного

тростника; каллусных —тополя, маршанции, сахарного тростника;

андрогенных эмбриоидов —беладонны, табака и др. Из вос-

становленных после замораживания культур моркови и табака

удалось регенерировать целые растения. После быстрого замора-

живания сохранили жизнеспособность меристемы земляники,

малины, гвоздики, томатов, картофеля и ряда других растений.

Однако для криосохранения требуется сложная работа по подбору

условий, обеспечивающих выживание клеток и, следовательно,

возможность последующей регенерации из них целых растений.

Необходимо учитывать генетические и морфофизиологические

особенности клеток, способность к закаливанию, уровень

проницаемости клеточных мембран, подбор криопротекторов,

скорость снижения температуры при замораживании, условия

оттаивания.

Ключевые слова и понятия

антиоксиданты

витрификация воды

криопротекторы

криосохранение

микроклональное размножениие

тотипотентность

фитогормоны

экспланты

291

ЛЕКЦИЯ 16. МОЛЕКУЛЯРНО-ГЕНЕТИЧЕСКИЕ

ОСНОВЫ ГЕНЕТИЧЕСКОЙ ИНЖЕНЕРИИ

1 Структура наследственного материала.

2 Реализация генетической информации.

3 Свойства генетического кода.

1 Структура наследственного материала.

Молекулярная генетика исследует процессы, связанные с

наследственностью на молекулярном уровне. Единицей генетической

или наследственной информации является ген. Ген –это участок

молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), несущей

информацию об одной полипептидной цепи.

Особенности того или иного организма определяются

специфичностью его белков. Именно они влияют на обмен веществ,

жизнедеятельность и отдельные функции организма, такие, как

развитие, восприятие внешних сигналов, движение и т.п. С

молекулярной точки зрения белки реализуют все разнообразие

генетической информации, именно они и наследуются. Белки состоят

из аминокислот, которые соединены между собой пептидной

связью. В состав белков входит 20 различных аминокислот.

Информация о структуре каждого белка записана и хранится в

молекуле ДНК.

Молекула ДНК –полимер, состоящий из двух цепочек

нуклеотидов. Каждый нуклеотид состоит из азотистого основания,

моносахарида

дезоксиорибозы (рис.10) и

остатка фосфорной кислоты.

Азотистые основания в ДНК

бывают четырёх типов:

аденин (А), тимин (Т),

гуанин (Г) и цитозин (Ц).

Вдоль нити ДНК азотистые

основания прочно связаны

между собой через

моносахарид и остаток

фосфорной кислоты

фосфодиэфирной связью (рис.