Тақырып 2. Өсімдік клеткаларын in vitro жағдайында өсіру әдістері.

Жоспар:

1. Қоректіқ орталар. Қоректік ортаның құрамындағы минералды тұздар, көмірсулар, витаминдер, фитогормондар, амин қышқылдары.

2. Жасушаларды өсіруге арналған қоректік орталардың негізі. Қоректік орталардағы макро - және микроэлементтері.

3.Жасуша тіршілігіндегі маңызды витаминдер. Фитогормондар қоректік ортаның маңызды компоненттері.

4. Клеткалардың өсуіне аэрацияның әсері. Қоректік ортаның осмос қысымы.

1. Қоректіқ орталар. Қоректік ортаның құрамындағы минералды тұздар, көмірсулар, витаминдер, фитогормондар, амин қышқылдары.

Қоректіқ орталар. Қоректік ортаның құрамындағы минералды тұздар, көмірсулар, витаминдер, фитогормондар, амин қышқылдары. Жасушаларды өсіруге арналған қоректік орталардың негізі. Қоректік орталардағы макро - және микроэлементтері. Жасуша тіршілігіндегі маңызды витаминдер. Фитогормондар қоректік ортаның маңызды компоненттері. Қоректік ортадағы комплекстік органикалық қосындылар. Макромолекулалардың ферменттердің құрылымы және активтілігі рН деңгейіне байланыстылығы.

Мурасиге мен Скуг, Шенк – Хильдебранд, Гамборг В₅, Уайт, Хеллер, Линсмайер – Скуг қоректік орталары. Стандартты қоректік орталардың құрамы. Органикалық компоненттердің жиынтығы мен концентрациясы. Қоректік ортаның құрамы өсімдікке үйлесімді болудағы математикалық жоспарлау әдісі. Жасушаларды өсіруге кажетті жағдайлар. Өсімдіктің in vitro жағдайында өсетін жасушаларын тигізетін ықпалдар. Жасушаларды өсіру үшін қажеті температура. Клеткалардың өсуіне әсер ететін сыртқы факторлардың бірі - жарық. Жасушалық технологияны жасаудағы жарықтың сапасы мен қарқындылығы. Клеткалардың өсуіне аэрацияның әсері. Қоректік ортаның осмос қысымы. Каллусты алу және оны өсіру. Каллус ұлпасының in vitro жағдайында пайда болуы. Каллусогенез процесі. In vitro жағдайында маманданған (дифференцияланған), бөліну қабілеті тежелген клеткалар қайтадан бөлінуі. Каллус түзілуінің әр түрлілігі. Каллустар морфологиялық белгілері (тығыздығы, түктенуі, түсі) және өсу қарқындылығы мен көгеру қабілеті. Өсімдіктің каллус жасушаларының өсіру жағдайлары. Каллус клеткаларындағы морфогенез процестерінің әртүрлілігі. Клеткаларды сұйық қорекгік ортада өсіру. Сұйық қоректік ортаның құрамы. Дисперленген суспензияны алудағы қоректік ортаның құрамының ролі. Жаңа қоректік ортаға көшіретін суспензияның бөлігі.

Суспензиядағы клеткаларды өсіру әдістері. Мерзімді өсіру. Өсіру циклі. Қорландырып өсіру. Суспензиядағы клеткаларды үзіліссіз өсіру. Үзіліссіз өсіру тәсілінің артықшылықтары. Үзіліссіз өсірудің й жүйелері.

Өсімдік клеткаларын сұйық қоректік ортада өсіруге арналған қондырғылар.

Суспензиядағы клеткаларды өсірудегі хемостат пен турбидостат принциптері.

Клетка - организмнің негізгі құрылымдық және қызметтік бөлшегі болғандықтан, тіршілікке тән процестер мен құбылыстардың қандайын болмасын клетка деңгейінде зерттеуге болады. Сондықтан, іn vitro жағдайында өсетін клеткалар мен ұлпалар биологияның түрлі салаларында теориялық мәселелерді анықтау үшін пайдаланылады. Олар өсімдіктер метаболизмінің және оның реттелуін, өсу және даму процестерін зерттеу үшін теңі жоқ моделъ болып есептеледі. In vitro жағдайында өсірілетін клеткалар басқа ұлпалардың, тіпті мүшелер мен бүтін организмнің ықпалынан тыс болады. Сол себептен мұндай клеткаларды пайдаланып барлық процестерді «таза» түрінде зерттеуге болады.

Бұл әдістің құндылығы - өсу жағдайларын қатал бақылауға болады және әр түрлі химиялық, физикалық сыртқы факторлардың әсерінің тиімділігін арттыруға мүмкіншілік береді. Тәжірибелік объектілерді жыл бойы үздіксіз өсіруге болады. Клеткаларды асептикалық жағдайда өсіргендіктен, оларға микроорганизмдер тарапынан ешбір әсер (артефакт) болмайды.

Осы атап өткен артықшылықтар, in vitro жағдайында өсетін клеткаларды табиғи күйге жақын биологиялық модель ретінде қолданып, өсімдіктер физиологиясы, биохимиясы және генетикасының бірқатар мәселелерін зерттеуге мүмкіншілік береді. Клеткаларды эксперименттік модель ретінде пайдалану үшін, олардың жақсы өсуіне қолайлы жағдай туғызу қажет. Сонда ғана клеткалардың in vitro күйіне тән гендер экспрессиясы in vitro жағдайында да өтеді, яғни олардың бүтін организмдегі клеткалардан айырмашылығы жоқтын қасы деуге де болады.

Өсімдіктен бөлініп алынған клеткалар бүтін организмге тән механикалық және физико-химиялық қорғаныштық жүйелерінен және клеткааралық әрекеттесуліктен айырылады. Сондықтан олар кез келген әсерге өзінің «жауап реакциясын» тікелей көрсетеді. Сөйтіп, клеткалар күйін ең алғашқы қарапайым процестердің деңгейінде зерттеуге болады.

Сонымен қатар, ғылыми зерттеулер жүргізу үшін бастапқы өсімдіктерден анағұрлым айырмашылықтары бар, жасанды түрде өзгертілген клеткалар, яғни мутанттар өте бағалы. Мутагенез бен клеткалық селекция әр түрлі белгілері бар мутант клеткалар линияларын шығаруға мүмкіншілік береді. Мысалы, метаболизмі немесе морфогенезі өзгерген мутанттар. Қазір in vitrо жағдайында шығарған метаболиттік мутанттардың саны көбеюде. Негізгі және косымша метаболизмдерді зерттеуге, жеке ферменттердің кызметін арттыру немесе тежеу аркылы зат алмасу процесінін реттелуін және әр түрлі факторлардың метаболизмге әсерін аныктауға өсірілетін клеткалар колданылады.

Өсу, дифференциялану және морфогенез процестерінің мәнін ұғу физиологиянын ен бір манызды мәселесі. Оларды молекулалык биология мен генетика әдістерін колданып іп үііго жағдайында өсірген клеткаларда зерттеуге өте ынғайлы. Сол моделъ-клеткаларында әр түрлі сырткы (температура, жарык, гравитация) және ішкі факторлардын, әсіресе фитогормондардын клеткалардын бөлінуіне, созылып өсуіне, дифференциялануына және морфогенезге ыкпалы зерттеледі. Мысалы, гормондардьщ әсерін және онын механизмін зерттеу үшін әр түрлі модельдер пайдаланыладын протопластар, жеке клеткалар, үлпалар, мүшелер, регенерант өсімдіктер. Гормондардын кызметін және ыкпал ету механизмін зерттеуге өте колайлысы - гормонсыз өсетін клеткалар, яғни гормондарға тәуелсіз (прототрофты) клеткалар. Мүндай клеткалар мутагенез бен клеткалык селекция аркылы пайда болады, немесе үзак өсірген каллустан шығады. Сонымен катар, ісік клеткалары да өсу үшін гормондарды кажет етпейді.

Іп УІҮО немесе іп үііто жағдайында болсын, дифференциация мен морфогенезді зерттеудегі негізгі әдістемелік тәсіл ол физиологиялык эксперимент. Онын барысында бакылау және тәжірибе варианттары жан-жакты зерттеліп, морфогенездік өзгерістерге турткі боларлык факторлар және сол морфогенездік реакциялардын өту мезгілі аныкталады. Организмнін даму процесіндегі генетикалык информациянын іске асу мерзімін іп үііго жағдайында әр түрлі сырткы факторлардын әсерімен пайда болған морфогенетикалык мутанттарды колданып аныктауға болады. Морфогенетикалык мутанттарда нормалы морфогенездін кейбір кезендерінін өтуіне бөгет ететін кемістіктері (дефекттері) болады. Мысалы, сабак, не жапырак, немесе тамыртүзе алмайтын темекі каллустары бар. Сондай-ак каллустан шыккан кейбір регенерант өсімдіктердін гүлдеуге кабілеті болмайды. Осындай кемістігі бар клетка клондарын биохимиялык түрғыдан зерттеу -морфогенез процесінін түп мәнісін ашудьщ бірде бір жолы.

Ісік клеткаларыньщ өсу зандылыктарын зертгеу үшін ынғайлы биологиялык модель кажет. Ісік клеткаларды өсіру әдісі сондай модель жасауға мүмкіндік береді. Ісік үлпаның күрьшымдык және метаболиттік ерекшеліктерін білу үшін оны сау үлпалармен салыстыру керек.

Өсімдік клеткаларының физиологиясын зерттеу үшін протопластар өте колайлы. Протопластарды өсіре отырып, клетка кабығынын күрамы мен күрылымын, бүрынғы калыпына келуі мен өсуінін механизмдерін және оған гормондар мен баска факторлардын әсерін аныктайды. Сонымен катар, протопластар плазмалемманын күрамы мен кұрылысын және ол аркылы заттардын тасымалдануын зерттеуге колданылады. Протопластар клеткааралык әрекеттесуді нормада және оньщ гормондар, патотоксмндер, ингибиторлар ыкпалымен өзгеруін зерттеу үшін де колайлы модель. Протопластарды суға салса олар жарылады, соның аркасында клетка ішіндегі органоидтарды бөліп алуға болады. Мысалы, осы әдіспен ғана бүзылмаған тонопласты (вакуольді коршаған мембранасын) таза түрінде бөліп алуға мүмкіншілік туды. Бүрын клетканын органоидтарын бөліп алу үшін дағдылы әдістерді колданғанда вакуоль мен онын мембранасы ылғи бүлінуші еді.

Клеткалар және регенерант өсімдіктер фотосинтез процесінін өнімділігін және оның генетикалык реттелуін аныктауға өте колайлы модель. Клеткалар іп УІІГО жағдайыңда үйымдаспай өскен кезде фотосинтез процесіне байланысты бірталай генетикалык өзгерістерге үшырайды. Аяғында бүл өзгерістер соңдай клеткадан шыккан регенерант өсімдікке де даруы мүмкін. Сондыктан, өсірілетін клеткалар фотосинтездік әрекет және онын өсімдік өнімділігіне, жалпы түсімге косатын үлесін зерттеуге өте колайлы.

Іп үііго жағдайында өсірілетін клеткалар сомалык клеткалардын генетикасын зерттеуге де өте ынғайлы. Бүнда интакт өсімдіктерден алынған клеткалармен катар клеткалык және гендік инженериянын әдістерімен шығарылған, табиғатта бүрын болмаған клеткалар модель ретінде колданылады. Сол әдістермен ядролар, хлоропластар және митохондриялар әр килы топтастырылып, әр түрлі генетикалык информация иеленген сомалык будан клеткалар жасалады.

Өсімдіктердін түрлі колайсыз факторларға (жоғары және төмен температура, топырактын түздануы, иондайтын рентген сәулелері т.б.) төзімділігін іп үйго жағдайында өсірілген клеткаларды модель ретінде пайдаланып зерттейді. Фитопатологиянын түрлі күбылыстары, ауру өсімдіктін физиологиясы мен биохимиясы, онын патогенмен әрекеттесуі де сондай модельдерде зерттеледі. Бүл тәсілмен клетканын патогеннің әсеріне төтеп берерлік реакциясын байқауға болады.

3. Дәріс