8.4. Культура ізольованих протопластів, клітин і тканин
Суть методу культури ізольованих протопластів, клітин і тканин полягає у вирощуванні їх на спеціально підібраних поживних сумішах, які містять макро- і мікроелементи, цукри, вітаміни і фітогормони. Змінюючи склад поживних сумішей у сполученні з температурою, світлом і повітряним режимом, можна викликати утворення калусу, диференціацію клітин і регенерацію цілої рослини. Крім того, цей метод дозволяє вести клітинну селекцію, соматичну гібридизацію, генну інженерію.
Ідея вирощування ізольованих клітин, тканини і органів поза цілим рослинним організмом належить Г. Габерландту (1902 р.). Подальша детальна розробка цього методу здійснена Ф. Уайтом (США) і Р. Готре (Франція) у 1932–1934 рр. У СРСР координаційним центром по культурі рослинних клітин був Інститут фізіології рослин, в Україні - Інститут ботаніки АН УРСР. Метод дозволяє вирішувати теоретичні проблеми і знаходить практичне застосування (рис. 68).
Рис. 68. Схема використання культури клітин і тканин (за Бутенко Р.Г.).
Відомо, що рослини у процесі вирощування уражуються вірусами і тому значною мірою знижують урожайність. Особливо велику небезпеку для рослин становить вірусна інфекція при розмноженні їх вегетативним способом, тому що вона накопичується у процесах їх росту і розвитку. У 1949 р. було встановлено, що в уражених вірусною інфекцією рослин апікальна меристема (невеличка часточка, не більше 0,1 мм кінчика стебла) практично не має інфекції. Культивування такої тканини на поживній суміші давало можливість отримати здорову рослину, з якої шляхом живцювання за відносно короткий період можна одержати велику кількість здорових рослин. Такий спосіб розмноження називається клонуванням, а одержані рослини – клонами.
Культивування тканин, клітин і протопластів на поживних сумішах називається культурою in vitro. Поживні суміші можуть бути рідкими (для культивування клітин і протопластів) і твердими (культивування тканин). Використання культури in vitro дозволяє вивчати фізіолого-біохімічні процеси (особливості росту клітин і органів, вплив елементів живлення, світла, температури на ріст, розподіл у тканинах продуктів життєдіяльності та обміну, їх накопичення, посухостійкість, вплив рН середовища та інші показники).
Великим досягненням біотехнологічних методів є можливість отримання гібридних рослин. Завдяки ферментації можна розчинити клітинну оболонку і отримати протопласт. Такі протопласти окремих клітин за певних умов можуть з’єднуватися, а потім вкриватися оболонкою. При цьому утворюється нова клітина гібридного походження. Злиття протопластів дозволяє збільшити кількість і різноманітність гібридів без застосування статевого розмноження. На промислову основу поставлене отримання низки лікарських речовин з біомаси культури тканин цінних і рідкісних рослин. Широко використовується метод для оздоровлення садивного матеріалу багатьох сільськогосподарських (картопля, цукровий буряк, плодові і ягідні культури) та декоративних рослин (гвоздика, гладіолуси). Важко переоцінити його значення для збереження генофонду рослин шляхом консервування меристематичних тканин і зберігання в умовах глибокого заморожування (-196 оС).