Фізичні фактори

На синтез вторинних метаболітів культурами рослинних клітин впливає інтенсивність і довжина хвилі світла. Освітлення люмінісцентними лампами типу “холодне біле світло” (250 люкс) стимулює біосинтез багатьох вторинних метаболітів, наприклад, стероїдні сапогеніни, стероїдні алкалоїди та інші. Для більшості культур індукуючу дію має світло з піками 372 нм і 438 нм.

Відомості про температурний оптимум для росту культур клітин і утворення вторинних метаболітів в цих культурах дуже обмежені. Мабуть це обумовлене традиційним підходом, коли дослідження in vitro проводять при температурі близько 25⁰ С.

Селекція і відбір

У клітинній популяції, одні клітини синтезують значно більші кількості речовини, ніж інші. Селекція і відбір клітин-продуцентів дозволять одержати клітинні лінії, які перевищують рівень біосинтезу вторинних метаболітів вихідної клітини. Там, де продуктом є пігмент, відбір можна проводити за допомогою мікроскопа або і візуально виявити інтенсивно забарвлені окремі клітини або групи клітин.

Запропоноване в 70-ті роки минулого століття використання радіоімунодіагностики (РІД) підвищило ефективність відбору клітин-продуцентів.

Сьогодні перевага надається використанню ферментної імунодіагностики (ЕЛАЙЗА). Необхідність використання таких складних систем відбору обумовлена труднощами при визначенні дуже низьких концентрацій метаболітів.

Отже, створивши сприятливі умови культивування, in vitro можна отримати вторинний метаболіт у кількостях, які синтезуються in vivo, а іноді і вищих. Тому сьогодні культуру клітин рослин розглядають як технологію для отримання цінних сполук, які потрібні у невеликих кількостях.

Утворення вторинних речовин в культурах рослинних тканин

Алкалоїди

Тропанові алкалоїди, особливо атропін і скополамін, мають велике значення для медицини. У рослинній сировині їх вміст дуже незначний. Джерелами тропанових алкалоїдів в основному є представники родини Solanacea. Тропанові алкалоїди ідентифіковані у культурах ізольованих коренів, клітинних і калюсних культурах Atropa belladonna (красавка), видів Scopolia, Datura, але в менших кількостях ніж у інтактній рослині.

Індольні алкалоїди в ізольованій культурі найбільш вивчені у барвінку і раувольфії. Барвінок містить понад 60 алкалоїдів, 4 з яких мають протипухлинну активність. У культурі in vitro виявлено 10 алкалоїдів, які не ідентифіковано у дорослої рослини. Алкалоїди виявлені у калюсах стеблового і листового походження, але відсутні у калюсах кореневого походження.

Із кореневого калюсу раувольфії виділені резерпін, серпентин і аймалін – протигіпертонічні препарати. При вивченні калюсів різного походження виявлено, що культури насіннєвого і кореневого походження багатші на алкалоїди, ніж культура листкового походження. Показано, що загальна кількість алкалоїдів раувульфії збільшується по мірі росту і старіння культури.

Глікозиди

Основною сировиною для промислового отримання серцевих глікозидів є види Digitalis (наперстянка). Кількість глікозидів у калюсних культурах Digitalis зменшується у процесі культивування.

Таніни – катехіни, епікатенхіни, лейкоантоціани виявлені у калюсній тканині ялівцю, суспензійній культурі троянди, калюсній культурі листка і стебла чайної рослини, калюсах сосни і цикламена.

У калюсі ялівцю таніни накопичуються у окремих клітинах або групах клітин, у калюсі сосни – у гранулярному ЕР і вакуолях клітин, у калюсі цикламена – у вакуолях клітин губчастої і складчастої паренхіми.

Фенольні сполуки - каротиноїди, стероїди, антоціани. Культура клітин використовується для вивчення багатьох аспектів біохімії цих сполук. Феноли у суспензійних культурах активно накопичуються на завершальних етапах росту.

Ефірні олії у тканинах цілих рослин утворюються у спеціалізованих секреторних утвореннях – ефіроолійних залозистих волосках, каналах, а у культурі тканин в результаті послабленої диференціації такі структури не утворюються. Можливо тому не вдалося виявити ефірні олії у калюсних тканинах лимона, персика, авокадо. Але відомі приклади збереження калюсною тканиною здатності до синтезу ефірних олій в особливих клітинах паренхімного типу – ідіобластах. Так, у культурах рути духм’яної, які вирощували у темряві, ефірна олія виявлена в ідіобластах, розташованих групами у глибині тканини, а для калюсу, що виріс на світлі характерна наявність спеціалізованих вмістилищ на його поверхні.

У культурі тканин деяких рослин виявлені складові ефірних олій, які не зустрічаються в органах цілої рослини. У калюсних культур рослин родин зонтичних і губоцвітих виявлена ефірна олія, яка за складом відрізняється від олії інтактних рослин.

Є дані, що ефірні олії, які синтезують ефіроолійні рослини, не завжди утворюються в калюсних тканинах із цих рослин.