
- •Лекція № 1. Основні напрями розвитку біотехнології
- •Біоенергетика
- •Біотехнологія обробки стоків і контроль забруднення води важкими металами
- •Сільськогосподарська біотехнологія
- •Біогеотехнологія
- •Біоелектроніка
- •Біотехнологія в медицині
- •Біотехнології в харчовій промисловості
- •Біотехнологія молочних продуктів
- •Виробництво спиртів і поліолів
- •Виробництво вторинних метаболітів
- •Біотрансформація
- •Виробництво ферментів
- •Виробництво амінокислот, органічних кислот, вітамінів
- •Біоконверсія лігноцелюлозних об'єктів
- •Використання грибів у біотехнології
- •Найпростіші в біотехнології
- •Водорості
- •Рослини в біотехнології
- •Стадії біотехнологічного виробництва
- •Технологія виготовлення поживного середовища для біосинтезу
- •Підтримка чистоти культури
- •Ферментація, будова ферментера
- •Загальні принципи розділення речовин
- •Одержання готових товарних форм препаратів
- •Субстрати для культивування мікроорганізмів з метою одержання білка
- •Лекція № 6. Технологія одержання мікробних ліпідів
- •Мікроорганізми – продуценти ліпідів
- •Лекція № 7. Технологія одержання ферментних препаратів
- •Глибинний метод виробництва ферментів
- •Виробництво ферментів при поверхневому культивуванні продуцентів
- •Іммобілізація ферментів
- •Класифікація носіїв для ферментів
- •Методи іммобілізації ферментів
- •Застосування іммобілізованих ферментів
- •Іммобілізація клітин
- •Ентомопатогенні препарати грибів
- •Вірусні ентомопатогенні препарати
- •Бактеріальні добрива на основі бульбочкових бактерій
- •Виробництво азотобактерину
- •Бактеріальне добриво фосфобактерин
- •Антибіотики для сільського господарства
- •Лекція № 9. Культура клітин рослин
- •Сфери застосування культур рослинних клітин
- •Культури клітин вищих рослин. Історія методу
- •Морфофізіологічні характеристика каллусних тканин
- •Фактори, що впливають на морфогенез in vitro
- •Генетичні механізми, що обумовлюють диференціювання клітин у культурі
- •Суспензійні культури
- •Методики культивування одиночних рослинних клітин
- •Необхідність іммобілізації рослинних клітин, методи
- •Фізіологічні основи переваги іммобілізованих рослинних клітин перед традиційними способами культивування
- •1. Клітини, іммобілізовані в або на інертному субстраті, утворюють біомасу набагато повільніше, ніж зростаючі в рідких суспензійних культурах.
- •2. Крім повільного росту іммобілізація клітин дозволяє їм рости в тісному фізичному контакті одине з одним, що сприятливо позначається на хімічних контактах.
- •Системи культивування іммобілізованих клітин
- •Застосування ізольованих протопластів
- •Способи отримання і культивування протопластів
- •Способи культивування протопластів
- •Злиття протопластів (парасексуальная гібридизація)
- •Види соматичних гібридів
- •Конструювання клітин
- •Клітинна селекція. Методи клітинної селекції
- •Генетичні основи застосування культури клітин в селекційних цілях
- •Типи клітинних культур, які використовуються в селекції
- •Переваги клітинної селекції перед традиційними селекційними методами
- •Мікроклональне розмноження і оздоровлення рослин
- •Фактори, впливають на процес клонального мікророзмноження
- •Етапи мікроклонального розмноження рослин
- •Методи клонального мікророзмноження
- •Оздоровлення посадкового матеріалу від вірусів методами хіміотерапії і термотерапії
- •Створення штучних асоціацій клітин вищих рослин
- •Підвищення продуктивності сільськогосподарських рослин
- •Ендосимбіотичні асоціації
- •Екзосимбіотичні асоціації з водоростями, грибами, азотфіксаторами
- •Методи збереження генофонду. Методика кріоконсервації, способи уповільнення росту
- •Безклітинні системи в біотехнології. Мембрани хлоропластів
- •Одержання фотогальванічних елементів з використанням бактеріальних мембран
- •Безклітинні білоксинтезуючі системи (ббсс)
- •Лекція № 10. Біотехнологія одержання культури тваринних клітин і тканин
- •Культивування клітин. Історія методу
- •Введення клітин у культуру, їхнє походження
- •Характеристика клітин, що культивуються in vitro
- •Поживні середовища й умови культивування
- •Системи культивування клітин
- •Використання культури клітин людини
- •Культивування клітин і тканин безхребетних
- •Культивування органів
- •Гібридизація тваринних клітин. Історія методу
- •Методи створення експериментальних химер
- •1. Агрегаційний – був запропонований практично одночасно й незалежно один від одного Тарковським у Варшаві та Мінц у Філадельфії (1961-1962 р.).
- •2. Ін’єкційний – був розроблений р. Гарднером у 1968 р.
- •Механізм злиття клітин
- •Моноклональні антитіла. Функціональна структура антитіл
- •Одержання моноклональних антитіл
- •Методи аналізу: імуноферментний (іфа), імунолюмінесцентний, імунорадіологічний
- •Радіоактивні мітки
- •Застосування моноклональних антитіл
- •Клонування тваринних клітин. Історія клонування
- •Методи трансплантації ядер
- •Клонування ссавців. Історія клонування
- •Регулювання відтворення сільськогосподарських тварин
- •Суперовуляція
- •Аеробне очищення стічних вод
- •Анаеробні системи очищення
- •Показники забруднення стічних вод
- •Перелік питань які виносяться на підсумковий контроль
- •Література
Методи клонального мікророзмноження
Існує багато методів клонального мікророзмноження, а також різних їх класифікацій. Згідно з однією з них, запропонованою Мурасіге у 1977 році, процес можна здійснювати наступними шляхами:
– активація пазушних меристем;
– утворення адвентивних пагонів тканинами експланту;
– виникнення адвентивних пагонів у каллусі;
– індукція соматичного ембріогенезу в клітинах експланту;
– соматичний ембріогенез в каллусній тканині;
– формування додаткових ембріоїдів в тканині первинних соматичних зародків (поділ первинних ембріоїдів).
Н.В. Катаєва і Р.Г. Бутенко (1983) виділяють два принципово різних типи клонального мікророзмноження:
1. Активація уже існуючих в рослині меристем (апекс стебла, пазушні та сплячі бруньки стебла).
2. Індукція виникнення бруньок або ембріоїдів de novo: а) утворення адвентивних пагонів безпосередньо тканинами експланту; б) індукція соматичного ембріогенезу; в) диференціація адвентивних бруньок в первинній та пересадочній каллусній тканині.
Основний метод, який використовується при клональному мікророзмноження рослин – активація розвитку уже існуючих в рослині меристем. Він базується на знятті апікального домінування.
Цього можна досягти двома шляхами: а) видалення верхівкової меристеми стебла і наступним мікрочеренкуванням пагону in vitro на безгормональному середовищі; б) дадаванням у поживне середовище речовин цитокінінового типу дії, які індукують розвиток численних пазушних пагонів. Як правило, в якості цитокінінів використовують 6-бензиламінопурин (БАП) або 6-фуруфуриламінопурин (кінетик) і зеатин.
Одержані таким чином пагони відділяють від первинного експланту і знову самостійно культивують на свіжоприготоіваному поживному середовищі, яке стимулює проліферацію пазушних меристем і виникнення пагонів в більш високих порядках.
Часто в якості експланту використовують верхівкові або пазушні бруньки, які ізолюють з пагону і поміщають на поживне середовище з цитокінінами. Утворені пучки пагонів ділять, за необхідності черенкують і переносять на свіже поживне середовище. Після кількох пасажів, додаючи в поживне середовище ауксини, пагони вкорінюють in vitro, а потім переносять в грунт, де створюють умови, які сприяють адаптації рослин.
У даний час цей метод широко використовується у виробництві посадкового матеріалу сільськогосподарських культур, як технічних, так і овочевих, а також для розмноження культур промислового квітникарства (наприклад, гвоздики), тропічних і субтропічних рослин, плодових і ягідних- культур, деревних рослин. Для деяких культур, таких як картопля, технологія клонального розмноження поставлена на промислову основу. Застосування методу активації розвитку існуючих меристем дозволяє одержати з однієї меристеми картоплі більше 100000 рослин за рік, причому технологія передбачає одержання в пробірках мікробульб – цінного безвірусного посівного матеріалу.
Другий метод – індукція виникнення адвентивних бруньок безпосередньо тканинами експланту. Він базується на здатності ізольованих частин рослин при сприятливих умовах поживного середовища відновлювати відсутні органи і таким чином регенерувати цілі рослини. Можна домогтися утворення адвентивних бруньок майже з будь-яких органів і тканин рослин (ізольованого зародку, листка, стебла, сім’ядолі, луски і донця цибулини, сегментів коренів і зачатків суцвіть). Цей процес відбувається на поживних середовищах, які містять цитокініни в співвідношення з ауксинами 10:1 або 100:1. В якості ауксину використовують ІОК або НОК. Таким способом було розмножено багато представників родини лілійних, томати, деревні рослини (зі зрілих і незрілих зародків).
Досить добре розроблена технологія клонального розмноження суниці, заснована на культивування апікальних меристем. Меристематичні верхівки ізолюють з молодих, вільних від вірусних хвороб рослин, і вирощують на поживному середовищі МС, яке містить БАП в концентрації 0,1 – 0,5 мг/л. через 3 – 4 тижні культивування меристема розвивається в проросток, в основі яку якого формуються адвентивні бруньки, які швидко ростуть і дають початок новим брунькам. Протягом 6 – 8 тижнів утворюється конгломерат бруньок, які об’єднані між собою сполучною тканиною і знаходяться на різних стадіях розвитку. З’являються листки на коротких черешках, в нижній частині яких формуються нові адвентивні бруньки. Ці бруньки розділяють і пересаджують на свіже поживне середовище. На середовищі без регуляторів росту за 4 – 5 тижннів формуються нормальні рослини з коренями і листками. Від однієї материнської рослини таким чином можна одержати кілька міліонів рослин-регенерантів за рік.
Третій метод, який практикується при клональному мікророзмноженні, базується на диференціації з соматичних клітин зародкоподібних структур, які на вигляд нагадують зиготичні зародки. Цей метод отримав назву соматичного ембріогенезу. На відміну від розвитку in vivo, соматичні зародки розвиваються асексуально поза зародковим мішком і за зовнішнім виглядом нагадують біполярні структури, у яких одночасно спостерігається розвиток апікальних меристем стебла і кореня. Згідно з Стевардом, соматичні зародки проходять 3 стадії розвитку: глобулярну, серцеподібну, торпедоподібну і в результаті мають тенденцію розвитку в проросток.
Найбільш вражаючим застосування методу соматичного емрбріогенезу стало розмноження гвінейської маслинової пальми (Elaeis guineensis), олія якої широко використовується при виробництві маргарину і харчової олії. Маслинова пальма в природі не утворює пагонів і бічних ростків, що ускладнює її вегетативне розмноження. Культивування черенків in vitro також неможливе. Було вирішено одержати сукупність клітин недиференційованої тканини (каллуси) шляхом диференціації специфічних тканин, а потім культивувати їх до регенерації цілих проростків. В першому культуральному середовищі каллуси із фрагментів листків розвивалися протягом 90 днів, при переносі в друге і третє культуральні середовища перетворювались в «ембріоїди». Ембріоїди розмножувались самовільно, протягом місяці кількість ембріоїдів зросла втричі, а за рік з 10 ембріоїдів можна було одержати нащадків в кількості 500000 рослин.
Формування ембріоїдів в культурі тканин здійснюється в кілька етапів. Спочатку відбувається диференціація клітин під впливом ауксинів, доданих в поживне середовище (2,4-Д) і перетворення їх в ембріональні. Одержати ембріоїди з цих клітин можна зменшуючи концентрацію ауксинів або виключаючи їх з поживного середовища. Соматичні зародки являють собою повністю сформовані зародки, з яких шляхом відповідного капсулювання можна одержати штучне насіння.
Четвертий метод клонального мікророзмноження – диференціація адвентивних бруньок в первинній і пересадочній каллусній тканині. Практично він мало використовується з метою одержання посадкового матеріалу in vitro. Це пов’язано з тим, що при частому пасеруванні каллусної тканини може змінюватися плоїдність регенерованих рослин, спостерігаються структурні перебудови хромосом і накопичення генних мутацій. Поряд з генетичними змінами відмічаються і морфологічні: низькорослість, неправильне жилкування листків, утворення вкорочених міжвузлів, понижена стійкість до хвороб та шкідників. В той же час, деякі недоліки цього методу в селекційній роботі стають перевагами.
Крім того в деяких випадках він являється єдиним можливим способом розмноження рослин в культурі тканин. Через каллусну культуру успішно розмножуються цукровий буряк, злакові, представники роду Brassica, соняшник та інші культури.