Презентация, доклад по биологии на тему Культуры клеток высших растений

Содержание

1. Культура клеток высших растений.2. История развития метода. 3. Морфофизиологическая характеристика каллусных тканей. Морфогенез и регенерация.4. Суспензионные культуры растительных клеток. Методы изучения роста клеточных структур.Лекция 2. Культуры клеток высших растений

Слайд 1
Культуры клеток высших растений

Культуры клеток высших растений

Слайд 21. Культура клеток высших растений.
2. История развития метода.
3. Морфофизиологическая характеристика

каллусных тканей. Морфогенез и регенерация.
4. Суспензионные культуры растительных клеток. Методы изучения роста клеточных структур.

Лекция 2. Культуры клеток высших растений

1. Культура клеток высших растений.2. История развития метода. 3. Морфофизиологическая характеристика каллусных тканей. Морфогенез и регенерация.4. Суспензионные

Слайд 3Среди новых подходов наиболее перспективным является применение клеточной инженерии (синоним: клеточная

и тканевая биотехнология).
Клеточная инженерия основана на использовании принципиально нового метода – метода изолированной культуры клеток эукариотических организмов (растений, животных). Выращивание изолированных клеток и тканей на искусственных питательных средах (in vitro) в стерильных условиях получило название метода культуры изолированных тканей.

Среди новых подходов наиболее перспективным является применение клеточной инженерии (синоним: клеточная и тканевая биотехнология). Клеточная инженерия основана

Слайд 41. Культуры клеток высших растений имеют две сферы применения:
1. Изучение

биологии клетки, существующей вне организма, обуславливает ведущую роль клеточных культур в фундаментальных исследованиях по генетике и физиологии, молекулярной биологии и цитологии растений. Популяциям растительных клеток присущи специфические особенности: генетические, эпигенетические (зависящие от дифференцированной активности генов) и физиологические. При длительном культивировании гетерогенной по этим признакам популяции идет размножение клеток, фенотип и генотип которых соответствуют данным условиям выращивания, следовательно, популяция эволюционирует.
1. Культуры клеток высших растений имеют две сферы применения: 1. Изучение биологии клетки, существующей вне организма, обуславливает

Слайд 5
Все это позволяет считать, что культуры клеток являются новой экспериментально созданной

биологической системой, особенности которой пока мало изучены. Культуры клеток и тканей могут служить адекватной моделью при изучении метаболизма и его регуляции в клетках и тканях целого растения.


Все это позволяет считать, что культуры клеток являются новой экспериментально созданной биологической системой, особенности которой пока мало

Слайд 6
2. Культивируемые клетки высших растений могут рассматриваться как типичные микрообъекты, достаточно

простые в культуре, что позволяет применять к ним не только аппаратуру и технологию, но и логику экспериментов, принятых в микробиологии. Вместе с тем, культивируемые клетки способны перейти к программе развития, при которой из культивируемой соматической клетки возникает целое растение, способное к росту и размножению.

2. Культивируемые клетки высших растений могут рассматриваться как типичные микрообъекты, достаточно простые в культуре, что позволяет применять

Слайд 8Направления создания новых технологий на основе культивируемых тканей и клеток растений:
Получение

биологически активных веществ растительного происхождения:
традиционных продуктов вторичного метаболизма (токсинов, гербицидов, регуляторов роста, алкалоидов, стероидов, терпеноидов, имеющих медицинское применение);
синтез новых необычных соединений, что возможно благодаря исходной неоднородности клеточной популяции, генетической изменчивости культивируемых клеток и селективному отбору клеточных линий со стойкими модификациями, а в некоторых случаях и направленному мутагенезу;

Направления создания новых технологий на основе культивируемых тканей и клеток растений:Получение биологически активных веществ растительного происхождения:традиционных продуктов

Слайд 9культивируемые в суспензии клетки могут применятся как мультиферментные системы, способные к

широкому спектру биотрансформаций химических веществ (реакции окисления, восстановления, гидроксилирования, метилирования, деметилирования, гликолизирования, изомеризации). В результате биотрансформации получают уникальные биологически активные продукты на основе синтетических соединений или веществ промежуточного обмена растений других видов.


культивируемые в суспензии клетки могут применятся как мультиферментные системы, способные к широкому спектру биотрансформаций химических веществ (реакции

Слайд 102. Ускоренное клональное микроразмножение растений, позволяющее из одного экспланта получать от

10000 до 1000000 растений в год, причем все они будут генетически идентичны.
3. Получение безвирусных растений.
4. Эмбриокультура и оплодотворение in vitro часто применяются для преодоления постгамной несовместимости или щуплости зародыша, для получения растений после отдаленной гибридизации. При этом оплодотворенная яйцеклетка вырезается из завязи с небольшой частью ткани перикарпа и помещается на питательную среду. В таких культурах можно также наблюдать стадии развития зародыша.

2. Ускоренное клональное микроразмножение растений, позволяющее из одного экспланта получать от 10000 до 1000000 растений в год,

Слайд 115. Антерные культуры – культуры пыльников и пыльцы используются для получения

гаплоидов и дигаплоидов.
6. Клеточный мутагенез и селекция. Тканевые культуры могут производить регенеранты, фенотипически и генотипически отличающиеся от исходного материала в результате сомаклонального варьирования. При этом в некоторых случаях можно обойтись без мутагенной обработки.

5. Антерные культуры – культуры пыльников и пыльцы используются для получения гаплоидов и дигаплоидов.6. Клеточный мутагенез и

Слайд 127. Криоконсервация и другие методы сохранения генофонда.
8. Иммобилизация растительных клеток.
9. Соматическая

гибридизация на основе слияния растительных протопластов.
10. Конструирование клеток путем введения различных клеточных органелл.
11. Генетическая трансформация на хромосомном и генном уровнях.
12. Изучение системы «хозяин – паразит» с использованием вирусов, бактерий, грибов и насекомых.


7. Криоконсервация и другие методы сохранения генофонда.8. Иммобилизация растительных клеток.9. Соматическая гибридизация на основе слияния растительных протопластов.10.

Слайд 132. История развития метода
Самые ранние работы по изолированию культур принадлежат Блоцишевскому

(1876), Брауну и Моррису (1892), Боннэ, Саксу (1893). В этих исследованиях зародыши вычленялись из семени и выращивались в искусственных условиях.
2. История развития методаСамые ранние работы по изолированию культур принадлежат Блоцишевскому (1876), Брауну и Моррису (1892), Боннэ,

Слайд 14
Опыт Юлиуса Сакса (нем. Julius Sachs) показал, что такое воззрение несправедливо.

Сакс наливал на поверхность ртути неглубокий слой воды и затем прикреплял молодые проростки бобов так, что корень их ложился горизонтально в этом водяном слое. Под влиянием положительного геотропизма корень загибался вниз и вонзался верхушкой довольно глубоко в ртуть, вытесняя таким образом объём ртути, равный объёму погрузившейся верхушки, несмотря на то, что удельный вес ртути почти в 13,5 раз более удельного веса вершины корня.

Юлиус Сакс, 1832-1897

Опыт Юлиуса Сакса (нем. Julius Sachs) показал, что такое воззрение несправедливо. Сакс наливал на поверхность ртути неглубокий

Слайд 15Первым исследователем, занявшимся установлением минимального размера экспланта, был австр. ботаник Карл

Рехингер (1893). В 1892 -1902 гг. занимался проблемой культивирования растительных тканей в искусственных растворах, в том числе в растворе сахарозы.
Он выращивал тонкие срезы корня свеклы и одуванчика и сегменты стебля тополя на песке с применением водопроводной воды, без стерильных условий. Эти исследования показали, что каллус образуется при толщине среза не менее 1,5 мм.
Первым исследователем, занявшимся установлением минимального размера экспланта, был австр. ботаник Карл Рехингер (1893).

Слайд 16Еще в 1878-1892гг. нем. физиолог Х.Фёхтинг провел ряд экспериментов, доказывающих тотипотентность

клетки. При этом им убедительно показана полярность как органов, так и клеток.
Полярность - различие между противоположными полюсами организма, органа, клетки. Апикальная и базальная часть растения.


Еще в 1878-1892гг. нем. физиолог Х.Фёхтинг провел ряд экспериментов, доказывающих тотипотентность клетки. При этом им убедительно показана

Слайд 17Основы экспериментальной эмбриологии растений были заложены исследованиями Моссарта (1902), который наблюдал

набухание завязей некоторых растений после обработки их спорами Licopodium, нежизнеспособными поллиниями и водными экстрактами пыльцы.
В связи с этим было высказано предположение, что пыльцевая трубка не только обеспечивает передвижение спермиев к яйцеклетке, но и переносит в завязь ауксины, стимулирующие ее рост.

Основы экспериментальной эмбриологии растений были заложены исследованиями Моссарта (1902), который наблюдал набухание завязей некоторых растений после обработки

Слайд 18Г. Габерланд (1902) научился культивировать отдельные клетки в течение некоторого времени.

Но он выбрал для культивирования зеленые клетки, изолированные из клеток палисадной паренхимы Lamium purpureum, волосков традесканции вирджинской и медуницы мягкой, резонно рассудив, что при этом отпадет потребность в источниках углеводов. Однако упустил из виду то, что ассимилирующие зеленые клетки - зрелые и высокодифференцированные, потеряли способность к меристематической деятельности.

Габерландт, Хаберландт Готлиб (1854-1945)

Г. Габерланд (1902) научился культивировать отдельные клетки в течение некоторого времени. Но он выбрал для культивирования зеленые

Слайд 19Исходное предположение автора, что содержащие хлорофилл клетки полностью обеспечивают себя питательными

веществами, необходимыми для их жизнедеятельности и роста, не было подтверждено экспериментально.
Габерланд также выдвинул гипотезу о тотипотентности любой живой клетки растения, которая впоследствии была подтверждена экспериментально.

Исходное предположение автора, что содержащие хлорофилл клетки полностью обеспечивают себя питательными веществами, необходимыми для их жизнедеятельности и

Слайд 20
Ряд ученых, в том числе и его ученики, последовали его примеру

и получили отрицательные результаты. Некоторые на основании этого усомнились в гипотезе тотипотентности растительных клеток. Исследования Габерландта с фотосинтезирующими клетками были неудачны, что привело к потере интереса к культивированию тканей и клеток растений. Однако они все же положили начало поиску адекватных питательных смесей и условий, необходимых для поддержания роста органов, тканей и клеток растений.

Ряд ученых, в том числе и его ученики, последовали его примеру и получили отрицательные результаты. Некоторые на

Слайд 21Толчком к возобновлению работ послужили исследования Гаррисона, проведенные в 1904 -

1907 гг. Он вырастил нейробласты лягушки в лимфатической жидкости, доказав возможность выращивания in vitro изолированных клеток. Большое влияние на направление дальнейших работ с растительными клетками оказали работы зоологов Карреля и Барроуза (1911), культивировавших ткани и клетки млекопитающих на среде сложного состава, содержащей плазму крови и экстракты эмбриональных тканей.
Толчком к возобновлению работ послужили исследования Гаррисона, проведенные в 1904 - 1907 гг. Он вырастил нейробласты лягушки

Слайд 22Французский ученый Мольяр уже в 1921 культивировал сегменты корня и гипокотиля

молодых побегов редьки. Они были способны к росту в условиях культуры, но при этом не происходило формирования новых тканей.

Французский ученый Мольяр уже в 1921 культивировал сегменты корня и гипокотиля молодых побегов редьки. Они были способны

Слайд 23Строение проростков фасоли

Строение проростков фасоли

Слайд 24В 1922 г. один из учеников Рехингера , немецкий ученый В.

Коттэ начал эксперименты с лишенными пигментов меристематическими тканями - изолированными кончиками корней, и добился успеха.

вычленение апикальной меристемы под бинокуляром

В 1922 г. один из учеников Рехингера , немецкий ученый В. Коттэ начал эксперименты с лишенными пигментов

Слайд 25Практически одновременно и независимо от Коттэ, американский исследователь

У. Роббинс подобрал состав питательной среды, обеспечивающий в культуре рост апикальной меристемы корня томатов и кукурузы. Эти опыты положили начало культивированию изолированных органов растений на питательных средах.

apex in corn (Zea mays)
http://www.sbs.utexas.edu/mauseth/weblab/webchap6apmer/6.8-4a.htm

Практически одновременно и независимо от Коттэ, американский исследователь У.

Слайд 26Не всегда эти исследования были успешны. Под влиянием работ Карреля и

Барроуза в 1927 году Прат начал культивировать клетки растений на средах с добавками растительных экстрактов. Результаты его экспериментов были отрицательны, так как он избрал неудачные объекты для исследований
Начало длительным и удачным исследованиям по культивированию клеток и тканей растений положили работы американского исследователя Филиппа Уайта и француза Роже Готре. Они показали, что изолированные органы и ткани могут расти в культуре неограниченно долгое время, если их пересаживать на свежую питательную среду.

Не всегда эти исследования были успешны. Под влиянием работ Карреля и Барроуза в 1927 году Прат начал

Слайд 27В 1938 г. Р. Готре изолировал кусочек ткани из корнеплода моркови.

Обычно растение моркови живет 2 года, а потомство клеток изолированной из него ткани поддерживается в культуре уже более 30 лет и может выращиваться таким образом неограниченно долго.




Культура ткани корня моркови, изолированная Р.Готре в 1938 г. 30 дней выращивания на питательной среде.

В 1938 г. Р. Готре изолировал кусочек ткани из корнеплода моркови. Обычно растение моркови живет 2 года,

Слайд 28Такую же способность наблюдал Ф. Уайт для клеток опухолевого происхождения. Результаты

чужих и собственных экспериментов Уайт обобщил в монографии «Культура растительных тканей», которая была переведена на русский язык и издана в СССР в 1949 году.

Philip R. White (1901-1968)

Такую же способность наблюдал Ф. Уайт для клеток опухолевого происхождения. Результаты чужих и собственных экспериментов Уайт обобщил

Слайд 29В ней он выделял несколько периодов в истории развития метода культуры

клеток, тканей и органов растений:
1. 1834 -1900 гг. - создание и разработка клеточной теории.
2. 1900 –1922 гг. - сформулирована идея культуры тканей.
3. 1922 – 34 гг. - безуспешные поиски методов, обеспечивающих длительное культивирование тканей.
4. 1934 - 39 гг. - детальная разработка техники культуры растительных тканей.

В ней он выделял несколько периодов в истории развития метода культуры клеток, тканей и органов растений:1. 1834

Слайд 305. Период 1940 - 1960 гг. значительно расширил список видов, выращиваемых

in vitro. В монографию Готре, вышедшую в 1959 г., включено уже 142 вида. Были разработаны составы питательных сред, изучено значение микро- и макроэлементов для поддержания нормальной ростовой активности тканей, определено влияние витаминов и стимуляторов роста. Проводились работы по выявлению значения различных натуральных экстрактов (из эндосперма кокосового ореха, каштана, кукурузы и других растений) для поддержания неорганизованного клеточного роста, а также для стимуляции органогенеза.
5. Период 1940 - 1960 гг. значительно расширил список видов, выращиваемых in vitro. В монографию Готре, вышедшую

Слайд 31Американский ученый Ф. Стюард, работая с культурой изолированной флоэмы моркови, получил

из нее в 1958 году целые растения.
Показано значение кинетина для пролиферации клеток in vitro и индукции стеблевого морфогенеза. Изучением этих вопросов занимались такие ученые, как Р. Хеллер, И. Нич, Ф. Скуг, Ф. Стевард, Р. Г. Бутенко. В это же время разработаны методы получения и выращивания клеточных суспензий, а также культивирования отдельной клетки, деление которой индуцируется с помощью ткани-няньки.
Американский ученый Ф. Стюард, работая с культурой изолированной флоэмы моркови, получил из нее в 1958 году целые

Слайд 326. В 1960 - 1975 гг. положено начало методу получения изолированных

протопластов из тканей корня и плодов томатов путем обработки их смесью пектолитических и целлюлолитических ферментов. Основоположник этого метода – Э. Коккинг.
Такебе с сотрудниками были определены условия культивирования изолированных протопластов, при которых они образуют клеточные стенки, делятся и дают начало клеточным линиям, способным к морфогенезу. Были разработаны методы гибридизации соматических клеток путем слияния протопластов и введения в них вирусных РНК, клеточных органелл, бактерий.
6. В 1960 - 1975 гг. положено начало методу получения изолированных протопластов из тканей корня и плодов

Слайд 33В лабораториях Р. Г. Бутенко, Ю. Ю. Глебы проводились исследования поведения

ядерного и цитоплазматического геномов партнеров в гибридных клеточных линиях и потомстве соматических гибридов растений - регенерантов. В этот же период были разработаны методы получения безвирусных растений из меристематических тканей. Начались эксперименты по созданию установок для глубинного культивирования клеток.

Расчеренкованные по линиям
растения-регенеранты
http://www.meristema.info/naprav.html

В лабораториях Р. Г. Бутенко, Ю. Ю. Глебы проводились исследования поведения ядерного и цитоплазматического геномов партнеров в

Слайд 347. Начиная с 1976 г., разрабатывались методы электрослияния протопластов и селекции

гибридных клеток, культивирования гаплоидных клеток и получения новых форм и сортов сельскохозяйственных растений. Удалось создать системы иммобилизованных клеток для получения различных химических соединений и их биотрансформации. Ведутся работы по переносу генов в растительные клетки и получению трансгенных растений
7. Начиная с 1976 г., разрабатывались методы электрослияния протопластов и селекции гибридных клеток, культивирования гаплоидных клеток и

Слайд 35Основные термины культуры клеток
Тотипотентность (от лат. totus - весь, целый и

potentia - сила), свойство клеток реализовать генетическую информацию ядра, обеспечивающую их дифференцировку, а также развитие до целого организма.
Основные термины культуры клетокТотипотентность (от лат. totus - весь, целый и potentia - сила), свойство клеток реализовать

Слайд 36Тотипотентностью обладают оплодотворенные яйцеклетка растений и яйцо животных организмов. Что касается

дифференцированных клеток, то у животных тотипотентность присуща только некоторым клеткам кишечнополостных.
У растений в природных условиях тотипотентность могут проявлять и специализированные клетки. Вегетативное размножение.
Тотипотентность у растений реализуется при заживлении ран; на раневой поверхности растений в результате неорганизованной пролиферации клеток происходит развитие каллуса (лат. callus – мозоль, толстая кожа).
Каллус способствует заживлению ран. Однако многие однодомные растений утратили способности к образованию каллуса и вегетативному размножению.

Тотипотентностью обладают оплодотворенные яйцеклетка растений и яйцо животных организмов. Что касается дифференцированных клеток, то у животных тотипотентность

Слайд 37В экспериментальных условиях in vitro при выращивании фрагментов тканей, органов (эксплантов)

или клеток на искусственных питательных средах возможна реализация супрессированной (подавленной) in vivo тотипотентности. Это осуществляется под действием регуляторов роста и развития фитогормонов.
Реализация супрессированной in vivo тотипотентность легче всего осуществляется как при культивировании меристематических клеток, изолированных из кончиков корней и почек и использования сложных по составу культуральных сред, так и при культивировании каллуса.
Эти подходы были удачно реализованы в 30-е годы в работах американского исследователя Филиппа Уайта и французского исследователя Роже Готре, которых принято считать родоначальниками современных методов культивирования изолированных органов и тканей растений.

В экспериментальных условиях in vitro при выращивании фрагментов тканей, органов (эксплантов) или клеток на искусственных питательных средах

Слайд 38
Дедифференциация – переход специализированных, неделящихся клеток к образованию недифференцированных делящихся каллусных

клеток.
Дифференцировка - состояние специализации клеток, отличающее их от других.
Дедифференциация – переход специализированных, неделящихся клеток к образованию недифференцированных делящихся каллусных клеток. Дифференцировка - состояние специализации клеток,

Слайд 39Инокулят - часть суспензионной (каллусной) культуры, используемая для пересадки в свежую

среду.
Меристема – образовательные ткани с активно делящимися недиференцированными клетками.
Органогенез – процесс возникновения в неорганизованной растущей массе каллусных клеток зачатков органов (корней, листовых зачатков и побегов).
Инокулят - часть суспензионной (каллусной) культуры, используемая для пересадки в свежую среду. Меристема – образовательные ткани с

Слайд 40Протопласт - растительная клетка, лишенная клеточной стенки с помощью ферментативного разрушения

или механическим способом.
Субкультивирование – перенос трансплантатов (инокулята) в другой культуральный сосуд на свежую питательную среду.
Суспензионная культура - выращивание отдельных клеток или небольших групп их во взвешенном состоянии в жидкой среде при использовании аппаратуры, обеспечивающей их аэрацию и перемешивание.
Протопласт - растительная клетка, лишенная клеточной стенки с помощью ферментативного разрушения или механическим способом. Субкультивирование – перенос

Слайд 41
Эксплант - фрагмент ткани или органа, инкубируемый самостоятельно или используемый для

получения первичного каллуса.
in vitro - выращивание живого материала «в стекле», на искусственных питательных средах, в асептических условиях.
in vivo – выращивание живого материала в естественных условиях.
Эксплант - фрагмент ткани или органа, инкубируемый самостоятельно или используемый для получения первичного каллуса. in vitro -

Слайд 42В настоящее время известно большое число различных по составу питательных сред

(таблица).
Среда Тошио Мурасиге и Фольке Скуга – универсальная. Она пригодна для образования и роста каллусов, индукции морфогенеза у большинства двудольных растений.
Среда Гамборга и Эвелега подходит для культивирования клеток и тканей бобовых растений и злаков.
Среда Уайта обеспечивает укоренение побегов и нормальный рост стебля после регенерации,
среда Нича и Нич пригодна для индукции андрогенеза в культуре пыльников.
В настоящее время известно большое число различных по составу питательных сред (таблица). Среда Тошио Мурасиге и Фольке

Слайд 443. Морфо-физиологическая характеристика каллусных тканей
Выделяют два типа культивируемых растительных клеток: нормальные

и опухолевые.
Опухолевые клетки морфологически мало отличаются от каллусных. Физиологическим различием является гормононезависимость опухолевых клеток. Эти клетки лишены способности дать начало нормально организованным структурам (корни, побеги) в процессе органогенеза. Иногда они образуют тератомы (уродливые органоподобные структуры), дальнейшее развитие которых невозможно.


3. Морфо-физиологическая характеристика каллусных тканейВыделяют два типа культивируемых растительных клеток: нормальные и опухолевые. Опухолевые клетки морфологически мало

Слайд 45Нормальные клетки в культуре могут существовать в двух видах: в виде

суспензии в жидкой питательной среде и на поверхности твердой питательной среды в виде каллуса.
Поверхностное культивирование осуществляют на полужидкой агаризованной среде, среде с добавлением других желирующих полимеров, на дисках из полиуретана, на мостиках из фильтровальной бумаги, полупогруженных в жидкую питательную среду. Можно также использовать комочки ваты, пропитанные питательной средой, которые сверху покрываются кусочком фильтровальной бумаги.

Нормальные клетки в культуре могут существовать в двух видах: в виде суспензии в жидкой питательной среде и

Слайд 46Каллус
В природе на стволе эритрины

в пробирке
http://users.ugent.be/~pdebergh/inv/inv4_p01.htm
КаллусВ природе на стволе эритрины в пробиркеhttp://users.ugent.be/~pdebergh/inv/inv4_p01.htm

Слайд 47
Процессу образования каллуса предшествует дедифференцировка тканей экспланта. При дедифференцировке ткани теряют

структуру, характерную для их специфических функций в растении, и возвращаются к состоянию делящихся клеток.
Если эксплант, используемый для получения каллуса, является фрагментом органа, то имеет в своем составе эпидермальные клетки, клетки камбия, сосудистой системы, сердцевинной и первичной коровой паренхимы. Преимущественно пролиферируют клетки камбия, коры, сердцевинной паренхимы.
Процессу образования каллуса предшествует дедифференцировка тканей экспланта. При дедифференцировке ткани теряют структуру, характерную для их специфических функций

Слайд 48Таким образом, после деления перед каждой дочерней клеткой открывается одна из

трех возможностей:
1) Клетка может оставаться эмбриональной и вновь вступить в клеточный цикл с последующим митозом,
2) либо может оказаться как бы «вне цикла» (Go), перестав делиться,
3) или, приобретя компетенцию, постепенно детерминироваться и вступить на путь дифференцировки (специализации).

Таким образом, после деления перед каждой дочерней клеткой открывается одна из трех возможностей: 1) Клетка может оставаться

Слайд 49компетенция
Differentiation of xylem, phloem and parenchyma cells (Raven Evert and Eichhorn

1992)
http://users.ugent.be/~pdebergh/tot/tot3__01.htm

компетенцияDifferentiation of xylem, phloem and parenchyma cells (Raven Evert and Eichhorn 1992)http://users.ugent.be/~pdebergh/tot/tot3__01.htm

Слайд 50Компетенция — способность клетки воспринимать индуцирующее воздействие и специфически реагировать на

него изменением развития. Индуцирующее воздействие могут оказывать различные факторы: гормоны, продукты жизнедеятельности соседних клеток, других тканей, электро­физиологические сигналы и т. д.
Детерминация — приобретение клеткой состояния готовности к реализации определенных наследственных свойств. Детерминация приводит к развитию по определенному пути с одновременным ограничением возможности развития в других направлениях. Детерминированная определенным образом клетка приобретает узкую специализацию, то есть дифференцируется и превращается в клетку какой-либо ткани.

Компетенция — способность клетки воспринимать индуцирующее воздействие и специфически реагировать на него изменением развития. Индуцирующее воздействие могут

Слайд 51Каллус - аморфная масса тонкостенных паренхимных клеток, не имеющую строго определенной

анатомической структуры, возникшая путем неорганизованной пролиферации клеток органов растений.

Каллус на питательной среде

Каллус - аморфная масса тонкостенных паренхимных клеток, не имеющую строго определенной анатомической структуры, возникшая путем неорганизованной пролиферации

Слайд 52Каллус может иметь желтый, белый, зеленый или красный цвет (антоцианин).

Каллус может иметь желтый, белый, зеленый или красный цвет (антоцианин).

Слайд 53Типы каллусной ткани
1. рыхлая

2. средней плотности, с хорошо выраженными меристематическими

очагами
3. плотная, с зонами редуцированного камбия и сосудов.

применение

для изучения физиологических процессов

для получения суспензионных культур

для регенерации растений

Типы каллусной ткани1. рыхлая 2. средней плотности, с хорошо выраженными меристематическими очагами3. плотная, с зонами редуцированного камбия

Слайд 54Типы каллуса Gloriosa
Высокодекоративные растения
для культуры в теплых помещениях.

Типы каллуса Gloriosa Высокодекоративные растения для культуры в теплых помещениях.

Слайд 55В цикле выращивания каллусной ткани клетки выделяют стадии
1 – деление
2 –

рост растяжением,
3 – дифференцировка (образование сосудов, ситовидных трубок, суберинизация клеток, образование секреторных клеток и трихом)
4 – деградация

В цикле выращивания каллусной ткани клетки выделяют стадии1 – деление2 – рост растяжением, 3 – дифференцировка (образование

Слайд 56Дифференциация каллуса у Lampranthus и Erythrina каллус образует

Дифференциация каллуса у Lampranthus и Erythrina каллус образует

Слайд 57Кривая роста биомассы
Пассирование (субкультивирование) - первичный каллус переносят на свежую питательную

среду через 28 - 30 дней.

Перенос на свежую питательную среду каллуса производят:
из-за истощения основных питательных веществ и высушивания питательной среды
накопления метаболитов до токсичного уровня
размеров каллуса

Кривая роста биомассыПассирование (субкультивирование) - первичный каллус переносят на свежую питательную среду через 28 - 30 дней.Перенос

Слайд 58Причины генетической гетерогенности каллусной ткани
Гетерогенность экспланта
(исходного материала)
Длительное пассирование
клеточных культур
Влияние клеток,

входящих
в состав питательных сред.
Причины генетической гетерогенности каллусной тканиГетерогенность экспланта(исходного материала)Длительное пассирование клеточных культурВлияние клеток, входящих в состав питательных сред.

Слайд 59Процессы дифференцировки в каллусной ткани: морфогенез и регенерация
Из гормональных факторов в

дифференциации и морфогенезе первостепенная роль отводится ауксинам и цитокининам. В отношении органогенеза Скугом и Мурасиге была выдвинута концепция, согласно которой можно получить образование стеблей, корней или недифференцированный рост каллуса, изменяя относительное содержание ауксинов и цитокининов.
Процессы дифференцировки в каллусной ткани: морфогенез и регенерацияИз гормональных факторов в дифференциации и морфогенезе первостепенная роль отводится

Слайд 60Морфогенез - возникновение организованных
структур из неорганизованной массы клеток.

2 типа морфогенеза:
1) органогенез 2) соматический
эмбриогенез
прямой и непрямой

Морфогенный каллус
пшеницы

Морфогенез - возникновение организованныхструктур из неорганизованной массы клеток.

Слайд 61Морфогенез
Геммогенез – образование побегов.
Ризогенез – образование корней.
Морфогенная способность клона зависит от

генотипа и органа, от которого взят первичный эксплант.
Например, флоэмная ткань корня моркови дает начало корням, а ксилемная - формирует эмбриоиды.


МорфогенезГеммогенез – образование побегов.Ризогенез – образование корней.Морфогенная способность клона зависит от генотипа и органа, от которого взят

Слайд 62Органогенез каллуса гипоксиса
Небольшая область делящихся клеток (meristemoids) или сосудистый узелок могут

стать центрами для образования вершины, корня, листьев или зародышей.

Образование побегов (caulogenesis) (a) и корней (b & с) из каллуса Hypoxis

Органогенез каллуса гипоксисаНебольшая область делящихся клеток (meristemoids) или сосудистый узелок могут стать центрами для образования вершины, корня,

Слайд 634. Суспензионные культуры
Суспензионные культуры - отдельные клетки или группы клеток, выращиваемые

во взвешенном состоянии в жидкой среде.
Представляют собой относительно гомогенную популяцию клеток, которую легко подвергнуть воздействию химических веществ.
Суспензионные культуры широко используются в качестве модельных систем для изучения путей вторичного метаболизма, индукции ферментов и экспрессии генов, деградации чужеродных соединений, цитологических исследований и др.

4. Суспензионные культурыСуспензионные культуры - отдельные клетки или группы клеток, выращиваемые во взвешенном состоянии в жидкой среде.

Слайд 64
(a) Cells in a near-saturated suspension culture in a flask with

NT1 liquid medium. (b) Callus cell colonies growing on NT1 solid (agar) medium.
http://www.nature.com/nprot/journal/v1/n3/fig_tab/nprot.2006.176_F1.html
(a) Cells in a near-saturated suspension culture in a flask with NT1 liquid medium. (b) Callus cell

Слайд 65Признаком "хорошей" линии служит способность клеток к перестройке метаболизма и высокая

скорость размножения в конкретных условиях культивирования.
Морфологические характеристики такой линии:
- высокая степень дезагрегации (5-10 клеток в группе);
- морфологическая выравненность клеток (небольшие размеры, сферическая или овальная форма, плотная цитоплазма);
- отсутствие трахеидоподобных элементов.

http://www.biotechnet.ch

Признаком

Слайд 66Культура протопластов Arabidopsis thaliana и отдельные клетки
Arabidopsis thaliana (резушка Таля) -

распространённый модельный генетический объект. Малый размер генома в сравнении с другими растениями (125 млн пн), малое число хромосом (5 пар) и малое число повторенных последовательностей. Обнаружено 25500 генов.
http://coedb.wel.iwate-u.ac.jp/coe/gene/background.html
Культура протопластов Arabidopsis thaliana и отдельные клетки Arabidopsis thaliana (резушка Таля) - распространённый модельный генетический объект. Малый

Слайд 67Получение суспензионной культуры
Клеточную суспензию получают, помещая рыхлую каллусную ткань в колбу

с жидкой питательной средой. Суспензия перемешивается в колбе на качалке, имеющей скорость перемешивания 100 - 120 об/мин.
При первом переносе на свежую среду удаляют крупные кусочки исходного каллуса и крупные агрегаты, фильтруя через 1 - 2 слоя марли, нейлоновые сита, шприц с соответствующим отверстием.
Получение суспензионной культурыКлеточную суспензию получают, помещая рыхлую каллусную ткань в колбу с жидкой питательной средой. Суспензия перемешивается

Слайд 68Для инициализации суспензионной культуры необходимо 2 - 3 г свежей массы

каллусной культуры на 60 - 100 мл жидкой питательной среды. Однако для каждой линии культуры клеток существует минимальный объем инокулята, при меньшем размере которого культура не растет.

Для инициализации суспензионной культуры необходимо 2 - 3 г свежей массы каллусной культуры на 60 - 100

Слайд 70Оценка роста суспензионных культур клеток
1. Объем осажденных клеток (ООК)
Переносят небольшой

объем суспензионной культуры в мерную пробирку объемом 15 мл, лучше всего коническую. Центрифугируют 5 минут при 200 g. ООК - величина, которую составляет объем осадка от объема суспензии, обычно в %.
2. Число клеток. Подсчитывается в камере Фукса-Розенталя.
Оценка роста суспензионных культур клеток 1. Объем осажденных клеток (ООК)Переносят небольшой объем суспензионной культуры в мерную пробирку

Слайд 71Фильтр для измерения сырой /сухой массы клеток суспензии
Гемоцитомер для подсчета числа

клеток
Фильтр для измерения сырой /сухой массы клеток суспензииГемоцитомер для подсчета числа клеток

Слайд 723. Сырая и сухая масса
Суспензия клеток фильтруется через смоченный и

взвешенный фильтр, вложенный в воронку Бюхнера под слабым вакуумом. Клетки промывают дистиллированной водой, оттягивают воду под вакуумом и взвешивают снова вместе с фильтром.
Сухая масса – определяется аналогично, но взвешивается сухой фильтр, а клетки сушат вместе с фильтром в термостате при 60оС до постоянной массы.

3. Сырая и сухая масса Суспензия клеток фильтруется через смоченный и взвешенный фильтр, вложенный в воронку Бюхнера

Слайд 734. Содержание белка
Для определения белка клетки собирают на фильтре из стекловолокна,

дважды промывают кипящим раствором 70% этанола, сушат ацетоном, гидролизуют 1М NaOH при температуре 85оС полтора часа. Затем фильтруют и определяют белок по Лоури.
5. Проводимость среды
Определяют с помощью кондуктометра. Как правило, она обратно пропорциональна свежей массе клеток.

4. Содержание белкаДля определения белка клетки собирают на фильтре из стекловолокна, дважды промывают кипящим раствором 70% этанола,

Слайд 746. Жизнеспособность клеток
Оценивают, изучая движение цитоплазмы под микроскопом, а также

с помощью прижизненных красителей (флюоресцеиндиацетат, соли тетразолия, синий Эванса). Перед использованием подбирают рН инкубационного буфера, концентрацию красителя, время инкубации, строят калибровочные кривые для смеси живых и убитых клеток.

6. Жизнеспособность клеток Оценивают, изучая движение цитоплазмы под микроскопом, а также с помощью прижизненных красителей (флюоресцеиндиацетат, соли

Слайд 75По полученным данным строят ростовые кривые, которые имеют S-образную форму и

состоят из нескольких участков.

1- латентная, или лаг-фаза, где видимый рост не наблюдается ни по одному из критериев;
2 - экспоненциальная, рост с ускорением;
3 - линейная, где скорость роста постоянна;
4 - фаза замедленного роста;
5 - стационарная фаза;
6 - фаза деградации клеток

По полученным данным строят ростовые кривые, которые имеют S-образную форму и состоят из нескольких участков.1- латентная, или

Слайд 77Различают два вида систем культивирования: открытую и закрытую.
Для закрытой системы характерен

периодический режим выращивания. Клеточная масса (инокулят) помещается в определенный объем среды. Система закрыта по всем параметрам, кроме газов, до конца выращивания. Периодически подается свежая питательная среда, а старая удаляется в том же объеме. Клетки остаются в системе в течение всего цикла выращивания.

Различают два вида систем культивирования: открытую и закрытую.Для закрытой системы характерен периодический режим выращивания. Клеточная масса (инокулят)

Слайд 78
Открытые (проточные) культуры характеризуются поступлением свежей питательной среды, при котором отбирается

не только старая питательная среда, но и часть урожая клеточной массы.
Наиболее изучено и распространено закрытое глубинное культивирование. Для аэрации и перешивания используют различную аппаратуру: роллеры, качалки, магнитные мешалки и т.д.
Открытые (проточные) культуры характеризуются поступлением свежей питательной среды, при котором отбирается не только старая питательная среда, но

Слайд 79Роллеры для
пробирок STUART
Орбитальный шейкер
ЛАБ-ПУ-01

Роллеры для пробирок STUARTОрбитальный шейкер ЛАБ-ПУ-01

Слайд 80
Платформа-шейкер
настольная качалка
CERTOMAT

Платформа-шейкернастольная качалка CERTOMAT

Слайд 81Ферментер Biostat D
BIOSTAT D-DCU– это производственно-масштабируемые пилотные ферментационные установки с культивационным

сосудом 50 - 500 литров. Установки оснащены готовой к эксплуатации системой производственного масштабирования и полностью автоматической системой стерилизации «на месте».

http://www.bbifermenter.ru/cms/index.php?id=40

Ферментер Biostat DBIOSTAT D-DCU– это производственно-масштабируемые пилотные ферментационные установки с культивационным сосудом 50 - 500 литров. Установки

Слайд 82Особенности культивирования растительных клеток
Чем крупнее становится клетка, тем больше возрастает опасность

ее механического повреждения в процессе перемешивания. В то же время клетки растений, крупные и тяжелые, требуют эффективного перемешивания. Оседание их приводит к появлению «мертвых» зон в сосудах, в которых происходит быстрое накопление и старение клеток.
Для культуры клеток женьшеня отрицательное влияние механического стресса при выращивании в ферментере с турбинными мешалками сказывалось на жизнеспособности клеток уже при скоростях мешалок свыше 100—350 об/мин, это отрицательно влияло на синтезе ими антрахинонов.
Особенности культивирования растительных клетокЧем крупнее становится клетка, тем больше возрастает опасность ее механического повреждения в процессе перемешивания.

Слайд 83Мягкое перемешивание и аэрацию обеспечивает пневматический способ перемешивания потоком сжатого стерильного

воздуха, подаваемого в ферментер с восходящим током воздуха. К сожалению, и этот способ имеет свой недостаток, потому что в культуральной среде возникает избыток воздуха, приводящий к кислородному голоданию.
От концентрации кислорода в среде зависят рост и вторичный метаболизм клеток. На рост клеток, могут влиять и другие газы. Например, углекислый газ может существенно влиять на длину лаг-фазы. Высокая степень аэрации может оказывать негативное действие на рост и синтез продуктов вторичного метаболизма, поскольку удаляются углекислый газ и летучие соединения.

Мягкое перемешивание и аэрацию обеспечивает пневматический способ перемешивания потоком сжатого стерильного воздуха, подаваемого в ферментер с восходящим

Слайд 84
Сравнивали рост и образование метаболитов клетками в ферментерах разных типов. Клетки

моринды лимонолистной, культивируемые в ферментерах с продувкой воздуха, содержали антрахинона на 30% больше, чем в перемешиваемых колбах, и в два раза больше, чем в ферментерах других систем. Выход биомассы клеток не менялся в зависимости от типа биореактора.
Клетки барвинка розового (Catharantus roseus) также синтезировали больше индольных алкалоидов при культивировании в ферментере с продувкой воздуха, чем в биореакторах с механическим перемешиванием.

барвинок розовый

Сравнивали рост и образование метаболитов клетками в ферментерах разных типов. Клетки моринды лимонолистной, культивируемые в ферментерах с

Слайд 85Отличительная особенность суспензионных культур клеток растений — высокая плотность, необходимая для

роста. Поэтому другим осложнением при культивировании клеток растений является увеличение вязкости, сопровождающее рост биомассы. Это ведет к адгезии. Адгезия (прилипание) клеток друг к другу, на поверхностях культурального сосуда и погруженных в него мешалок и датчиков вызывает затруднения.
В верхней части сосуда постепенно может образовываться пена, состоящая из выделяемых клетками белков и полисахаридов. В процессе культивирования клетки слипаются и часть из них скапливается в этой пене, образуя «корку», или «безе». С увеличением биомассы клеток увеличивается и эта «корка», снижая интенсивность перемешивания, что может привести культуру к гибели.

Отличительная особенность суспензионных культур клеток растений — высокая плотность, необходимая для роста. Поэтому другим осложнением при культивировании

Слайд 86Время генерации (интервал времени между двумя последовательными клеточными делениями) растительной клетки

в 60—100 раз превосходит время генерации микробной клетки. Многие клетки быстро прекращают деление и переходят в фазу покоя.
Поддержание стерильности длительное время также является одной из технических проблем, особенно при непрерывном культивировании. Периодическое, или накопительное, культивирование — это самый простой способ выращивания клеток, являющийся пока традиционным.

Время генерации (интервал времени между двумя последовательными клеточными делениями) растительной клетки в 60—100 раз превосходит время генерации

Слайд 87Суспензионные культуры используют для промышленного получения вторичных метаболитов. Вещества, продуцируемые растительными

клетками, используются в медицине, парфюмерной промышленности, растениеводстве и других отраслях промышленности. К ним относятся: алкалоиды, терпеноиды, гликозиды, полифенолы, полисахариды, эфирные масла, пигменты, антиканцерогены (птотецин, харрингтонин), пептиды (ингибиторы фитовирусов).

Применение суспензионных культур

Производство антоциана в суспензионной культуре

Суспензионные культуры используют для промышленного получения вторичных метаболитов. Вещества, продуцируемые растительными клетками, используются в медицине, парфюмерной промышленности,

Слайд 88
В настоящее время в разных странах около ста видов растений используется

в биосинтетической промышленности для получения экономически важных веществ, среди них — женьшень, раувольфия змеиная, наперстянка шерстистая и пурпурная, диоскорея дельтовидная, воробейник, беладонна, паслен дольчатый, дурман обыкновенный, ландыш майский, клещевина, агава, мак снотворный и др.

Корни женьшеня (Panax ginseng)
из суспензии

Суспензия клеток какао
(экспонециальная фаза и через 4 недели) http://www.scielo.org.co

В настоящее время в разных странах около ста видов растений используется в биосинтетической промышленности для получения экономически

Слайд 89Основные понятия темы
эксплант, пассирование, детерминация, дифференцировка, топипотентность,
каллус, органогенез, геммогенез, ризогенез
суспензионная

культура, адгезия
Основные понятия темыэксплант, пассирование, детерминация, дифференцировка, топипотентность, каллус, органогенез, геммогенез, ризогенезсуспензионная культура, адгезия
Скачать презентацию

Похожие презентации

Презентация к уроку биологии в 7 классе по теме: Среды жизни и места обитания животных. Взаимосвязь животных в природе. Презентация к уроку биологии в 7 классе по теме: Среды жизни и места обитания животных. Взаимосвязь животных в природе. 373
Презентация по биологии на тему Эукариотическая клетка Презентация по биологии на тему Эукариотическая клетка 244
Презентация по биологии на тему проверочная работа Органоиды клетки Презентация по биологии на тему проверочная работа Органоиды клетки 171
Презентация по биологии на тему Комнатные растения Презентация по биологии на тему Комнатные растения 228
Акция сохраним жизнь первоцветам Акция сохраним жизнь первоцветам 155
интеллектуальная игра-викторина Знание-сила 7 класс интеллектуальная игра-викторина Знание-сила 7 класс 220

Что такое shareslide.ru?

Это сайт презентаций, где можно хранить и обмениваться своими презентациями, докладами, проектами, шаблонами в формате PowerPoint с другими пользователями. Мы помогаем школьникам, студентам, учителям, преподавателям хранить и обмениваться учебными материалами.

Для правообладателей

Яндекс.Метрика

Обратная связь

Email: Нажмите что бы посмотреть