Білім беру бағдарламасы бойынша Жеке тапсырма тақырыбы Биотехнологиялық объект ретінде өсімдік жасушаларын өсіру
Биотехнология және өсімдіктер өнімділігін жоғарылату
жүктеу/скачать 1,77 Mb.
|
Сатыбалдиева Саламат прак
- Бұл бет үшін навигация:
- Мәдени өсімдіктердің сорттарын жақсарту
- Протопласттар ды біріктіру
| Биотехнология және өсімдіктер өнімділігін жоғарылату.
Өсімдіктер биотехнология саласындағы ғалымдардың жұмыстары өнімнің шығымдылығын және оның қоректік құндылығының арттыруға, қолайсыз табиғи жағдайларға және әртүрлі фитопатогенді микроорганизмдер мен зиянкестердің әсеріне төзімділігін жоғарылатуға, сонымен қатар, мәдени өсімдіктердің әр түрлілігін мен генетикалық ресурстарын сақтау мәселелеріне бағытталған. Мәдени өсімдіктердің түрлерін және сорттарын көбейтудегі жаңа жетістіктер, өсімдік клеткаларын дақылдау әдістерін жетілдірумен байланысты болып келеді. Мәдени өсімдіктердің сорттарын жақсарту Екінші дүние жүзілік соғыстан кейін жаңа астық өнімдердің жоғары өнімді сорттарын шығаруда селекциялық жұмыстар жүргізіле бастады. Олардың нәтижесінде бидайдың (Мексикада), күріштің (Филиппинде), соргоның, сұлының, жүгерінің және т.б. астық тұқымдастарының жаңа сорттарының түрлері пайда болды. Бұл жаңа сорттарды жергілікті линияларымен шағылыстыру, өнімділігі жоғары және табиғаттың қолайсыз жағдайларына төзімді сорттарды алуға мүмкіншілік туғызды. 1970 жылдың ортасынан бастап, қазіргі 100 жылдықтағы зерттеулер зиянкестер мен әртүрлі ауруларға, құрғақшылыққа төзімді жаңа өсімдіктерді селекциялау мен дақылдауға бағытталып отыр. Бұл зерттеулер тек шағылыстыру, айқас гибридизация және айқас шағылыстыру әдістеріне негізделіп қана қоймай, сонымен қатар өсімдіктердің биологиялық әртүрлілігін қамтамасыз ететін, молекулалық және клеткалық механизмдерге бағытталған әсер арқылы, мәдени өсімдіктердің жаңа сорттарын алуды көздейтін, гендік инженерия әдістеріне және клеткалардың, протопластар мен ұлпалардың дақылдарын пайдаланатын жаңа технологияларға сүйенеді. Өсімдік объектісіне бейімделген, рекомбинантты ДНҚ технологиясы түраралық шағылыстыруда кездесетін кедергілерге қарсы тұруға және ауруға шалдыққан өсімдік ұлпаларындағы вирустарды анықтауға мүмкіндік беріп, нәтижесінде, сау екпе материалды пайдалану арқылы, сапалы құнды өнім алуға болады. Протопласттарды біріктіру Клеткаларды дақылдау әдісін жетілдіру және жекеленген протопластарды алу мен дақылдау, өсімдіктердің соматикалық клеткаларына микроорганизмдермен жұмыс істеудің принциптері мен ережелерін қолдануға мүмкіндік берді. Бұл әдіс өсімдіктердің соматикалық клеткалары немесе протопластарының популяциясын бүтін өсімдік беруге қабілетті, жеке организм суспензиясы деп қарастыруға мүмкіндік береді. Жекеленген протопластар – клетка қабырғасынан айырылған, соматикалық клеткалар. 1970 жылы өсімдіктің соматикалық (парасексуальды) гибридизациясына негізделген протопластарды біріктіру әдісі пайда болды. Бұл әдістің мәні өсімдіктің жынысты клеткалары (гамета) емес, ал соматикалық (дене – сома) клеткалары гибридизацияланады. Мұндай жолмен алынған гибрид нәтижесінде гибридті өсімдік дамиды. Парасексуальды гибриднзация әдісімен әртүрлі түр аралық және түр ішіндегі, туыс, тұқымдас аралық (тек клеткалық деңгейде) гибидтер алуға болады, бірақ бұл күрделі қондырғылар мен арнайы жағдайларды қажет етеді. Сонда да, қазіргі кезде әртүрлі өсімдіктерге қолданбалы соматикалық гибридизация әдісімен гибридтерді алудың технологиясы дайындалуда. Қазір картоптың және темекінің түр аралық парасексуальды гибридтері жаңа өсімдіктердің бірінші партиясы құрылды. Протопластарды біріктіру арқылы жаңа гибридтің түрін алу өсімдік өсіру шаруашылығындағы селекциялық зерттеу жұмыстарының жаңа деңгейі болып табылады. Ө сімдіктерде алуан түрлі қосымша заттар синтезделеді. Қосымша заттар деп аталса да олардың өсімдіктегі зат алмасудағы орны зор. Олардың көптегені медицинада, техникада, тамақ және парфюмерия өнеркәсібінде, ауыл шаруашылығында кең пайдаланылады. Өсірген жасушалардың қосымша заттарының арасында бірінші болып өздеріне зерттеушілердің назарын аудартқан алкалоидтар еді. Қызғылт қабіршөптің, жылан раувольфияның, қара мендуанасының, сасық меңдуанасының т.с.с. өсімдіктердің каллустарын талдаанда олардың құрамында әр түрлі алкалоидтар болатыны анықталды. Көптеген ғалымдардың зерттеулері арқасында каллустардың басқа да активті заттарды синтездеуге қабілеті бар екендігі жөнінде талай бағалы деректер жиналды. Жасушалар in vitro жағдайында әр өсімдік түріне тән қосымша заттарды синтездеу қабілетін сақтап қалады. Атап айтқанда, алкалоидтарды, терпеноидтарды, гликозидтарды, полифенолдарды, полисахаридтерді, эфир майларын, ерекше петидтер мен белоктарды, таза бояғыш заттарды, стероидтарды, дәм татымдық заттарды, биоинсектицидтарды, балауыздарды, витаминдерді синтездейді. Маңызды заттарды синтездейтін жасушаларды өсіру биотехнологияның жаңа саласы. Дағдылы биотехнологиялар бағалы биологиялық активті заттарды алу үшін бүтін организмдерді пайдаланса (өсімдіктерді, жануарларды), осы заманғы биотехнологиясы ерікті немесе иммобилизденген өсімдік жасушаларын өсіруге сүйенген жасушалық технологияларға негізделген. Жасушалардың in vitro жағдайында биотрансформация жүргізуге мүмкіншілігі болатындығы дәлелденген, яғни кейбір биологиялық активті заттар арзан қарапайым бастаушы заттардан синтезделеді. Бұл қарапайым бастаушы заттар химиялық немесе микробиологиялық жолмен өзгертіле алмайды, тек қана өсірілетін жасушалардың ферменттерінің ықпалымен ақырғы бағалы өнімге айналып кетеді. Қоректік ортаның құрамы және басқа өсіру жағдайлары өзгеруі арқасында синтезделетін өнімдердің мөлшері тұрмақ сапасы да өзгереді. Соның нәтижесінде мүлде жаңа, негізінде басқаша әсер ететін қосылыстар пайда болуы мүмкін. Мысалы, жапон ғалымдары in vitro жағдайында ерекше пептидтерді, ісікке қарсы ем болатын қосылыстарды, убихинон-10 сияқты жаңа биологиялық активті заттарды алуда мол табысқа жеткен. Келешекте жасушалық битехнология иммобильденген өсімдік жасушаларын пайдаланатын болады. Өнеркәсіпте өсіруге жарайтын жасушалар жабайы мен екпе дәрілік және техникалық өсімдіктердің, микробиологиялық өңдірістің және химиялық синтездің бәсекесінен озып шығуы қажет. Дағдылы өсімдіктер шикі затымен салыстырғанда өсірілетін жасушалардың мынадай артықшылықтары болады: 1) қоршаған ортаның әр түрлі факторларының (климат, маусым, ауа райы, топырақ жағдайы, зиянкестер) ықпалынан тәуелсіздік; 2) өсіру жағдайларын өте жақсы деңгейде үзбей қамтамасыз ету арқасында өнімнің мөлшері мен сапасы жоғары; 3) егіс көлемі үнемделеді. Өсімдіктер көптеген маңызды заттардың бірден-бір қайнар көзі болып келеді. Бірақ өсімдік ш икі затының қоры табиғатта таусылып бара жатыр. Осыны еске алғанда, жасушалық технологиялардың орны болашақта ерекше зор екенін түсінуге болады. жасушалық технологиялардың ғылыми лабораториялық зерттеулерден соң өнеркәсіпте қолданылуы қазір ғана басталып келе жатыр. Тиімділігі жоғары технологиялардың жасалуы өсімдіктерде қосымша зат алмасу процестерінің генетикалық, биохимиялық, физиологиялық реттелуі жөніндегі теориялық білімнің жетіспеушілігімен шектеліп тұр. Себебі бүтін өсімдіктегі зат алмасуында қосымша заттардың қызметі толық зерттеліп бітпеген. Көпшілігінің негізгі функциясы өсімдікті әр түрлі стресс факторларынан қорғау, яғни олар реттеушілер ретінде организмнің тіршілік әрекетін қамтамасыз етуі мүмкін. In vitro жағдайында өсетін жасушалар – жаңа жасанды жүйе, оның ерекшеліктері әлі аз зерттелген. Кейде өсірген жасушалардың зат алмасуында филогенез тұрғысынан бұрын дамыған өсімдіктер тобына тән немесе өсімдіктің ювенильді кезеңіне тән ерекшеліктері байқалады. In vitro жағдайында өскенде де жасушалар белгілі бір онтогенезден өтеді: көбею, яғни бөліну- созылып өсу-дифференциялану-қартаю-өлу. Осындай әр түрлі кезеңдегі жасушалардың сан жағынан ара қатынасы популяцияда өзгеріп отырады. Мысалы, өсіру жағдайлары өзгергенде. Бөлінуі тоқтаған каллус жасушаның дифференциялануы өсімдік түріне тән қосымша заттарды синтездеуге мамандануы деп түсінуге болады. Қосымша заттардың биосинтезін жасушаның дифференциялануымен бақылау жөніндегі деректер әр қилы. Бірқатар тәжірибелерде қосымша заттардың синтезі морфогендік құрылымдар пайда болғанда ғана басталса, басқаларында қажетті заттардың жоғары өнімі дифференцияланбаған каллус ұлпаларында байқалған. Бастапқы өсімдіктің, яғни эксплант алынатын донор өсімдіктің генотипі өсірген жасушалардың биосинтездік потенциалына елеулі ықпал етеді. М.Ценк қызметтестерімен қызғылт қабыршөптің (Catharantus roseus) жасушаларын өсіру үшін бірнеше географиялық аймақтан 184 тұқым үлгісін жинап алған. Осы тұқымдардан шыққан өскіндер арасынан серпентин мен аймалицин деген гипотензивтік индолдық алкалоидтарға өте бай (құрғақ массасына 0,7%) бірнеше өскіндер таңдап алынды. Солардан шыққан каллустар қажетті алкалоидтарды басқа өскіндерден алынған каллустарға қарағанда 4-5 есе артық синтезделген. Бірақ У.Роллер осы өсімдікпен өткізген өзінің тәжірибелерінде мұндай байланыстылықты таба алмады. Жапон ғалымдары да маралотының (Thalictrum minus) бүтін өсімдіктері мен каллустарында берберин деген алкалоидтың мөлшерінде корреляциясын байқамады. Бәлкім нәтижелердің мұндай қайшы болуы алғашқы генотиптің тек фенотип арқылы бағалануына байланысты. З.Б.Шамина қызметтестерімен апиын көкнар (Papaver somniferum) жасушаларын изогендік өсімдіктер линиясынан шығарып алған. Сабақ ұшындағы меристема жасушаларын бір мезгілде әр түрлі, бірақ жасы бірдей өсімдіктерден бөліп алып, бірдей ортада өсірді. Сондағы шыққан каллустардың өсу және алкалоидтарды синтездеу жағынан айырмашылықтары айтарлықтай болған. А.Киннесли мен Д.Дугэлл екі темекі өсімдігінен (Nicotiana tabacum) шығарған каллустарда никотин мөлшерінен айырмашылығы екі өсімдік бір-бірінен тек никотин мөлшерінен айырмашылығы болған, басқа локустары изогендік еді. Никотинді көбірек синтездейтін өсімдіктен шыққан каллус сол қабілетін сақтап қалған. Келтірілген деректер біршама қайшы болсада, көптеген зерттеушілер әдеттегідей ұлпаның генетикалық сипаттамасына көңіл қояды. Бірақ кей кезде өсіруге алынған ұлпада қажетті заттың мөлшері жоғары болуы оның осы ұлпада қажетті заттың мөлшері жоғары болуы оның осы ұлпада синтезделмей, тек басқа ұлпалардан тасымалданып жеткізілгенін көрсетуі мүмкін. Сондықтан өсіруге алынған экспланттың тегіне де назар аударылады. Мысалы, диоскореяның (Dioscorea floribunda) түйінінен алынған жасушаларын өсіргенде, оларда диосгениннің мөлшері өркеннің алынған жасушалармен салыстырғанда он есе артық болған. Алайда, көбінесе жасушалар өсірген кезде қосымша заттарды синтездеуге тотипотентті келеді, яғни көрінген жасуша лайықты жағдай жасалса өзі бөлініп алынған өсімдікке тән заттарды синтездей алады. Себебі қосымша метаболиттердің синтезін реттейтін гендер әдетте оларды синтездемейтін жасушаларында да бар. Қай кезде жасушалардың биосинтездік қабілеті регенерант өсімдіктерде бүрынғы қалпына келеді. Мысалы, оймақгүлдің (Diqitalis lanata) жасушалары ұзақ мерзім өсіргенде гликозидтерді синтездеу қабілетін бұрынғы қалпына түскен. Сөйтіп, жасанды қоректік ортада өсірілген жасушаларды генетикалық информация сақталады, бірақ оның жүзеге асуы үшін ерекше жағдайлар қажет. Шамамен, жоғары өнімді өсімдіктер мен ұлпалардың бөлініп алынған жасушаларда сол метаболиттердің биосинтезіне қажет генетикалық информациясы болады. жүктеу/скачать 1,77 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|