Высшее образование
Введение в протопласты макромолекул, клеточных органелл и бактериальных клеток
жүктеу/скачать 5 Mb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- Табаков
- 6.8.3. Клональное микроразмножение и оздоровление растений
| Введение в протопласты макромолекул, клеточных органелл и бактериальных клеток. Чужеродный генетический материал можно переносить в клетку не только при соматической гибридизации, но и при непосредственном введении ДНК или органелл, содержащих ДНК, в изолированные протопласты. Работы в этом направлении начаты не так давно, но уже получены интересные результаты. Так, поглощение экзогенных макромолекул ДНК показано у протопластов петунии, сои, моркови. Проведена трансплантация органелл (ядер, митохондрий, хлоропластов) в протопласты растений. Наибольшую важность представляют опыты по трансплантации хлоропластов одних растений в клетки других. П.Карлсон провел опыты по введению хлоропластов нормального зеленого растения Nicotiana suaveolens в протопласты пестролистного мутанта N. tabacum. В результате культивирования протопластов были получены зеленые каллусы, из которых регенерировали растение, оказавшееся пестролистным. Для того чтобы понять, содержит растение-регенерант элементы геномов двух видов Табаков или только одного, проанализировали белковую фракцию I, в которую входит ключевой фермент цикла Кальвина — рибулозодифосфаткарбоксилаза (РДФ-карбоксилаза). Этот фермент состоит из двух больших субъединиц и двух малых. Большие субъединицы кодируются геномом хлоропластов, малые — ядерными генами. Анализ состава белковой фракции I растения- регенеранта показал присутствие полипептидов, характерных и для пластид N. tabacum, и для пластид N. suaveolens. Перспективность работ по трансплантации хлоропластов заключается в том, что введение высокоэффективных хлоропластов может способствовать активации фотосинтеза и повышению продуктивности других растений.
Среди бактериальных клеток к созданию искусственных ассоциаций с растительными клетками наиболее способны цианобактерии. Это может быть связано с тем, что они часто вступают в симбиотические отношения с другими организмами; что древние цианобактерии, вероятно, участвовали в формировании растительных клеток в процессе эволюции; что цианобактерии способны выделять в среду разнообразные вещества: углеводы, аминокислоты, вещества гормональной природы и другие, которые могут быть использованы культивируемыми клетками растений. Растительные клетки способны потреблять кислород, образующийся в процессе фотосинтеза цианобактерий, а цианобактерии потребляют диоксид углерода, выделяемый растительными клетками при дыхании. Кроме того, азотфиксирующие цианобактерии могут накапливать азот в почве и обеспечивать до 15 % потребностей растений в нем. Например, симбиоз папоротника Azolla с Anabaena azollae применяют в сельском хозяйстве в качестве источника связанного азота на рисовых полях. Большой интерес вызывает тот факт, что цианобактерии могут выступать в качестве фототрофного компонента ассоциаций с растительными клетками. Использование питательных сред, в которых не хватает источника углерода, показало, что прирост растительных клеток может быть обеспечен за счет усвоения ими продуктов фотосинтеза цианобактерий или их лизиса. Однако не все сочетания растений и цианобактерий оказывают взаимное благотворное влияние. Выявлена видовая специфичность взаимодействия партнеров. Так, клетки культуры мака и Anabaena variabilis взаимно подавляли рост друг друга. В то же время на рост культивируемых клеток табака, женьшеня, диоскореи цианобактерии оказывали стимулирующее влияние. В большинстве случаев существенное влияние одного партнера на ростовые процессы другого не выявлялось. Совместное выращивание растительных клеток и цианобактерий имеет еще одну важную особенность. На дефицитной среде оно может приводить к увеличению синтеза вторичных метаболитов по сравнению с их накоплением в монокультуре на полной среде. Введение азотфиксирующих цианобактерий в культуру растительных клеток могло бы наряду с применением методов генной инженерии решить проблему азотфиксации. Показано, что в смешанных культурах каллуса табака и цианобактерий на среде Му- расиге и Скуга формировались побеги регенерантов табака с участками сине-зеленого цвета, где локализовались цианобактерии. Вероятно, большие межклетники в каллусах табака способствуют проникновению цианобактерий сначала в межклетники каллусной ткани и в область меристемоидов, а затем — в формирующиеся побеги. Цианобактерии сохранялись на поверхности и в тканях стебля и листьев при многочисленных пересадках, образовании вторичных каллусов и последующей регенерации из них побегов, т. е. образовывалась устойчивая ассоциация растительной и бактериальной клетки. Азотфиксирующие цианобактерии обеспечивали рост растительных клеток в суспензионных и каллусных смешанных культурах на питательных средах, дефицитных по азоту, а в ассоциациях с растениями — и в песчаной культуре, не содержащей связанного азота. Это действие обеспечивается, по- видимому, за счет продуктов азотфиксации, выделяющихся в среду. В свою очередь, цианобактерии могут получать от растений углеводы. Причем цианобактерии, предварительно культивируемые с растительными клетками, получают от побегов в 2,5 раза больше меченых соединений углерода по сравнению с цианобактериями, взятыми из чистой культуры. В результате такого потребления растение-хозяин может значительно снизить интенсивность собственных ростовых процессов. Поэтому прежде чем приступить к практическому использованию искусственных ассоциаций, необходимо решить проблему обеспечения азотфиксирующего симбионта органическими веществами без нанесения существенного ущерба растению. 6.8.3. Клональное микроразмножение и оздоровление растений Клональным микроразмножением называют неполовое размножение растений с помощью метода культуры тканей, позволяющее получать растения идентичные исходному. В основе получения таких растений лежит способность соматических клеток растений полностью реализовывать свой потенциал развития, т.е. свойство тотипотентности. Метод клонального микроразмножения получает все более широкое распространение во всем мире. В большинстве стран эта технология приобрела коммерческий характер. В России первые работы по клональному микроразмножению были проведены в 60-х годах XX в. в лаборатории Р. Г. Бутенко (Институт физиологии растений им. К.А.Тимирязева). В настоящее время созданы и развиваются лаборатории клонального микроразмножения, связанные с нуждами селекции, размножением декоративных, лекарственных и других растений. Кроме того, технология используется для размножения лучших экземпляров взрослых лесных деревьев, особенно хвойных, для сохранения редких и исчезающих видов растений. Свое название эта технология размножения получила от термина «клон» (от греч. clon — отпрыск), который предложил Веб- бер в 1903 г. Клональное микроразмножение имеет существенные преимущества перед традиционными способами размножения: Высокий коэффициент размножения. Одно растение герберы за год при микроклональном размножении дает до 1 млн новых растений, тогда как при обычных способах размножения — только 50 — 100 растений. Большинство культивируемых в настоящее время сортов лилий размножается только вегетативно. Луковички возникают на материнских луковицах или на побеге в небольших количествах. Технология микроклонального размножения позволяет получить из одной чешуи луковицы за 6 месяцев 105 новых растений (сорт Red Carpet). Получение генетически однородного посадочного материала. Возможность оздоровления растений, освобождения их от вирусов благодаря клонированию меристематических тканей. Возможность размножения растений, которые в естественных условиях репродуцируются с большим трудом. Воспроизведение посадочного материала круглый год, что значительно экономит площади, занимаемые маточными и размножаемыми растениями. 6. Сокращение продолжительности селекционного периода, ускорение перехода растений от ювенильной фазы развития к репродуктивной. жүктеу/скачать 5 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|