Биология
Микроклональное размножение

Микроклональное размножение

6 Июн, 2024

14 минут

Как вырастить растение в пробирке?
Откуда производители косметики берут экстракты редких растений?
Чем in vitro отличается от in vivo?

Что такое микроклональное размножение?

Сегодня на прилавке практически каждого магазина можно увидеть баночки с многообещающими надписями «Ботаника», «Органик», «Натуральный продукт», которые активно рекламируются многими фуд- или фэшн-блогерами и часто продаются по более высокой стоимости, чем продукты без подобных этикеток. Конечно, вопрос качества и преимущества таких товаров довольно спорный (как минимум, в синтетических лекарствах и косметических средствах, в отличие от их «зеленых» аналогов, точная концентрация активного вещества), но факт остается фактом: в последнее время все более популярными становятся продукты, приготовленные из натуральных растительных экстрактов. Но возникает вопрос: откуда брать такое большое количество растений для производства?

Приведем пример, чтобы ситуация была понятна: почти на каждой баночке с шампунем красуется фраза «с добавлением натурального масла ши». Но ведь это масло производят из семян древесного растения, произрастающего в Африке, и природные популяции этих растений не настолько велики, чтобы обеспечить всю планету продуктом естественного происхождения! Причем для производства косметических средств (а тем более лекарственных препаратов или продуктов питания) подходит далеко не каждое растение: оно должно быть выращено вдалеке от крупных производств и автомагистралей, иначе вреда от такого товара будет больше, чем пользы. А спрос на эссенции с добавлением масла все растет и растет… Что же делать производителю? И тут на помощь промышленности приходит современное достижение биологической науки – микроклональное размножение растений.

Микроклональное размножение – массовое размножение растений в культуре тканей и клеток, при котором новые растения генетически идентичны исходному экземпляру.

С помощью микроклонального размножения растений в лаборатории можно вырастить сколько угодно растительного сырья, пригодного для дальнейшего производства лекарств, продуктов питания и косметики. И поскольку такое размножение с точки зрения биологии будет являться вегетативным (гиперссылка на типы размножения), все полученные нами новые организмы будут точными копиями материнского – клонами.

Вегетативное размножение – образование новой особи из
многоклеточной части тела родительской особи.

Технология микроклонального размножения растений

Давайте же разберемся, как вырастить культуру тканей растения в лабораторных условиях! Для начала нам необходимо познакомиться с новыми терминами, чтобы точно понимать, о чем речь:

in vitro = в пробирке

in vivo = в живом организме

in situ = в естественной среде

Сам процесс микроклонирования чем-то похож на приготовление какого-то блюда, поэтому для лучшего запоминания мы опишем его как кулинарный рецепт. Устраивайтесь поудобнее, начинаем наше кулинарное шоу!

Шаг 1. Подготовка экспланта и среды

Итак, для приготовления любого блюда первым делом нам необходимо подготовить нужные ингредиенты: помыть, почистить, нарезать и так далее. То же мы будем делать и при микроклональном размножении: сначала нужно выделить из уже имеющегося растения группу клеток, которую далее мы будем выращивать на питательной среде. Группа клеток, культивируемая в ходе микроклонирования называется эксплантом.

Эксплант – группа клеток, выделенная из материнского организма.

Чтобы получить хороший биологический материал, эксплант необходимо выделять из здорового растения, и брать строго определенные его ткани – из гнилой морковки с кожурой точно вкусный салат не получится! Лучше всего для эксплантации на среду использовать образовательную ткань растения – меристему (рассмотреть ее можно на картинке ниже). Меристема бывает трех типов:

верхушечная (конус нарастания)
боковая (камбий)
вставочная (у некоторых растений в основаниях междоузлий)

Главное преимущество использования именно образовательной ткани – ее способность к активному делению клеток. Ведь именно образовательная ткань дает начало всем остальным органам в организме растения. Иногда такую активно размножающуюся ткань называют «каллус». Клетки каллуса должны быть недифференцированными (никак не отличаться друг от друга), чтобы из них мог вырасти любой орган растения – будь то корень, лист или стебель.

К моменту полной готовности экспланта у лаборанта под рукой должна быть питательная среда со всеми необходимыми добавками. Состав питательной среды может содержать особые питательные вещества, антибиотики или противовирусные препараты в зависимости от сорта выращиваемого растения. В рамках нашего рецепта можно представить, что питательная среда – это форма для запекания, куда нам нужно будет положить все заготовленные ингредиенты.

После высадки клеток экспланта на питательную среду мы можем сказать, что теперь выращиваем живых организмов in vitro – «в пробирке», хотя на самом деле в лабораториях для этих целей чаще используется более удобный вариант посуды – чашки Петри.

Чашки Петри с питательной средой, в которых будут выращиваться эксплантированные клетки растения

Шаг 2. Культивирование растений in vitro

Далее мы должны предоставить молодым размножающимся клеточкам наиболее комфортные условия для роста и развития. Питательную среду для них мы уже приготовили, далее нужно соблюдать благоприятную для культуры температуру. И для этого в лабораториях обычно используют особые вентилируемые камеры с климат-контролем. Можем сравнить эти температурные шкафы с духовкой – там тоже поддерживается определенная температура на протяжении какого-то времени (хотя, конечно, выпекать клеточки будущего зародыша при 180^o крайне не рекомендуется). Стандартная температура, поддерживаемая при микроклональном размножении ≈ 26–27 ^oС.

Вот и все, ждем до полной готовности и вынимаем из духовки 🙂

Буквально за несколько дней (иногда недель) в чашках Петри образуются полноценные зародыши растений, которые в дальнейшем можно пересаживать в теплицы и наблюдать развитие целой оранжереи всего из нескольких чашек или пробирок!

Шаг 3. Пересадка и культивирование in vivo и in situ

Отлично! На предыдущих этапах мы получили соматические зародыши растений, которые готовы к пересадке в грунт. Но тем не менее на ранних порах им, как и маленьким детям, нужна усиленная забота и грамотный уход, поэтому микроклонированные растения выращиваются в теплицах, где им обеспечивают хорошие условия: благоприятную температуру, обильный полив и подкормку необходимыми удобрениями.

Такие растения неплохо приживаются и на минеральной вате (то есть их можно выращивать и без почвенного субстрата). Этот способ культивирования растений называется гидропоникой.

Гидропоника — это способ выращивания растений
на искусственных средах без почвы.

Вот мы и разобрались со всеми этапами работы лаборантов для получения микроклонированной культуры растений! А чтобы повторить этот процесс и получше его запомнить, советую ознакомиться со схемой ниже.

Преимущества и недостатки метода

Главное и самое очевидное преимущество микроклонального размножения растений, описанное еще в первой главе, – это возможность выращивать большое количество труднодоступных растений, которые затем можно использовать в производстве лекарственных препаратов, косметической и пищевой продукции. А еще с помощью микроклонального размножения растений мы можем проводить работы на протяжении всего года, а не только в теплые сезоны, что позволяет сократить площади, необходимые для выращивания посадочного материала.

Огромным плюсом использования технологии микроклонального размножения является и то, что в ходе него получаются идентичные материнскому растению организмы, которые обладают всеми полезными свойствами, от него унаследованными. И при этом они освобождены от вирусов и бактерий – в посадочный материал идут только здоровые и сильные растения.

Однако у метода есть и слабые стороны… На данный момент внедрение микроклонального размножения в массовое производство затруднительно из-за высоких требований к квалификации персонала и дорогостоящего оборудования. Кроме того, у кукурузы и лука, к примеру, совсем разные потребности, поэтому технологию необходимо адаптировать к каждой выращиваемой культуре – создавать особые питательные среды и прописывать рекомендации к размножению. А некоторые клонированные растения и вовсе не хотят потом расти в естественной среде, поэтому технологический цикл обрывается на этапе культивирования in situ. Тем не менее мы верим, что в скором времени эта и многие другие инновационные технологии будут работать на благо человечества в промышленных масштабах!

Резюмируем плюсы и минусы технологии микроклонального размножения и подведем итоги в виде таблицы:

Преимущества

Недостатки

получение большого количества генетически идентичных растений;отсутствие у растений болезнетворных агентов из-за размножения фрагментами образовательной ткани; большая скорость размножения;размножение труднодоступных (редких, долго растущих) растений

сложная технология, требующая высокой квалификации персоналадорогостоящее оборудование;сложности культивирования клонов в естественной среде

Фактчек

1. Микроклональное размножение – массовое размножение растений в культуре тканей и клеток, при котором новые растения генетически идентичны исходному экземпляру.

2. Микроклональное размножение растений имеет перспективы использования в фармакологической, косметической и пищевой промышленности.

3. Технология предполагает три этапа работы: подготовка экспланта и питательной среды, культивирование in vitro (в пробирке), а также культивирование in vivo и in situ (в теплице).

4. Эксплант – группа клеток, выделенная из материнского организма.

5. К недостаткам метода относятся высокая стоимость оборудования и необходимость подготовки квалифицированных специалистов для ухода за микроклонированными растениями.

Проверь себя

Задание 1
Установите последовательность этапов работы лаборанта по микроклональному размножению.

1. посадка экспланта на питательную среду
2. культивирование растений in vitro
3. подготовка питательной среды
4. пересадка растений в теплицу
5. отбор клеток каллуса растения

Задание 2
Выберите два верных ответа из пяти. В каких сферах промышленности применяется технология микроклонального размножения?

1. черная металлургия
2. производство противовирусных препаратов
3. производство биологически активных добавок
4. косметическая промышленность
5. производство пластмасс

Задание 3
Какая растительная ткань наиболее пригодна для микроклонального размножения в лабораторных условиях?

1. сосуды древесины
2. фотосинтезирующие клетки листа
3. паренхимные клетки корня
4. клетки конуса нарастания

Ответы: 1)35124; 2) 34 3)4

Понравилась статья? Оцени:

Загрузка...