Фізіологія рослин - Мусієнко М.М. 2001

Фізіологія рослин та біотехнологія. Досягнення і перспективи розвитку
Методи культивування ізольованих клітин, тканин, органів і біотехнологія рослин

Під методом культури тканин розуміють вирощування in vitro ізольованих клітин, їх структур, тканин, органів в стерильних умовах на штучних поживних середовищах. В останні роки значно виросла зацікавленість вчених методом культури тканин. Це пояснюється підвищенням ролі клітинних культур у фундаментальних дослідженнях фізіології, цитології рослин, а також можливостями практичного використання клітинних технологій. Фундаментальні дослідження клітин і тканин in vitro є основою, яка дозволяє об’єднати різні рівні досліджень, починаючи з молекулярного та закінчуючи популяційним, що надзвичайно важливо для вивчення різних проблем біології рослинного організму в цілому. Цей метод біологічного моделювання дозволяє при інтерпретації одержаних даних виключати елементи корелятивних зв’язків, ефектів, характерних для цілого організму. Одним з основних принципів методу культури тканин є ступінь відтворення in vitro умов, близьких або ідентичних тим, в яких клітина знаходиться на материнській рослині in vivo.

Розробка основ методу має порівняно недавню історію. Габерландт (Haberlandt, 1902) вперше застосував цей метод на початку XX ст. для роботи з клітинами палісадної паренхіми. Він хотів виростити цю тканину з однієї клітини. Невдача, що спіткала автора, дещо затримала роботу з рослинними організмами, але дослідження були продовжені на тваринних організмах

Найважливішою умовою вирощування ізольованих рослинних тканин є поживні середовища необхідного складу. В Україні культуру ізольованих коренів широко використовував М.Г. Холодний ще в 1915 р., коли він за допомогою даного методу виявив біосинтез фітогормонів в кінчиках коренів, що стало основою для розробки його теорії тропізмів. Цей метод він використовував і пізніше.

В 30 і роки праці американського вченого Уайта та французького вченого Готре зумовили розробку власне сучасного методу культури рослинних тканин і органів. Уайт довів, що коренева меристема може рости тривалий час, якщо її пересаджувати на свіже середовище.

Таблиця 21. Поживне середовище Уайта, (pH 5,5)

Таблиця 22. Поживне середовище Шенка і Хільдебрандта, (pH 5,8)

Культура клонів кінчиків кореня помідорів в його дослідах підтримувалася понад ЗО років (Уайт, 1949). Заслугою Готре є те, що він вдосконалив склад поживних середовищ для вирощування недиференційованих тканин різних органів однодольних, дводольних та голонасінних рослин (Gautheret, 1959). Готре ввів у культуру різні калусні тканини у вигляді чистих клонів. Систематичні роботи з культури тканин в 40-х роках проводилися під керівництвом академіка М.О. Максимова. В Україні ці роботи було організовано в лабораторії Ф.Л. Калініна (Калінін, Сарнацька, Поліщук, 1980).

Відомо, що клітини різних тканин, органів, організмів функціонують is vivo в специфічних метаболічних умовах. Це є науковою основою для розробки різних за складом поживних середовищ. Як відомо, тепер їх створено більше ста. Обов’язковими компонентами поживних середовищ є джерело мінерального живлення, певні макро- і мікроелементи, вуглеводи, біологічно активні речовини, які регулюють процеси поділу клітин та диференціацію їх. Склад найбільш вживаних в технології мікроклонального розмноження середовищ наведено в табл. 21, 22. Мінеральний склад, обумовлений основними фізіологічними вимогами більшості тканин рослин найбільш стабільний. Його модифікації досягаються внесенням різноманітних регуляторів росту. Особливо важлива регуляторна роль ауксинів та цитокінінів та їхнього співвідношення. На сучасному етапі цей метод дозволяє вирішити цілий ряд проблем фізіології та біотехнології рослин. Є також поживні середовища для вирощування культури тканин певних видів рослин, наприклад, орхідей:

Всі проблеми, які вирішуються методом культури тканин, ділять на три групи:

— перша вирішується на основі епігенетичної зміни генетичної інформації, її поступової реалізації під впливом умов вирощування in vitro.

·друга група проблем вирішується на основі зміни генетичної інформації шляхом мутагенезу. Вирішення проблем біології рослин на цій основі має виключне значення, бо воно пов’язане з одержанням нових штамів клітинних ліній, які мають надзвичайно великий теоретичний та прикладний, наприклад, для клітинної селекції, інтерес.

·третя група проблем вирішується методом культури тканин на основі перенесення та інтеграції генетичної інформації.

Метод культури тканин в останні роки все ширше застосовується для вичення дії на рослини різних екстремальних факторів, взаємодії рослинної клітини з патогенними організмами. Даним методом вирішуються проблеми вивчення гетерозису, несумісності генетичної інформації двох геномів, стерильність гібридів при віддаленому схрещуванні, трансплантації клітин, їх частин, і навіть органів.