Похожие презентации:
Культура клеток, тканей и органов растений. Введение в предмет
1.
КУЛЬТУРА КЛЕТОК,ТКАНЕЙ И ОРГАНОВ
РАСТЕНИЙ
Лекция 1
ВВЕДЕНИЕ В ПРЕДМЕТ
2.
ПЛАН ЛЕКЦИИ1.
Предмет культуры клеток, тканей и
органов растений. Тотипотентность
растительной клетки.
2.
Значение метода культуры клеток, тканей
и органов растений для решения
фундаментальных проблем биологии.
3.
Культуры клеток и тканей как основа
биотехнологии растений.
4.
История развития метода культивирования
клеток, тканей и органов растений.
3.
Метод культуры клеток, тканей иорганов растений - выращивание либо
поддержание в жизнеспособном
состоянии изолированных клеток,
различных тканей и органов растений в
асептических условиях на искусственных
питательных средах
4.
Принципыкультивирования
клеток
5.
Главное требование –соблюдение строгой асептики
6.
Второе условие –использование специальных
питательных сред
7.
Третье условие –проведение регулярных пересадок
культур на свежие питательные среды
8.
Варианты растительных объектов,культивируемых in vitro
Культура клеток, тканей и органов
растений
Изолированные
зародыши
Изолированные
органы
Каллусная
культура
Культура
протопластов
Суспензионная
культура
9.
Способы культивированиярастительных клеток
Поверхностное
культивирование на
плотной (агаризованной)
питательной среде
Глубинное
культивирование в
жидкой питательной
среде
Каллусные
культуры
Суспензионные
культуры
10.
Каллусная ткань – ткань, возникающаяпутем неорганизованной пролиферации
клеток экспланта и выращиваемая
поверхностным способом на полутвердой
агаризованной питательной среде
11.
Каллус (от лат. callus — толстая кожа, мозоль)12.
Каллус может образоваться не только в искусственныхусловиях, но и в природе, например, на раневой поверхности.
Каллусная ткань способствует зарастанию ран, срастанию
прививок и служит для регенерации утраченных органов
13.
Суспензионная культура – отдельные клеткиили клеточные агрегаты, выращиваемые в
жидкой питательной среде во взвешенном
состоянии
14.
Необходимое условие для поддержаниясуспензионных культур –
постоянное перемешивание питательной
среды
15.
В основе метода культуры клеток и тканейрастений лежит уникальное свойство
растительной клетки – тотипотентность
16.
Терминальная дифференцировка – необратимыйпроцесс, после которого клетка не может
дедифференцироваться и реализовать свою
тотипотентность
Характерна для:
•мертвых клеток ксилемы;
•клеток ситовидных элементов, не имеющих ядра;
•клеток механических волокон
17. Культура клеток и тканей растений
Биологическая система(экспериментально созданная популяция
соматических клеток)
Модель
(для решения фундаментальных проблем
физиологии, биохимии и генетики
растений)
Инструмент
(основа биотехнологии растений)
18.
Преимущества культуры клеток и тканей какэкспериментальной системы для решения
фундаментальных и прикладных задач биологии:
•отсутствие коррелятивных взаимодействий и контроля
со стороны других тканей, органов, целого организма,
что позволяет проследить состояние клетки на уровне
первичных элементарных процессов в ответ на любые
воздействия;
•возможность быстро получать достаточную массу в
асептических условиях;
•контролируемые по многим параметрам условия
выращивания.
19.
Особенности популяций растительных клеток,культивируемых in vitro:
•генетические;
•эпигенетические;
•морфологические;
•физиолого-биохимические.
20.
Направления использования культуры клеток и тканей длярешения теоретических вопросов физиологии, биохимии и
генетики растений
Клетки и ткани растений
in vitro
Изучение вторичного
метаболизма и его
регуляции
Механизмы
опухолеобразования
Процессы
цитодифференцировки и
морфогенеза
Генетика соматических
клеток
Механизмы устойчивости
растений к неблагоприятным
факторам среды
21.
Биотехнологии на основе культивируемых клеток,тканей и органов растений
Культура клеток, тканей и
органов растений
Получение
экономически ценных
БАВ
Ускорение
селекционного
процесса
Клональное
размножение растений
Генетическое
улучшение растений
Получение
оздоровленных
растений
Сохранение
генофонда редких
видов
22.
1. Получение экономически ценных биологически активныхвеществ
- производство лекарственных
препаратов;
- получение пищевых добавок,
красителей;
- производство косметических
средств и др.
23.
Япония, 1983 г. – коммерческое получение шиконинас помощью суспензионной культуры воробейника
краснокорневого в биореакторе вместимостью 750 л.
Биотехнологический способ
получения шиконина
дешевле, стабильнее, не
зависит от импорта и
других внешний условий.
Содержание производных
шиконина в культуре клеток
достигает 12,6 % от сухой
массы клеток.
24.
России принадлежит приоритет промышленногополучения биомассы культуры клеток
В конце 70-х гг. XIX в. на ряде заводов
Главмикробиопрома было организовано
производство биомассы культуры
клеток женьшеня. На ее основе
созданы медицинские препараты
(настойка «Биоженьшень») и
косметические средства (шампунь
«Диона», лосьон «Женьшеневый» и др.)
25.
Получение противоопухолевого препарататаксола на основе культуры клеток тиса (Taxus sp.)
– фирма Phyton Biotech
26.
Phyton Biotech является одним из пионеровкоммерческого применения культур растительных клеток.
Основав производство в 1990 г., в 1993 г. фирма приобрела
производственную базу в Германии, ставшую крупнейшим
заводом в мире с биореакторами до 75 тысяч литров.
В 2009 г. у Phyton Biotech появилось производство в Канаде.
В настоящее время Phyton Biotech является крупнейшим
производителем паклитаксела (Таксола), для полусинтеза
которого в культуре тканей растений ими производится
10-деацетилбаккатин III.
27.
https://phytonbiotech.com/about-pcf/28.
Корейская компания CBNBiotechспециализируется на культивировании адвентивных корней
женьшеня
29.
30.
Производство косметических средств31.
32.
СitrustemTM — Стволовые клеткиИнновационный
коктейль для
эффективного
омолаживающего
ухода. Содержит
высокую концентрацию
растительных
стволовых клеток,
фактора
самообновления
эпидермальных
стволовых клеток
и натуральных олигои полисахаридов,
которые действуют
на клеточном
и молекулярном
уровнях, стимулируя
естественные
процессы обновления
кожи.
33.
Активные ингредиенты:Экстракт культуры стволовых
клеток швейцарского яблока
PhytoCellTec Malus Domestica
(Швейцария) в количестве 2%
Трипептид с уникальной
последовательностью аминокислот
Syn-Coll (Швейцария)
Витамин Е
Масло виноградной косточки
Экстракт цветков апельсина
34.
Состав: вода, сквалан, экстракт культурынедифференцированных клеток Leontopodium
Alpinum (эдельвейса), ксантановая камедь,
гидролизованный экстракт клубня Manihot
Esculenta (маниока), гидроксиэтилмочевина, бисПЭГ-18 метиловый эфир диметилсилана, экстракт
семян Pyrus Malus (яблок), карбомер, полисорбат20, пальмитоилолигопептид,
пальмитоилтетрапептид-7, кроссполимер
диметикона/винилдиметикона, диоксид кремния,
бутиленгликоль, экстракт Euphrasia Officinalis
(очанки), экстракт листьев Melissa Officinalis
(мелиссы), экстракт бутонов/цветов Magnolia
Biondii (магнолии), лецитин, феноксиэтанол,
метилпарабен, этилпарабен, пропилпарабен,
полиакрилат натрия, гидрогенизированный
полидецен, тридецет-6, трометамин,
кроссполимер акрилатов и C10-C30
алкилакрилата, парфюмерная композиция, 2бром-2-нитропропан-1,3-диол, гидрохлорид
аргинина
35.
В 2008 г. установлено, что экстракт каллуса яблок сорта UttwilerSpatlauber увеличивает пролиферативную активность стволовых
клеток человека, выделенных из пуповинной крови, а также
на генетическом уровне восстанавливает уменьшающуюся
с возрастом активность фибробластов .
36.
37.
38.
39.
2. Клональное размножение растенийПреимущества микроклонального
размножения в сравнении с
традиционными методами:
•высокие коэффициенты размножения;
•миниатюризация процесса, приводящая к экономии
площадей, занимаемых маточными и размножаемыми
растениями;
•в условиях in vitro часто размножаются и укореняются
те растения, которые совсем не размножаются
обычными способами.
40.
Впервые этот метод применил французский исследовательЖ. Морель в 1960 г. для размножения орхидей (Cymbidium).
Из апикальной меристемы исходного растения ему удалось
в течение года получить около четырех миллионов новых
растений
41.
Технология клонального размножения растенийсегодня является основой функционирования
коммерческих предприятий во многих странах
мира
В США около
100 предприятий
получают
посадочный
материал
декоративных,
овощных,
полевых,
плодовых и
лесных культур
методом
клонального
размножения.
42.
Во Франции 94% всейпродукции цветочных
культур получают
методом культуры
изолированных клеток и
тканей
43.
3. Получение оздоровленных растенийКлональное микроразмножение приводит к оздоровлению
получаемых растений от нематод, грибных и
бактериальных патогенов.
Для оздоровления
посадочного материала от
вирусов, вироидов и
микоплазм используют
метод культуры меристем.
44.
4. Ускорение селекционного процесса на основе клеточнойинженерии
Гибридизация
соматических клеток
Введение органелл в
протопласт
45.
5. Генетическое улучшение растенийНаиболее важные проблемы, для решения
которых осуществляется генетическая
трансформация растений:
•повышение устойчивости к биотическим и
абиотическим стрессам;
•улучшение качества запасных белков
зерна;
•повышение эффективности
азотфиксации и расширение круга
культурных растений, способных к
симбиотической фиксации азота.
46.
Самые распространенные трансгенные растения1 место (51% площадей)
2 место (31%)
3 место (13%)
4 место (5%)
Соя
Обогнала по
захваченной
площади свой
«традиционный»
аналог
Кукуруза
Хлопок
Рапс
47.
Рейтинг коммерциализированныхтрансгенных растений:
гербицидоустойчивые культуры ;
культуры, устойчивые к насекомым-вредителям;
комбинированные культуры (оба этих признака)
48.
6. Сохранение генофонда редких видовВарианты сохранения генофонда растений на
основе метода культуры клеток и тканей:
•пересадочные коллекции – культивирование in vitro
изолированных органов, тканей и клеток растений с
использованием частых пересадок;
•депонирование коллекций – сохранение коллекций без
частых пересадок путем их экспозиции при пониженных
температурах, либо в присутствии консервантов;
•криосохранение – способ хранения
объектов в жидком азоте при
температуре -196°С.
49.
Области применения культуры клеток, тканей иорганов растений
Культура клеток, тканей и органов
растений
Промышленная
биотехнология
Сельскохозяйственная
биотехнология
Экология
Производство БАВ для
медицины, ветеринарии,
косметики, пищевой
промышленности
Растениеводство
Сохранение генофонда
редких и исчезающих
видов, биоскрининг
химических соединений
Ускорение и облегчение
селекционного процесса
Размножение и
оздоровление растений
Генетическое улучшение
растений
50.
История развития методакультивирования клеток,
тканей и органов растений
Метод культуры клеток и тканей растений
был разработан около 80 лет назад – в
первой половине прошлого столетия
51.
I ЭТАП (1878-1902)Фехтинг,
1878
Выявил наличие полярности у
изолированных фрагментов стеблей.
Сделал вывод, что полярность
свойственна не только органам, но и
каждой клетке растения
Б
Hermann Vöchting
А
Образование корней у черенков ивы
52.
I ЭТАП (1878-1902)Рехингер,
1893
Karl Rechinger
Определил минимальные размеры
эксплантов для регенерации целых
растений
53.
I ЭТАП (1878-1902)Габерландт,
1902
Gottlieb Haberlandt
Впервые четко сформулировал принципы
культивирования клеток и тканей
(использование питательных сред и
соблюдение асептических условий)
Выдвинул гипотезу о тотипотентности
любой живой клетки растений.
Однако не смог получить ее
экспериментальные доказательства.
Причина – использование в качестве
объектов исследования
высокоспециализированных клеток
(например, замыкающие
клетки устьиц, железистые
волоски и др.)
54.
II ЭТАП (1902-1922) – попытки культивированиярастительных эксплантов на питательных средах
природного происхождения
Гаррисон, 1907;
Каррель, 1911
Ross Harrison
Aleksis Carrel
Разработали методику
выращивания тканей
животных на питательных
средах природного
происхождения (плазма
крови, зародышевая
жидкость, лимфа).
Попытки культивирования
растительных клеток в
аналогичных условиях
оказались неудачными.
55.
III ЭТАП (1922-1932) - разработка методакультуры корневых меристем
Котте,
Роббинс, 1922
American Robbins
German Kotte
Постулировали
необходимость
использования для
культивирования
меристематических
клеток, а также
применения более
сложных по составу
культуральных сред
Их работы - начало
развития метода
изолированных корней
растений
56.
IV ЭТАП (1932-1940) – начало успешного развитияметода культуры клеток и тканей растений
Уайт,
1934;
Готре,
1935
Philip White
Родоначальники современных методов
культивирования изолированных тканей и
органов растений.
Заслуги Уайта:
- показал, что корневая меристема может
расти неограниченно во времени, если
ее пересаживать на свежую
питательную среду;
- усовершенствовал состав питательной
среды для культивирования
растительных клеток;
- показал способность к неограниченному
росту растительных опухолей
57.
Заслуги Готре:Roger Gautheret
- ввел в культуру новые объекты –
каллусные ткани древесных
растений камбиального
происхождения и каллусные
ткани запасающей паренхимы;
- предложил ввести в состав
питательной среды фитогормон
ауксин;
- заменил жидкую питательную
среду на твердую –
агаризованную
Успех работ Уайта и Готре во многом был определен
оптимальным сочетанием объектов культивирования и
состава питательных сред
58.
V ЭТАП (1940-1960)Ученики и
последователи
Готре и
Уайта
Увеличивается число видов
растений, ткани которых
культивируются
in vitro.
Разработаны составы ряда
питательных сред, что позволило
получать длительные
пересадочные культуры из
разных органов и тканей
растений
59.
V ЭТАП (1940-1960)Скуг, Миллер, 1955
Folke Skoog
Carlos Miller
Открыли новый класс
стимуляторов роста
растений –
цитокинины. Показали
их значение для
пролиферации клеток
in vitro
Miller and Skoog demonstrate that the ration of auxin:cytokinin
http://labs.bio.unc.edu/
alters organogenesis in vitro
60.
VI ЭТАП (1960-1975)Кокинг, 1960
Edward C. Cocking
Разработал ферментативный
метод получения
протопластов
61.
VI ЭТАП (1960-1975)Такебе, 1971
Разработал метод гибридизации
растительных клеток путем
слияния изолированных
протопластов с помощью ПЭГ
62.
VI ЭТАП (1960-1975)Mopeль, 1959
Бутенко, 1960
Разработка методов
микроклонального размножения
растений
63.
64.
Является основоположником школыбиологии растительной клетки в России.
Впервые в СССР широко и систематически
развернула работы по культуре тканей,
клеток и протопластов растений.
Раиса
Георгиевна
Бутенко
13.09.1920 –
26.03.2004
Одна из первых осуществила регенерацию
целого растения из отдельной
изолированной клетки. Под ее
руководством созданы Всероссийская
коллекция клеточных культур и Криобанк
растительных объектов.
Биология клеток высших растений
in vitro и биотехнологии на их основе:
Учеб. пособие / МГУ им. М.В.
Ломоносова. — М.: ФБК-Пресс, 1999.
— 159 с.
65.
А. М. Носов, доктор биологических наук,зав. кафедрой физиологии растений МГУ
«Культура клеток высших растений: от теории к
практике»
В истории науки известно немало примеров, когда открытия, казавшиеся
чистой игрой ума и не имевшие, на первый взгляд, никакого практического
значения, впоследствии приводили к революционным изменениям в
промышленности или сельском хозяйстве. Сказанное можно отнести к
изолированным клеткам растений.
Директор Института физиологии растений, академик А. Л. Курсанов
вернулся с Ботанического конгресса, который проходил в середине 50-х
годов в Париже. Р. Г. Бутенко в то время была ученым секретарем
Института. Андрей Львович в беседе с ней как-то упомянул: «В Париже
выращивают на питательных средах кусочки тканей растений». На
естественный вопрос Раисы Георгиевны «зачем?» он ответил: «Не знаю, но
красиво. Не хотите ли попробовать?» С этого разговора в нашей стране
начались пионерские работы по культуре клеток высших растений,
которые через полвека превратились в важнейшее направление
современной физиологии растений и биотехнологии. Можно утверждать,
что представление о культуре клеток высших растений как об уникальной
экспериментально созданной биологической системе возникло во многом
благодаря трудам Р. Г. Бутенко и ее сотрудников.
66.
VI ЭТАП (1960-1975)Гуха,
Магешвари, 1964
S. Maheswari
Разработка методов
андрогенеза и
гиногенеза
67.
VI ЭТАП (1960-1975)Вэсил,
Хильдебрандт, 1965
V. Vasil
A. Hildebrandt
Экспериментальное
доказательство
тотипотентности
соматических клеток
растений
Science. 1965 Mar 19;147(3664):1454-5.
Growth and Tissue Formation from Single,
Isolated Tobacco Cells in Microculture
Science. 1965 Nov 12;150(3698):889-92.
Differentiation of Tobacco Plants from
Single, Isolated Cells in Microcultures.
Vasil V, Hildebrandt AC.
68.
VII ЭТАП (1975-настоящее время)Этот период характеризуется быстрым развитием
техники in vitro, изучением биологии культивируемых
растительных объектов и созданием биотехнологий
на их основе (получение новых форм и сортов
сельскохозяйственных растений на основе клеточной
и генной инженерии, масштабное получение
оздоровленного посадочного материала, сохранение
генофонда редких и исчезающих видов и т.д.)