В основе культивирования растительных клеток лежит свойство тотипотентности, благодаря которому соматические клетки растения способны полностью реализовать наследственную информацию, то есть обеспечить развитие всего растения. Следует отметить, что в отличие от животной, растительная клетка предъявляет менее жесткие требования к условиям культивирования.

Изменяя условия (добавляя в состав питательной среды те или иные гормоны), можно вызвать дифференциацию недетерминированных клеток. Культура растительной ткани позволяет получить многочисленные популяции в сравнительно короткое время и в ограниченном пространстве. Клетки в условиях in vitro лишаются очень многих важных взаимодействий, которые определяют их судьбу и дифференциацию в целом организме. В определенных пределах дифференциация культивируемых клеток поддается контролю со стороны экспериментатора.

Основным типом культивируемой растительной клетки является каллус. Каллусная ткань - один из видов клеточной дифференцировки, возникает путем неорганизованной пролиферации дедифференцированных клеток органов растения. У растений в природе каллусная ткань возникает в исключительных обстоятельствах (например, при травмах) и функционирует непродолжительное время. Эта ткань защищает место поражения, может накапливать питательные вещества для анатомической регенерации или регенерации утраченного органа.

Основные этапы получения каллусных культур

Выбор экспланта.

• Двудольные травянистые.
• Однодольные травянистые.
• Зерновые культуры.
• Голосемянные.

Каллусы двудольных растений могут быть легко получены из:

• отрезков стебля и корней;
• изолированных фрагментов паренхимы тканей клубня;
• сердцевины стебля;
• мезофилла листа;
• органов цветка (завязи, пыльцы)

Каллусы однодольных растений обычно получают из:

• зародышей;
• отрезков основания стебля;
• корней.

Подбор питательной среды, условий культивирования.

Стерилизация растительного материала:

• престерилизация,
• стерилизация,
• постстерилизация.

Изоляция эксплантов (минимальный критический размер экспланта). Перенос стерильных эксплантов на питательную среду.

Герметизация

Культивирование:

• наращивание первичного каллуса;
• субкультивирование – перенос трансплантана свежую питательную среду. В оптимальных условиях осуществляется через 3-4 недели.

Отбор каллуса:

• для решения фундаментальных проблем биологии;
• для биотехнологических целей.

Существующие методы культивирования изолированных клеток и тканей in vitro можно разделить на 2 группы:

• вспомогательные технологии,
• вторая группа методов.

Она ведет к самому, независимому от традиционных методов селекции, получению новых форм и сортов растений. Оплодотворение in vitro (преодоление программной несовместимости) проводится в том случае, когда невозможно осуществить оплодотворение м/у выбранными парами в естественных условиях. Оплодотворение in vitro можно осуществить двумя способами:

• культивирование на искусственной агаризованной питательной среде завязи с нанесенной на нее готовой пыльцой;
• завязь вскрывается и на питательную среду переносятся кусочки плаценты с семяпочками, вблизи котоҏыҳ или непосредственно на ткани плаценты культивируется готовая пыльца.

Визуально определить, прошло оплодотворение in vitro или нет, можно по быстро увеличивающимся в размерах семяпочкам. Сформировавшийся зародыш не ᴨпереходит в состояние покоя, а сразу прорастает и дает начало гибридному поколению.

Преодоление постгамной несовместимости. Постгамная несовместимость при отдаленной гибридизации возникает после оплодотворения. Часто при этом образуются щуплые невсхожие семена. Причиной может быть расхождение во времени развития зародыша и эндосᴨерма.

Клональное микроразмножение отдаленных гибридов. Эмбриокультура дает возможность вырастить гибридные растения из неполноценных зародышей. Однако выход гибридных растений мал, и гибриды часто бывают стерильны.

Получение гаплоидов in vitro и использование их в селекции. Роль гаплоидных растений в селекции очень велика. Применение их позволяет быстрее найти нужную комбинацию, сокращает время для создания сорта. Гаплоиды используются для получения стабильных гомозиготных линий. Для мутагенеза также удобнее использовать гаплоиды, поскольку на гаплоидном уровне облегчается отбор рецессивных мутаций.

Криосохранение растений. Криосохранение соматических клеток растений в жидком азоте (темᴨература - 196° С) - новое направление в биотехнологии, которое широко стало развиваться с начала 70-х годов XX столетия. Цель данной технологии заключается в сохранении в культуре in vitro генофонда.

Клеточная селекция растений: сомаклональная вариабельность. Метод культуры изолированных клеток, тканей и органов растений in vitro, широко используемый для решения многих фундаментальных вопросов клеточной биологии, физиологии и генетики растений, сегодня находит все большее применение и при создании новых биотехнологий Клеточные изменения могут происходить в изолированных клетках, растущих на искусственных питательных средах, и причины, их вызывающие. С разработкой техники получения растений-регенерантов из каллусной ткани появилась возможность получать новые формы растений, отличающиеся как по фенотипическим, так и по генетическим признакам от исходных растений.

Селекция растений на клеточном уровне. Значительный интерес представляет вопрос об использовании клеточной селекции в комплексе с получением сомаклонов. Одна из наиболее сильных сторон культуры in vitro в создании технологий для с/х – возможность на основе сомаклональных вариаций или индуцированных мутаций отбирать в жестких селективных условиях клетки, характеризующиеся искомыми признаками.