В развитии метода культуры тканей, клеток и изолированных протопластов растений можно выделить следующие основные этапы:

1892 -1902 гг. Этот период связан с работами немецких ученых X. Вёхтинга, К. Рехингера и Г. Габерландта. Они пытались выращивать in vitro изолированные из растений кусочки ткани на растворах сахарозы, однако длительно растущих культур не получили. В то же время X. Вёхтинг показал, что полярность присуща не только органам растений, но и самым маленьким фрагментам ткани, и предположил, что она является свойством отдельной клетки.К. Рехингер получил каллусную ткань из сегментов стебля тополя, корня одуванчика, свеклы и других культур и определил минимальный размер фрагмента (1,5 мм), способного образовывать каллус. Г. Габерландт пытался культивировать in vitro эпидермис, клетки тычиночных волосков традесканции и полисадной паренхимы листа. Его расчет на то, что хлорофиллоносные клетки паренхимы обеспечат себя органическими веществами за счет фотосинтеза, оказался ошибочным. Он выдвинул гипотезу о тотипотентности любой живой клетки растения, т. е. способности любой соматической клетки полностью реализовать свой потенциал развития - образовать целый организм. Таким образом, на основании работ данного этапа были выдвинуты следующие идеи:

  1. полярность свойственна не только органам растения, но и отдельной клетке;
  2. любая живая клетка растения тотипотентна.

1907-1930 гг. В этот период были достигнуты существенные успехи в культивировании животных тканей на питательных средах природного происхождения:

  • плазма крови,
  • зародышевая жидкость.

Работы Р. Гаррисона, А. Каррела и др. Но, когда в 1927 г. X. Чех и С. Праг попытались по аналогии вырастить изолированные ткани растения на растительных экстрактах, их постигла неудача. Причина ее заключалась в том, что в опытах использовались мало пригодные для проявления ростовой активности ткани высших растений. Общей тенденцией в те годы была оптимизация состава питательных сред с целью обеспечить длительное существование in vitro изолированных клеток и тканей растений. В 1922 г. В. Роббинс и независимо от него В. Котте осуществили культивирование на синтетической питательной среде меристем кончиков корня томата и кукурузы, тем самым положив начало методу культуры изолированных органов растений. Корни некоторое время росли, но не размножались, а как их поддерживать длительное время в культуре, ученые не знали. 1932-1939 гг. связаны с именами двух исследователей: американца Ф. Уайта и француза Р. Готре. Они повторили опыты В. Роббинса и В. Когте, показав, что изолированные корни могут расти на питательной среде неограниченно долго, если их кончики периодически пересаживать на свежую питательную среду. Успех работ Ф. Уайта и Р, Готре был обусловлен удачным выбором объектов исследования:

  • каллусные ткани древесных растений (камбиального происхождения) и запасающей паренхимы,
  • ткани растительных опухолей и корневые меристемы.

Они установили, что ткани камбиального и паренхимного происхождения, а также опухолевые можно длительно поддерживать in vitro, если их периодически субкультивировать. Ф. Уайт и Р. Готре по праву считаются основоположниками метода культуры тканей и клеток растений.

1940-1960-е гг. В вышедшей в 1959 г. монографии Р. Готре уже упоминалось 142 вида растений, ткани которых выращиваются in vitro. В этот период для многих культур были разработаны специальные питательные среды, изучено значение макро- и микроэлементов для поддержания ростовой активности каллусной ткани, выявлена потребность культур в витаминах и стимуляторах роста.

Ф. Скуг и С. Миллер в 1955 г. при изучении способности к делению и образованию каллуса в клетках сердцевинной паренхимы стебля табака открыли новый класс фитогормонов - цитокинины. Они показали, что кинетин в комбинации с ИУК стимулировал деление клеток сердцевинной паренхимы, лишенной камбия и проводящих пучков. Клетки на среде с ИУК, но без кинетина не делились. В зависимости от соотношения и концентраций регуляторов роста можно было:

  • усиливать деление клеток эксплантата (фрагмента ткани или органа, инкубируемого на питательной среде или используемого для получения первичного каллуса),
  • поддерживать рост каллусной ткани,
  • индуцировать морфогенез.

В то время исследовались также натуральные экстракты - эндосперм кокосового ореха, каштана, кукурузы и других растений - по их способности поддерживать неорганизованный клеточный рост и стимулировать процессы органогенеза и соматического эмбриогенеза в каллусной культуре и суспензиях клеток (Ф. Стюард, 1962). Были разработаны:

  • метод получения и выращивания больших количеств клеточных суспензий,
  • метод культивирования отдельной, выделенной из суспензии, клетки, деление которой индуцировали с помощью ткани-«няньки» (JI. Джонс, 1960).

1960-1973 гг. Этот период связан с разработкой Е. Кокингом (1960) метода получения изолированных протопластов из тканей корня и плодов томатов путем обработки их смесью пектолитических и целлюлолитических ферментов и исследованием их физиологии. Стало возможным вывести клетку из «деревянной тюрьмы» (по образному выражению А. Галстона) и манипулировать с ней. Были найдены условия культивирования изолированных протопластов, при которых они образуют новую клеточную стенку, делятся и дают начало клеточным линиям, способным в ряде случаев к морфогенезу (И. Такебе, 1971). Протопласты были использованы для разработки методов гибридизации соматических клеток путем их слияния, для введения в них вирусных РНК, клеточных органелл, клеток бактерий. На соматических гибридах изучалось поведение ядерного и цитоплазматических геномов в гибридных клеточных линиях.

В этот период разработан метод культуры апикальных меристем, позволяющий быстро и эффективно размножать растения (Дж. Морсль, 1959; Р. Г. Бутенко, 1960-1964). Полученные растения часто не содержали вирусных, бактериальных и микоплазменных инфекций. Была открыта индукция андроге- неза при культивировании изолированных пыльников, а андрогенез использо¬ван для получения гаплоидных и дигаплоидных линий. Обнаружено явление сомаклональной изменчивости, получены и изучены растения-регенеранты табака - сомаклональные варианты (СКВ) исходной формы. В рассмотренный период совершенствовались методы и аппаратура для культивирования суспензии клеток.

1974-1990-е гг. Происходит развитие техники in vitro, изучение биологии культивируемых объектов и создание технологий на их основе. У. Циммерманом в 1974 году был разработан метод электрослияния изолированных протопластов. На основе методов гибридизации соматических клеток, мутагенеза и клеточной селекции, получения СКВ и гаплоидов создано множество новых форм и сортов сельскохозяйственных растений. С использованием изолированных протопластов и генетических векторов на основе плазмид, разнообразных способов введения генов в клетки стало возможным и приобрело массовый характер получение трансгенных растений. В настоящее время делаются попытки создать симбиотические системы гетеротрофных эукариотических клеток высших растений с азотфиксирующими фототрофными цианобактериями.

 

© 2015-2019 vseobiology.ru | При использовании материалов сайта - прямая ссылка на vseobiology.ru обязательна.

Заказать курсовую

^ Наверх