Основы биотехнологии растений - Учебное пособие

Нижегородский государственный университет им. Национальный исследовательский университет Учебно-научный и инновационный комплекс "Физические основы информационно-телекоммуникационных систем" 020400.62 «Биология», общий профиль, квалификация (степень) бакалаврМетодическая разработка посвящена вопросам биотехнологии размножения растений (включая культуры клеток, тканей, органов и клонов растений). Современные биотехнологии предлагают принципиально новые пути для формирования нового и ценного для жизнедеятельности человека генетического разнообразия растений посредством отбора форм и клонов особей с искомыми признаками. Методическая разработка включает в себя краткие теоретические очерки по основным направлениям современной биотехнологии (включая культуры клеток, тканей, органов и клонов растений), а так же подробные планы практических занятий. Электронное учебно-методическое пособие предназначено для студентов ННГУ, обучающихся по направлению подготовки 020400.62 «Биология», изучающих курс «Основы биотехнологии растений». В рамках специального курса «Основы биотехнологии растений» студентов 4 курса обучающихся по специальности «ботаника» биологического факультета предполагается 18 часов лекций, 18 часов практических занятий и 36 часов самостоятельной работы.Применительно к растительным объектам биотехнология традиционно рассматривается в рамках следующих направлений: 1.Биотехнология производства культуры клеток, тканей и органов растений; 2.Клеточные технологии, основанные на культивировании in vitro органов, тканей, клеток и изолированных протопластов высших растений, могут облегчить и ускорить традиционный процесс создания новых сортов и видов. Пионером клонального микроразмножения считается французский ученый Жан Морель, который в 50-х годах прошлого столетия получил первые растения - регенеранты орхидей. Первые работы по культуре тканей древесных растений были опубликованы в середине 20-х годов ХХ-го столетия и связаны с именем Готре, который показал, что камбиальные ткани некоторых растений способны к каллусогенезу in vitro. Но первые растения - регенеранты осины, доведенные до почвенной культуры, были получены лишь в середине 60-х годов Матесом. Существует несколько моделей микроклонального размножения, каждая из них имеет свои преимущества и недостатки: а) индукция развития адвентивных побегов непосредственно из ткани экспланта, метод является очень эффективным, все признаки размножаемого образца полностью сохраняются; б) развитие пазушных побегов основано на снятии апикального доминирования, это наиболее надежный способ, заключающийся в ведении полученной массы побегов на микрочеренки, которые используются в качестве вторичных эксплантов для повторения цикла размножения, введение в питательную среду веществ с цитокининовой активностью приводит к образованию пучков маленьких побегов, пазушные почки дают начало новым побегам, считается, что метод имеет минимальную степень риска для получения однородного потомства; в) получение каллусной ткани с последующей индукцией органогенеза, теоретически этот метод наиболее перспективен с точки зрения коэффициента размножения, однако, в процессе дедифференциации появляется риск получить вегетативное потомство с вмененными формами, поэтому рекомендуется избегать длительной каллусной культуры и вести обязательный цитологический контроль растений-регенерантов.Для исследования физиологических и биохимических процессов, протекающих в тканях, также требуются стандартные исходные культуры, чем вызвана необходимость сохранять материал в течение определенного промежутка времени, когда идут серийные эксперименты. Успех низкотемпературной консервации зависит от ряда факторов: - вид и тип клеток, - их концентрация в суспензии, - состав среды для консервирования, - вид и концентрация криопротектора, - режим охлаждения и отогрева, - способ реабилитации клеток после отогрева. Существенную роль в успешном замораживании клеток играет их морфофизиологическое состояние: клетки, находящиеся в стационарной фазе роста, менее устойчивы к повреждающему действию низкотемпературной консервации, чем клетки, находящиеся в экспоненциальной фазе роста. Клетки для замораживания отбирают в середине экспоненциальной фазы ростовой кривой. Оптимальные результаты по восстановлению клеток были получены при замораживании клеточной суспензии плотностью 1*105 - 5*106 клеток в 1 мл.Особенности работы в условиях стерильной лаборатории При работе в стерильном помещении лаборатории все сотрудники бактериологической лаборатории обязаны соблюдать следующие правила работы, которые обеспечивают стерильность в работе и предупреждают возможность возникновения внутрилабораторных заражений: 1. Для культивирования стерильных проростков необходимо использовать ламинар-боксы, обеспечивающие посадку эксплантов на питательную среду без заражения микроорганизмами.

ОГЛАВЛЕНИЕ Введение

1. Современная биотехнология растений, как наука и отрасль производства

1.1. Биотехнология производства культуры клеток, тканей и органов растений.

1.2. Биотехнология микроклонального размножения особей. 1.3. Генная инженерия.

1.4. Банк in vitro и криоконсервация; их значение для сохранения генофонда растений

2. Организация биотехнологической лаборатории.

2.1. Оборудование биотехнологической лаборатория и правила работы с ним.

2.2. Особенности работы в условиях стерильной лаборатории Лабораторная работа № 1

3. Разнообразие и приготовление питательных сред. 3.1. Типы питательных сред и обзор их составов.

3.2. Гормональная регуляция в культуре клеток и тканей «in vitro» Лабораторная работа № 2

4. Типы эксплантов: Способы получения и методы стерилизации 4.1. Выделение апикальных меристем.

4.2. Выделение клеток, их групп и тканей. 4.3. Получение микрочеренков.

4.4. Стерилизация эксплантов и введение в «in vitro» Лабораторная работа № 3

Лабораторная работа № 4 Лабораторная работа № 5

5. Культивирование растительного материала in vitro 5.1. Основные принципы культивирования

5.2. Каллусогенез в культуре растительных клеток и тканей 5.3. Суспензионные культуры

5.4. Микрочеренкование. Лабораторная работа № 6 Лабораторная работа № 7

Рекомендуемая литература

Приложение 1. Программа лекционного курса «Основы биотехнологии растений»

Приложение 2. Терминологический словарь

Современная биотехнология растений, как наука и отрасль производства

Биотехнология - дисциплина, изучающая возможности использования живых организмов, их систем или продуктов их жизнедеятельности для решения технологических задач, а также возможности создания живых организмов с необходимыми свойствами методом генной инженерии.

Современная биотехнология - это наука и отрасль производства, развивающаяся в трех основных направлениях: - молекулярная биология и генетическая инженерия;

- микробиология и микробиологическая промышленность; - культура клеток и тканей in vitro.