Раздел 1. Вегетативное размножение растений

Н.П. БРАТИЛОВА

 

КУЛЬТУРА ТКАНЕЙ

 

Учебное пособие

для студентов специальностей 260400 (250201), 260500 (250203)

очной и заочной форм обучения

 

 

Красноярск 2010

 

 

УДК 575.854:581.81/.82

 

Культура тканей. Учебное пособие для студентов специальностей 260400 (250201), 260500 (250203) очной и заочной форм обучения. - Красноярск: СибГТУ, 2010. – 72 с.

 

 

Составитель: Н.П. Братилова

 

Рассмотрены вопросы размножения растений в культуре ткани. Даны основные положения по получению массы тканей, используемых в медицине, пищевой и парфюмерной промышленности, выращиванию сортового посадочного материала с ценными наследственными свойствами и признаками.

 

 

Рецензенты: Милютин Л.И. – д.б.н., гл. науч. сотр. лаборатории селекции института леса СО РАН;

Кузьмина Н.А. – к.б.н., с.н.с. лаборатории селекции института леса СО РАН;

Ковылина О.П. – к.б.н., доц. (научно-методический совет СибГТУ).

 

© Братилова Н.П.

© ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ
РАЗДЕЛ 1: Вегетативное размножение растений
1.1 Сущность культуры изолированных тканей и клеток
1.2 Объекты и модели клонального микроразмножения растений
1.3 Факторы, влияющие на процесс клонального размножения
1.4 Способы изолирования ткани из растения
1.5 Выращивание изолированных тканей
1.6 Хранение культуры клеток и тканей растений
1.7 Размножение растений в культуре тканей
1.8 Методы оценки результатов выращивания тканей
РАЗДЕЛ 2: Практическое применение метода культуры тканей
2.1 Оздоровление посадочного материала
2.2 Ткани и клетки - продуценты экономически важных веществ
2.3 Цитогенетика клеток и тканей в культуре и особенности полученных из них растений
2.4 Культура изолированных тканей, клеток и протопластов в селекции растений
2.5 Деловая игра ”Выращивание клеток и тканей растений в изолированной культуре”
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
ПРИЛОЖЕНИЯ

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Основной задачей растительной культуры тканей является размножение растений, получение безвирусных экземпляров.

Выращивание растений в культуре тканей и клеток имеет большое практическое значение. Появляется возможность:

1. Выращивания больших масс тканей и клеток лекарственных растений, используемых в медицине, пищевой и парфюмерной промышленности;

2. Получения взрослых растений из недоразвитых зародышей (в основном у отдаленных гибридов);

3. Оздоровления посадочного материала, пораженного вирусной инфекцией (самые молодые кончики стебля не содержат вирусных частиц);

4. Использования методов культуры ткани и клеток для генетико-селекционной работы (выведение новых сортов растений и размножение ценных старых сортов с хорошими наследственными свойствами).

Ключевые слова: клон, микроразмножение, эксплант, питательная среда.

Учебное пособие предназначено для изучения дисциплины «Культура ткани» по специальностям 250201, 250203 очной, заочной, очной сокращенной и заочной сокращенной форм обучения. Дисциплина изучается в четвертом семестре и заканчивается зачетом.

Для изучения данной дисциплины необходимо знать:

- способы вегетативного размножения растений;

- перспективы практического применения размножения растений в культуре тканей

- модели клонального микроразмножения растений;

- факторы, влияющие на успех размножения растений в культуре ткани;

Студенты должны уметь стерилизовать исходные образцы, культуральный инвентарь, составлять питательные среды, изолировать экспланты из растений, создавать оптимальные условия для хранения и выращивания тканей.

Ткани клубней и мясистых корней

Отбирают здоровые, не пораженные вредителями клубни и корнеплоды. Их чистят, моют с мылом, стерилизуют, сушат с помощью стерильной бумаги. Затем режут на диски, из которых вырезают призмы размером 1х1,5-2 см и помещают в питательную среду.

Ткани тонких корней

Изоляция материала из тонких (немясистых) корней для выращивания in vitro очень затруднительна, так как корни сильно инфицированы, а при стерилизации страдают из-за легкого проникания в них стерилизующих растворов. Поэтому корни обычно получают уже в стерильных условиях из проросших семян, подвергнутых ранее стерилизации.

Прокамбиальная ткань стебля

Части мясистого стебля таких растений, как подсолнечник, томаты и др., изолированные в зоне второго и третьего междоузлия, моют, стерилизуют. Затем в условиях стерильной комнаты эпидермис и часть первичной коры удаляют скальпелем; ткань разрезают на кусочки длиной 2-2,5 см или на диски толщиной 2-3 мм и переносят на питательную среду. Таким же методом изолируют ткани стебля лиан, полукустарников и кустарниковых растений.

Ткани завязи и плодов

Ткани стерилизуют гипохлоритом, перекисью водорода, обжиганием в пламени, вырезают кусочки размерами 5х5х5 мм (Бутенко, 1964).

 

Контрольные вопросы:

МЕТОДА КУЛЬТУРЫ ТКАНЕЙ

Тесты

1. Клон это

– новый сорт, полученный с помощью селекции

– семенное потомство одной особи

– вегетативное потомство одной особи

2. Прививки это

– метод выведения нового сорта

– способ вегетативного размножения

– один из видов семенного размножения

 

3. Культура тканейэто выращивание

– тканей вне организма на питательной среде

– растений в лесных культурах

- отдельных тканей на материнском растении

 

4 Эксплантэто

- Часть растения, переносимая на свежую питательную среду при пассировании;

- Растение, восстановленное после культивирования in vitro

- Часть растения, взятая для выращивания in vitro

5 Регенерант это растение

- материнское

- погибшее в результате культивирования

- которое было восстановлено после выращивания в культуре тканей

6. Адвентивные почки это

- почки животных (в том числе человека), используемые для пересадки

- стеблевые или цветочные почки, появляющиеся у растений в начале вегетационного сезона;

- почки растений, появляющиеся у растения в необычном месте.

7. Каллюс (каллус)этоткань, которая

- образуется у растений на месте их поранения

- находится в древесине между лубом и камбием

- латинское название любой культуры ткани.

8. Пролиферация (прилификация) это

- появление корневых отпрысков;

- прорастание сформировавшегося органа другим (тип уродливости у растений);

- побуждение образования адвентивных почек на экспланте.

9. Соматический эмбриогенез в культуре ткани это

- превращение соматической каллусной клетки в клетку, подобную зиготе;

- регенерация эмбрионов после криогенного хранения;

- культивирование зародышей семян в культуре in vitro.

 

10. Соматические клетки это клетки:

- перенесшие осмотический стресс после замораживания;

- половые (с гаплоидным набором хромосом)

- тела (неполовые клетки)

11. Число этапов микроклонирования

Ответ: 4

 

12. Процесс возникновения, формирования и развития органов

Ответ: Органогенез

 

13. Если клетка включает в себя все потенции будущего организма, то она

Ответ: тотипотентна

14.Оплодотворенная яйцеклетка, дающая начало развитию нового организма это

Ответ: зигота

15. Оплодотворение растения или животного это

- процесс слияния двух гамет (яйцеклетки и спермия) и соединения их ядер, ведущий к удвоению числа хромосом и образованию зиготы.

- Вегетативное размножение

- опыление

 

16. Ортет это

- исходная материнская особь, давшая начало вегетативно размножаемому потомству.

- растение-регенерант

- вид каллюса

 

17. Растение или его часть, на которое производится прививка, это

Ответ: подвой

 

18. Часть растения, которую прививают, это

Ответ: привой

 

19. Рамета это

- особь, индивидуальный представитель клона.

- половая клетка

- соматическая клетка

20. Коэффициент размножения в культуре ткани растений в сравнении с другими способами вегетативного размножения

- ниже

- выше

- такой же

21. При подготовке растений к высадке в почву влажность воздуха

- повышают

- понижают

- оставляют такой же, как и на предыдущих этапах клонирования

22. Образование нового организма из части материнского растения без участия полового процесса

Ответ: вегетативное размножение (клонирование)

23. Потомством сохраняются все свойства материнских растений при

- клонировании

-семенном размножении

-любом виде размножения

 

24. Гаплоидный набор хромосом находится в клетках

- соматических

- половых

- клетках тела

 

25. Ювенильный растительный материал:

- взрослые растения

- семена и их части, проростки семян

- саженцы, сеянцы

 

26. Стимулируют образование корней в культуре ткани

- цитокинины

- ауксины

- гиббереллины

 

27. Стимулируют рост органов, находящихся в состоянии покоя

- цитокинины

- ауксины

- гиббереллины

 

28. Способствуют развитию надземной части растения (стебля, листьев)

- цитокинины

- ауксины

- гиббереллины

29. Регенерация растений это

- образование каллюса

- восстановление целого организма из его части

- оздоровление организма

30. Под ризогенезом понимают образование

- корней

- каллюса

- листьев

 

31. Витрификация это

- появление аномальных побегов

- выращивание тканей в пробирке

- образование органов на экспланте

 

32. Морфогенез это

- образование мутантных клеток при пассировании

- развитие структур (почек, корней, эмбрионов) при регенерации

- образование генетически измененных органов при криогенном хранении

 

33. Сомаклональные варианты это

- фенотипические различия растений, полученных с помощью вегетативного размножения

- особи одного клона

- экспланты, взятые с одного растения

 

34. in vitro означает в

- экспланте

- криопроекторе

- пробирке, стекле, культуре ткани

 

35. Размножаются обычными вегетативными способами с трудом:

- пальмы

- цветочные

- хвойные

 

36. Слово «каллус» дословно переводится:

- черенок

- мозоль

- ткань

 

37. Организмы, содержащие в соматических клетках разные гены данной аллельной пары:

- гомозиготные

- гетерозиготные

- дигибридные

38. Четвертым этапом микроклонирования является

- подготовка растений к высадке в почву

- пассирование культур

- стерилизация посадочного материала

 

39. Под депонированием растений-регенерантов на третьем этапе клонирования понимается

- стерилизация материнских растений

- хранение при пониженных температурах

- пассирование

40. Индукция развития побегов это

- побуждение развития побегов

- тип уродливости при развитии побегов

- образование каллуса на побегах

41. Онтогенез это

– индивидуальное развитие организма от оплодотворения до смерти

– один из методов мутагенеза

– процесс получения новых сортов в результате генной инженерии

 

42. Прямой солнечный свет в культуре ткани вызывает:

- невроз

- некроз

- анемию

 

43. Пассаж это

- Гибель экспланта во время пассирования;

- Однократный перенос части культуры на свежую питательную среду;

- Вещество, добавляемое в питательную среду перед пассированием.

 

44. Сахароза относится к группе источников

- минерального питания

- углеродного питания

- витаминов

 

45. Питательную среду, содержащую белковые компоненты и витамины стерилизуют:

- автоклавированием

- дробной стерилизацией с использованием бактериальных фильтров

- кипячением

46. Растения лучше снабжаются питательными веществами в среде с консистенцией:

- жидкой

-полутвердой

- твердой

 

47. В состав питательной среды для выращивания растений должно входить:

-Жиры, белки, углеводы

-Удобрения, используемые в сельском хозяйстве

-Минеральные соли, углеродное питание, витамины, стимуляторы роста

48. При самостерильности растение

– неспособно формировать жизнеспособные семена при самоопылении

– способно обходится без стерилизации

– может негативно влиять на растущие рядом ткани

 

49. Обжиганием в пламени стерилизуют части древесных растений:

- побеги

- плоды

- листья

 

50. Применяют для устранения возможной инфекции:

- пассирование

- криосохранение

- стерилизация

51. Если питательная среда истощена, а на ткань давят стенки культурального сосуда, нужно провести:

Ответ: пассаж (пассирование)

 

52. При хранении этим способом клеток в них не происходит генетических изменений

- криосохранение

- пассирование

- стерилизация

 

53. Приведет к гибели культуры тканей растений отсутствие питательных веществ:

-стимуляторов роста

-минеральных веществ

-витаминов

 

54. На успех размножения в культуре ткани влияет:

-цвет и форма экспланта

-размер и время изолирования экспланта

-размер органа, с которого взят эксплант

 

55. Для какой части растения необязательно присутствие света при микроразмножении

ответ: Корни (корень)

 

56. Полисахарид – вытяжка из морских водорослей, используемый в питательных средах

Ответ: Агар (агар-агар)

 

57. Метод культуры “няньки” применяют для

- выращивания недоразвитых зародышей

- культивирования плохо растущих на обычной питательной среде каллусов

- омоложения тканей

 

58. Под суспензионной культурой понимают выращивание клеток

- во взвешенном состоянии в жидкой среде при их аэрации и перемешивании

- при непрерывном пассировании

- в жидкой питательной среде

 

59. Оптимальная продолжительность освещения культур, часов в сутки

- 20-22

- 5-6

- 14-16

60.Оптимальная влажность воздуха при культивировании тканей, процентов

- 65-75

- 20-30

- 90-95

 

61. Отсутствие микроэлементов в питательной среде влияет на рост культур:

- уменьшает интенсивность

- не влияет

- повышает интенсивность

 

62. Ткани хуже снабжаются кислородом в питательной среде

- жидкой

- полутвердой

- твердой

 

63. Стволовые клеткиэто клетки

- формирующие ствол древесных растений

- ранних зародышей

- взрослых организмов

64. Криосохранение это замораживание и хранение при температуре

- только жидкого азота (-196°С)

- любой температуре меньше -140° С.

- любой отрицательной температуре.

 

Эмбриокультура это процесс

- выращивания зародышей семян в питательной среде

- выращивания тканей

- искусственного скрещивания семян

 

66. Криопротектор это

- вещество, которое добавляют при криогенном хранении для уменьшения кристаллизации и обезвоживания

- аппарат для криогенного хранения

- растение, хранившееся при низкой температуре

 

67. Клетка, лишенная клеточной стенки

Ответ: Протопласт

68. Реювенилизация это

- размножение ювенильного материала

- омоложение

- раннее старение

 

ПРИЛОЖЕНИЕ Е

(справочное)

 

ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ

 

Агар - полисахарид - вытяжка из морских водорослей, чаще всего входит в состав питательной среды.

Адвентивный орган – почки, побеги, возникшие из тканей и клеток обычно их не образующих.

Андрогенез – развитие яйца, имеющего только отцовские хромосомы – мужской партеногенез.

Вегетативное размножение – образование нового организма из части материнского растения без участи полового процесса.

Витрификация – появление аномальных побегов.

Ген – участок хромосомы, обладающий определенной биохимической функцией и оказывающий специфическое влияние на свойства особи. Функционально неделимая единица наследственного материала.

Гиногенез – развитие яйца без участия сперматозоида – женский партеногенез.

Дегидратация - обезвоживание

Индукция – побуждение, активация.

Исходный растительный материал - любая часть растения, используемая для извлечения экспланта.

Каллус, каллюс – (от лат. callus – толстая кожа, мозоль) – ткань, образующаяся у растений на месте их поранения, способствующая их заживлению, состоит из паренхимных клеток.

Клон (по гречески - черенок) – совокупность клеток или организмов, генетически идентичных одной родоначальной клетке. Вегетативное потомство одной особи.

Клональное микроразмножение – массовое бесполое размножение растений в культуре тканей и клеток, при котором возникшие формы растений генетически идентичны исходному экземпляру.

Криопротектор – вещество, затрудняющее кристализацию, уменьшающее обезвоживание и ослабляющее различные токсические эффекты.

Криосохранение – глубокое замораживание и хранение культур при температуре ниже 140 ⁰С.

Культура ткани - сохранение жизнеспособности и выращивание клеток, тканей, органов растений или животных вне организма на (в) специальной питательной среде.

Меристема - образовательная ткань растений, долго сохраняющая способность к делению и образованию новых клеток, отличающаяся высокой метаболической активностью. Точка роста стебля.

Микроразмножение – метод развития новых растений в искусственной среде при асептических условиях.

Норма реакции – определённые пределы варьирования проявления гена в фенотипическом признаке (фенотип – внешнее проявление генотипа).

Онтогенез – развитие особи от оплодотворения до смерти.

Органогенез – процесс возникновения, формирования и развития органов. Образование в культуре ткани из каллюса придаточных побегов и корней.

Партеногенез – развитие зародыша из неоплодотворенной клетки.

Пассаж – однократный перенос экспланта на свежую питательную среду.

Пассирование – неоднократная пересадка экспланта на свежую питательную среду.

Питательная среда - включает такой набор веществ и в таких пропорциях, которые обеспечивают деление, рост и дифференциацию размножаемой ткани.

Пролиферация, пролификация - (от лат. proles – отпрыск, потомство и facio - делаю) – тип уродливости у растений, прорастание сформировавшегося органа другим. Многократное деление живых клеток, в результате чего образуется каллюс.

Протопласты - клетки, лишенные клеточной оболочки.

Растительная опухоль – масса ткани, лишенная определенной строгой организации, в которой клетки интенсивно делятся.

Регенерация – восстановление целого организма из его части.

Реювенилизация – омоложение организма.

Ризогенез – образование в культуре тканей корней.

Соматический эмбриогенез (от гречечкого эмбрион – зародыш и генезис - происхождение) – восстановление целого организма из его части. Явление, при котором каллусная клетка способна превратиться в клетку, дающую начало зародышу растения. Она функционально подобна оплодотворенной яйцеклетке (зиготе), хотя возникла в результате деления неполовых (соматических) клеток.

Суспензия – смесь питательных веществ, воды и кислорода.

Термолабильные соединения - (белковые компоненты, витамины, углекислые соли, растительные экстракты и др.) входят в состав питательной среды, под воздействием высоких температур и давления разрушаются или превращаются в другие вещества.

Тотипотентность клетки – свойство клетки реализовать генетическую информацию ядра, обеспечивающую развитие до целостного организма.

Эксплант – фрагмент ткани или органа, выделенный из материнского организма, культивируемый вне его (на искусственной питательной среде).

Эмбриокультура – выращивание в культуре ткани зародышей.

Энуклеация – метод размножения, основанный на полном удалении ядерного материала из яйцеклетки.

 

 

НАТАЛЬЯ ПЕТРОВНА БРАТИЛОВА

 

 

КУЛЬТУРА ТКАНИ

 

Отв. редактор д-р с.-х. наук, проф. Р.Н.Матвеева

Редактор РИЦ Т.А. Полуэктова

___________________________________________________________

Подписано к печати 15.03.2010

Формат 60х84 1/16. Печать офсетная.

Изд. № 3-036

Уч.-изд.л. 4,5. Тираж 250 экз. Заказ № 786

__________________________________________________________

 

Редакционно-издательский отдел СибГТУ

660049, г. Красноярск, пр. Мира 82, тип. СибГТУ

 

Н.П. БРАТИЛОВА

 

КУЛЬТУРА ТКАНЕЙ

 

Учебное пособие

для студентов специальностей 260400 (250201), 260500 (250203)

очной и заочной форм обучения

 

 

Красноярск 2010

 

 

УДК 575.854:581.81/.82

 

Культура тканей. Учебное пособие для студентов специальностей 260400 (250201), 260500 (250203) очной и заочной форм обучения. - Красноярск: СибГТУ, 2010. – 72 с.

 

 

Составитель: Н.П. Братилова

 

Рассмотрены вопросы размножения растений в культуре ткани. Даны основные положения по получению массы тканей, используемых в медицине, пищевой и парфюмерной промышленности, выращиванию сортового посадочного материала с ценными наследственными свойствами и признаками.

 

 

Рецензенты: Милютин Л.И. – д.б.н., гл. науч. сотр. лаборатории селекции института леса СО РАН;

Кузьмина Н.А. – к.б.н., с.н.с. лаборатории селекции института леса СО РАН;

Ковылина О.П. – к.б.н., доц. (научно-методический совет СибГТУ).

 

© Братилова Н.П.

© ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ
РАЗДЕЛ 1: Вегетативное размножение растений
1.1 Сущность культуры изолированных тканей и клеток
1.2 Объекты и модели клонального микроразмножения растений
1.3 Факторы, влияющие на процесс клонального размножения
1.4 Способы изолирования ткани из растения
1.5 Выращивание изолированных тканей
1.6 Хранение культуры клеток и тканей растений
1.7 Размножение растений в культуре тканей
1.8 Методы оценки результатов выращивания тканей
РАЗДЕЛ 2: Практическое применение метода культуры тканей
2.1 Оздоровление посадочного материала
2.2 Ткани и клетки - продуценты экономически важных веществ
2.3 Цитогенетика клеток и тканей в культуре и особенности полученных из них растений
2.4 Культура изолированных тканей, клеток и протопластов в селекции растений
2.5 Деловая игра ”Выращивание клеток и тканей растений в изолированной культуре”
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
ПРИЛОЖЕНИЯ

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Основной задачей растительной культуры тканей является размножение растений, получение безвирусных экземпляров.

Выращивание растений в культуре тканей и клеток имеет большое практическое значение. Появляется возможность:

1. Выращивания больших масс тканей и клеток лекарственных растений, используемых в медицине, пищевой и парфюмерной промышленности;

2. Получения взрослых растений из недоразвитых зародышей (в основном у отдаленных гибридов);

3. Оздоровления посадочного материала, пораженного вирусной инфекцией (самые молодые кончики стебля не содержат вирусных частиц);

4. Использования методов культуры ткани и клеток для генетико-селекционной работы (выведение новых сортов растений и размножение ценных старых сортов с хорошими наследственными свойствами).

Ключевые слова: клон, микроразмножение, эксплант, питательная среда.

Учебное пособие предназначено для изучения дисциплины «Культура ткани» по специальностям 250201, 250203 очной, заочной, очной сокращенной и заочной сокращенной форм обучения. Дисциплина изучается в четвертом семестре и заканчивается зачетом.

Для изучения данной дисциплины необходимо знать:

- способы вегетативного размножения растений;

- перспективы практического применения размножения растений в культуре тканей

- модели клонального микроразмножения растений;

- факторы, влияющие на успех размножения растений в культуре ткани;

Студенты должны уметь стерилизовать исходные образцы, культуральный инвентарь, составлять питательные среды, изолировать экспланты из растений, создавать оптимальные условия для хранения и выращивания тканей.

РАЗДЕЛ 1. ВЕГЕТАТИВНОЕ РАЗМНОЖЕНИЕ РАСТЕНИЙ

 

Существует два способа размножения растений: вегетативный и половой (семенной).

Вегетативное размножение - это образование нового организма из части материнского растения без участия полового процесса. В основе вегетативного размножения лежит способность растений к регенерации (восстановлению) организма из отдельных частей.

Вегетативное потомство одной особи называется клоном. Термин «клон» происходит от греческого слова «klon», что означает – веточка, побег, черенок.

В природных условиях вегетативное размножение древесных пород наблюдается чаще всего корневыми отпрысками (осина, лещина и др.); естественными отводками - укоренившимися нижними ветвями (пихта, ель, липа и др.); пневой порослью после рубки леса (дуб, клен, береза и др.).

Способы искусственного размножения делятся на 4 группы: а) размножение корневищами, клубнями, луковицами, усами; б) отводками; в) частями стебля, корня или листа (черенкование); г) прививками. В последнее время большое внимание уделяется размножению растенийв культуре ткани (клональному микроразмножению или размножению in vitro, что означает «в стекле», «в пробирке»).

Культура тканей, клеток - сохранение жизнеспособности и выращивание клеток, тканей, небольших органов (или их частей) животного (включая человека) или растения вне организма на (в) специальной питательной среде.

Основные преимущества вегетативного размножения:

1) Потомством сохраняются все свойства материнских растений. Такие ценные качества для декоративных растений, как форма кроны (плакучая, змеевидная), окраска листьев (голубая у ели, золотистая у чубушника и др.) полностью передаются только вегетативным путем, а при семенном размножении в большинстве случаев возникает нестабильное в генетическом отношении потомство.

2) Клоны отличаются повышенной энергией роста в первые периоды онтогенеза.

3) Устраняется зависимость от урожайных лет.

4) Приближается срок цветения и плодоношения (семеношения).