Отримання і культивування калюсної тканини з коренеплодів моркви

Мета роботи: навчитися отримувати калюсні тканини з вегетативних органів рослин.

Матеріали: коренеплоди моркви; пробкобури, стерильний скальпель, стерильний пінцет, стерильна чашка Петрі, стерильні аркуші паперу, чашка Петрі

Реактиви: стерильне поживне середовище М-С з додаванням 2 мг 2,4-Д і 0,2 мг кінетіна на 1 л.

Пояснення. Утворення калюсу відбувається в області первинних або вторинних меристем, а також з паренхіми, прилеглої до цих меристем або вторинних судинних тканин. Ініціація калюсу з паренхіми або камбію активується наявністю в експлантах зрілої судинної тканини.
Процес калюсоутворення залежить від розміру експлантів. Чим він більший, тим різноманітніше набір клітин. Первинний експлант зазвичай має розмір 5…10 мм³ і масу 20…100 мг.

Хід роботи

Відібрати здорові коренеплоди моркви, ретельно вимити щіткою з милом, потім відмити водопровідною водою і занурити для стерилізації в 96%-ний етанол на 5 хвилин без подальшої відмивки стерильною водою.
У стерильних умовах відрізати верхню частину коренеплоду моркви і стерильним пробкобуром витягти циліндри з тканини. Експлант коренеплоду моркви повинен містити ксілему, флоемну паренхіму і камбій (рис.19). Циліндри, що виділені, помістити в стерильну чашку Петрі і розрізати на диски шириною 1…2 мм, зробити надсічки і перенести за допомогою пінцета на поживне середовище М-С, що містить 2,4-Д і кинетин. Культивувати у термостаті при температурі 25°С. Через три тижні розглянути калюсну тканину.

 

 

Рис. 19. Поперечний розріз моркви: 1 - перидерма, 2 - вторинна флоема, 3 - камбій, 4 - вторинна ксілема, 5 - первинна ксілема.

Питання для самоперевірки

1. На яких властивостях еукаріотичних клітин базується клітинна інженерія рослин?

2. Основні напрямки клітинної інженерії рослин.

3. Дати поняття експлантів і меристематичних тканини.

4. Охарактеризувати основні етапи вегетативного клонування рослин.

5. Охарактеризувати умови роботи при культивуванні вегетативних клонів рослин.

6. Особливості стерилізації експлантів і органів рослин.

7. Вимоги до поживних середовищ для культивування ізольованих культур клітин і тканин рослин.

8. Дати поняття калюсу. Механізм його утворення в природних умовах виростання рослин.

9. Фітогормони та їх функції.

10. Цикл розвитку калюсу.

11. Необхідні умови культивування калюсу в лабораторних умовах.

11. Екологічна біотехнологія

Екологічна біотехнологія – це специфічне застосування біотехнології для рішення проблем захисту навколишнього середовища від забруднень антропогенного характеру. Значення біотехнології в рішенні екологічних проблем у доступному для огляду майбутньому буде зберігатися і навіть зростати в зв'язку з технічним прогресом і збільшенням масштабів промислового виробництва, наслідком яких є посилення негативного тиску людини на рослинний і тваринний світ планети.

Розвиток екологічної біотехнології як науки йде в напрямках удосконалювання і створення нових методів, технологічних схем, устаткування і систем контролю та керування. Розробляються нові штами мікроорганізмів на основі методів генної інженерії. Поступово знаходяться рішення проблеми негативного впливу мінливості якості вхідного сировинного потоку на життєдіяльність мікроорганізмів в очисних реакторах. Конструктивне удосконалювання й оформлення реакційних пристроїв повинне сполучатися зі створенням оптимального якісного і кількісного складу мікробного співтовариства в них. Для видалення з промислових стоків азоту і фосфору потрібна розробка спеціальних типів біомаси фотосинтезуючих мікроорганізмів.

Існує проблема виділення металів з активного мулу біологічного очищення стічних вод. Чекає рішення проблема використання технології рекомбінатних плазмід в очищенні ґрунтів від хлорзаміщених пестицидів. Одержує розвиток технологія біопестицидів. Приладобудування повинне розглядатися як інтегральна частина екологічної біотехнології.

Потрібні дешеві і надійні датчики контролю біопроцесів, прості в обслуговуванні. Моделювання біотехнологічних апаратів багато в чому сприяє оптимізації біотехнологічних процесів, воно спрямоване на досягнення позитивних результатів при мінімальних витратах сировини, енергії і робочої сили.

Екологічну технологію людство використовує в таких напрямках:

- біологічне очищення води, у тому числі очищення стічних вод;

- утилізація і поховання твердих і рідких відходів промислового і сільськогосподарського виробництва;

- захист від забруднень і поліпшення родючості ґрунту;

- захист від забруднень атмосферного повітря.

-

Очищення стічних вод

Біологічне очищення стічних вод – добре освоєний процес. Однак цей процес у його теперішньому стані дозволяє руйнувати тільки відносно прості органічні й амонійні з'єднання. Неорганічні з'єднання, токсини, комплексні з'єднання і складні органічні сполуки (які також можуть бути токсичними) зв'язуються з біомасою, частково руйнуються, але ступінь очищення від них набагато нижче. Наприклад, використання очищення за допомогою активного мулу не гарантує видалення іонів важких металів (кадмій, хром, нікель, свинець, ртуть). Хоча концентрація таких неконтрольованих забруднень у комунальних стоках повинна бути обмежена, вони усе ще являють загрозу для навколишнього середовища при їхньому проскакуванні у вихідний стік. Якщо ж вони сорбуються в активному мулі, то при внесенні цього мулу в ґрунт можуть виникати серйозні проблеми.

Процес очищення стічних вод може здійснюватися за допомогою звичайних очисних споруджень (аеротенк, біофільтр), штучно іммобілізованої біомаси за допомогою іммобілізованих ферментів (рис.20). Успіхи в створенні і використанні нових видів біомаси і ферментів допоможуть вирішити багато складних проблем.

Рис. 20. Схема установки для біологічного очищення стічних вод: 1 - первинний відстійник; 2 - вхідні стічні води на очищення; 3 - преаератор; 4 - осад; 5, 8 - повітря; 6 - очищені стічні води; 7 - вторинний відстійник; 9 - аеротенк; 10 - регенератор; 11 - активний мул.

 

Біохімічні процеси, що протікають в аеротенку, можуть бути розділені на два етапи:

- адсорбція поверхнею активного мулу органічних речовин і мінералізація легко окислюваних речовин при інтенсивному споживанні кисню;

- доокислення органічних речовин, які повільно окисляються, регенерація активного мулу. На цьому етапі кисень витрачається повільніше.

Як правило, аеротенк розділений на дві частини: регенератор (25% від загального обсягу) і власне аеротенк, у якому йде основний процес очищення.

Наявність регенератора дає можливість очищати більш концентровані стічні води і збільшити продуктивність агрегату.

Аеротенки підрозділяються за наступними основними ознакам:

1) за гідродинамічним режимом – на аэеротенки-витискувачі, аеротенкизмішувачі й аеротенки проміжного типу (з розосередженою подачею стічних вод);

2) за способом регенерації активного мулу – на аеротенки з окремою регенерацією й аеротенки без окремої регенерації;

3) за навантаженням на активний мул – на високонавантажуємі (для неповного очищення), звичайні, і низьконавантажуємі (із продовженою аерацією);

4) за кількістю ступенів – на одно -, двох -, і багатоступінчасті;

5) за режимом введення стічних вод – на проточні, напівпроточні, з перемінним робочим рівнем, і контактні;

6) за конструктивними ознаками.

Найбільш поширені коридорні аеротенки, що працюють як витискувачі, змішувачі, і з комбінованими режимами.

Схеми аеротенків з різною структурою потоків стічної води і поворотного активного мулу показані на рис. 21.

В аеротенках-витискувачах воду й мул подають у початок спорудження, а суміш відводять наприкінці його. Аеротенк має 1-4 коридори. Теоретично режим потоку поршневий, без подовжнього перемішування. На практиці існує значне подовжене перемішування. Підвищена концентрація забруднень на початку спорудження забезпечує збільшення швидкості окислювання. Зміна складу води по довжині аеротенка утруднює адаптацію мулу і знижує його активність. Такі аеротенки застосовують для окислювання мало концентрованих вод (до 300 мг/л по БПКполн).

 

Рис. 21. Аеротенки з різною структурою потоків стічної води і поворотного активного мулу: а - аеротенк-витискувач; б - аеротенк-змішувач; в - аеротенк із розосередженою подачею стічної води: 1 - стічні води на очищення; 2 - активний мул; 3 - мулова суміш; 4 - аеротенк

На рис. 22-а показана схема аеротенка-відстійника, об'єднаного з вторинним відстійником. Зона аерації відділена від зони відстоювання. Стічну воду подають у центрі, а відводять по лотку. У зоні відстоювання утворюється шар зваженого активного мулу, через який фільтрується стічна вода. Надлишковий активний мул відводять із зони зваженого шару по трубах, а зворотний активний мул надходить у зону аерації.

В аеротенку-освітлювачі (рис. 22-б) стічна вода надходить у зону аерації, де змішується з активним мулом і аерується. Потім суміш через вікна попадає в зону освітлення і зону дегазації. У зоні освітлення виникає завислий шар активного мулу, через який фільтрується мулова суміш. Очищена вода через лотки віддаляється з аеротенка.

Двокамерні аеротенки-відстійники (рис. 22-в) є різновидом аеротенків-освітлювачів. У них зона аерації розділена вертикальною перфорованою перегородкою на дві камери. У першій камері відбувається насичення мулової суміші киснем і сорбція забруднень активним мулом, у другий - окислювання сорбованих забруднень і стабілізація активного мулу. Надлишковий мул віддаляється з зони освітлення.

 

 

Рис. 22. Аеротенки:

a - аеротенк-відстійник: 1- лоток, 2 - мулососи, 3- зона відстоювання, 4 - водозливи, 5 - зона аерації;

б - аеротенк-освітлювач: 1-переливні вікна, 2 - зона аерації, 3 - зона дегазації, 4 - направляюча перегородка, 5 - аератор, 6 - зона освітлення;