В настоящее время разработана масса методов для культивирования в асептических условиях различных частей растений. По степени организации культивируемых объектов их можно условно разделить на три основных направления: культура клеток, культура тканей и культура органов (рис. 1).
Культура отдельных клеток
Культура отдельных клеток, как правило, ведется с целью получения однородных клеточных популяций, которые в дальнейшем могут быть использованы для изучения структуры клетки и процессов ее жизнедеятельности, таких, как рост, дифференциация, обмен веществ и пр. Методы, с помощью которых получают ткани (а в дальнейшем и целые растения), достаточно трудоемки и требуют от экспериментатора определенных навыков и опыта, однако в большинстве своем достаточно хорошо разработаны.
Суспензионные культуры можно рассматривать как один из способов культивирования клеток. С этой целью клетки чаще всего выделяют из каллусных агрегатов; они бывают единичными и в виде небольших конгломератов. Суспензионные культуры растительных клеток можно поддерживать достаточно продолжительное время. Как правило, их используют для изучения процессов дифференциации и начальных этапов органогенеза.
Растительные культуры in vitro не являются однородной клеточной системой, как это предполагалось ранее. В настоящее время накоплен большой фактический материал, демонстрирующий морфологическую изменчивость клеток в таких культурах. У многих видов тканей in vitro показано разнообразие форм и размеров клеток, количества и формы ядер в них (Фролова, 1981; Кунах, 2005).
Рисунок 1 – Основные направления разработок при культивировании растительных организмов in vitro
Культура протопластов
Культуру протопластов получают главным образом из клеток мезофилла или из недифференцированных клеток каллуса: первые в большинстве своем генетически однородны, вторые обладают плоидностью различной степени.
Получение и последующее культивирование протопластов – достаточно трудоемкие процессы и осуществимы лишь в специализированных лабораториях. Протопласты растений служат прекрасной моделью для исследований в области физиологии, биохимии и генетической инженерии растений (Mycиенко и др., 2005). Однако этот метод перспективен и на практике. С помощью культуры протопластов можно получить ценные в сельскохозяйственном отношении соматические гибриды, которые не могут быть выращены традиционными способами. Инициация последовательных делений исходной клетки дает возможность получить однородную ткань, в которой можно стимулировать органогенные процессы и выращивать растения-регенеранты.
Культура зародышей
Культура зародышей – объект для исследований процессов роста и развития, действия эндогенных гормонов, влияния света, температуры и других абиотических факторов (например, воздействие мутагенных субстанций на зародыш) на формирование полноценных растений. Однако культуры зародышей высших растений имеют и практическое значение. Как уже отмечалось, с помощью этого метода можно получать ценные в хозяйственном отношении гибриды путем изоляции на начальных этапах и доращивания in vitro зародышей гибридных семян, которые обыкновенно гибнут на ранних этапах своего развития.
В практике садоводства благодаря использованию данной культуры удалось сохранить зародыши, образовавшиеся в результате скрещивания систематически различных видов, которые в естественных условиях часто не развиваются вследствие угнетающего воздействия ингибиторов роста, находящихся в семенах. Культуры зародышей могут значительно ускорить производство растений, семена которых после сбора дозревают в течение продолжительного периода.
Культура пыльцевых зерен
Культура пыльцевых зерен основывается на получении из невызревшей пыльцы сначала эмбриоидов, а затем целых растений. При удвоении у гаплоидов количества хромосом, например в результате действия колхицина или других мутагенных факторов, вновь образуются плодовитые гомозиготные растения. Наилучшие результаты в культуре пыльцевых зерен можно получить при извлечении материала из еще не раскрывшихся бутонов. Как правило, первичный каллус образовывается из соматических клеток пыльцевого мешочка, поэтому пыльники не должны быть повреждены во время отбора материала. Применение данной методики дает возможность получить растения, которые могут отличаться от материнского по многим характеристикам. Особенно интересно в этом отношении использовать аборигенные сорта и формы растений, которые обычно характеризуются генетической неоднородностью. Естественным способом гаплоидные растения возникают крайне редко, их трудно идентифицировать без специальных исследований. В дальнейшем полученные растения широко используют в селекции, что значительно облегчает и ускоряет процесс выведения новых сортов.
Источник: Биотехнология тропических и субтропических растений in vitro