«Өсімдіктер биотехнологиясы» ПӘннің ОҚУ-Әдістемелік кешені оқУ-Әдістемелік қҰжаттар жиынтығы семей,2013 Мазмұны

1.Дәрістер

2.Зертханалық сабақтар

3.Емтихан сұрақтары

1. 
   Дәрістер
   

1.Жасушаны жасанды ортада өсіру.

2.Өсімдіктер биотехнологиясының даму тарихы.

Биотехнология – экономикалық маңызды заттар өндіру үшін, өсімдіктердің жаңа сорттарын, жануарлардың жаңа түрлерін, микроорганизмдердің штаммаларын алу үшін биологиялық процестер мен объектілерді пайдаланатын ғылым мен өндірістің жаңа саласы.

Биотехнологияның негізгі мақсаты - мәдени өсімдіктердің жаңа сорттарын шығаруға қажет селекциялық материалды аз уақыт ішінде алу үшін өсімдік жасушаларын өсіру.

Өсімдік клеткаларын қолдан өсіру дегеніміз өсімдіктің жеке жасушаларын, ұлпаларын, мүшелерін асептикалық жағдайда жасанды қоректік ортада өсіру.

Өсімдік ұлпасының стерилденген кішкене бөлшегін Петри чашкасының немесе пробиканың ішіне агаризонды қоректік ортаға орналастырады. Содан кейін ұлпада жасушалар белсенді түрде бөліне бастайды. Жасушалық түзілім тез өсіп каллус түзеді. Каллус дегеніміз дифференцияланбаған жасушалардың жинақталып ерекше ұлпа түзуі. Егер осы каллустың бөліктерін балғын қоректік ортаға отырғызса, онда олар шектеусіз өсе алады.

«Өсімдік жасушасын қолдан өсіру» термині ауқымды және ыңғайлы ұғымға айналды, ол бөлініп алынған жасушаны, ұлпаны, мүшелерді, ұрықты және тұтас өсімдік-регенерантты қолдан өсіретін in vitro-ның барлық жұмыстарын қамтиды. In vitro термині (лат.- шыныда, әйнекте) стерильді жасанды қоршаған ортада өтетін процестердің жағдайларын сипаттау үшін қолданылады. In vivo (лат. – тіршілікте) организмнің тіршілік процестерінің табиғи стерильді емес ортада өтуі. Өсімдік-регенерант дегеніміз асептикалық түрде алынған, тамыры мен өркені мәдени ортада қалыптасқан өсімдік, демек in vitro.

Теориялық түрде кез келген өсімдік жасушасы өзін бөліп алған организмге дейін дамуға потенциалды түрде қабілетті және ол белгілі бір жағдайларда қолдан өсірілген. Бұл қасиет тотипатенттілік деп аталады. Тотипатенттілік (лат. totus – барлық, тұтас, potential – күш) – тұтас организмге дейін дамуын қамтамасыз ететін өзіне тән генетикалық ақпаратты сақтап, үйлестіретін жасушаның қасиеті. Әдетте, әмбебап тотипатенттілік қасиетке өсімдіктің және жануардың ұрықтанған жұмыртқа жасушасы ие. Ал сомалық жасушалардан тотипатенттілік қасиетке тек қана өсімдік жасушалары ғана ие, әрі ол in vitro жағдайында ғана. Қолдан өсірілетін жануарлар жасушасы тотипатенттілік қасиеттен айырылған.

XIX-XX ғасырларда алғаш рет неміс ғалымдары өсімдіктің бөлініп алынған бөліктері мен мүшелерін өсіре бастады. 1883 жылы К.Рехингер бүршіктерді, тамыр мен сабақтың телімдерін ылғалды құмда өсіруге тырысқан. Ол кейбір тәжірибелерінен каллустың түзілгенін байқаған, алайда қорекпен қамтамасыз етілмегендіктен және стерильді жағдайлар сақталмағандықтан ұзақ өсетін өсімдіктерді ала алмаған. Мұндай тәжірибелерді Х.Фехтингте жүргізген.

1902 жылы Г.Габерланд жасушаларды қолдан өсіру принциптерін алғаш рет нақты қалыптастырды. Ол бірқатар жабық тұқымды өсімдіктердің жапырағынан бөліп алынған паренхима жасушаларымен тәжірибе істеді және қоректік орта ретінде сахароза, аспарагин, пептол қосылған Кноп ерітіндісін қолданды. Г.Габерланд өсімдіктің кез келген тірі жасушасы тотипатенттілік қасиетке ие деген гипотезаны алға тартты және жалғыз бір жасушадан ұлпа өсіруге тырысты. Бірақ ол өзінің керемет жаңалығын экспериментті түрде дәлелдей алмады, өйткені ол қолайсыз объектілерді тандаған болатын: белсенді түрде бөліну мен эмбриональды өсу қабілеттерін жоғалтқан жіңішке дифференцияланған арнайы жасушалар. Кейіннен белгілі болғандай жас ұлпалардың меристемалық және белсенді қызмет жасайтын жасушалары ғана қолдан сәтті өсіріледі.

Сонымен қатар өсімдік жасушаларын организмнен тыс өсіру жануар объектілерімен айналысушы ғалымдарды да қызықтыра бастады. Алғаш рет жануардың бөлініп алынған жасушасын өсіру мүмкін екендігі дәлелденді. 1904-1907 жж Р.Харрисон бақаның нейробластын лимфа сұйықтығында өсірді. Осыдан кейін жануарлардың жасушасын қолдан өсіру әдістері жасала бастады, қоректік орта ретінде лимфа, қан плазмасы, ұрық сұйықтығы пайдаланылды. Организмде жануарлар жасушасы қанмен және лимфамен қоректенеді, сондықтан оларды осындай қоректік ортада өсіру табиғиға ұқсас болып келеді. Ал өсімдік организмінің қоректік заттарға бай болып келетін мұндай сұйық ортасы жоқ, тіпті флоэма экссудатыда мұндай талаптарға сай келмейді.

Ботаниктер өсімдіктердің бөлініп алынған мүшелері мен бөліктерін өсіру үшін қолданған қоректік орталарының құрамы алғашында қарапайым болды, қоректік орталарының құрамы негізінен минералды тұздардың қосылыстарынан ғана тұратын. 1922 жылы бір мезгілде Германияда В.Котте мен АҚШ-та В.Роббинссон өсімдік ұлпаларын қолдан өсіру жетістігіне жетті. Олар меристемалық жасушалары бар ұлпаларды қолданды - бүршіктер мен тамыр ұштары. В.Котте жүгері мен бұршақтың тамыр ұштарын қолдан сәтті өсірді. Ол құрамында Кноп ерітіндісі, глюкоза, кейбір аминқышқылдары және пептон бар әртүрлі қоректік орталарды қолданды. В.Роббинсон жүгерінің тамырын өсіріп, қоректік ортаға ашытқы сығындысын қосты. Алайда тамыр мынадай қоректік ортада ұзақ тіршілік етпеді. 10 жылдан кейін АҚШ-та Филипп Уайт В.Роббинсонның тәжірибесін қайталады, бірақ ол қызанақтың тамыр ұштарын қолданып, жақсы нәтижелер алды.

Ф.Уайттың қызанақтың тамыр ұштарына жасаған тәжірибесі мен француз ғалымы Роже Готренің шілік пен сәбіздің камбий ұлпаларына жасаған тәжібесі 30-шы жылдары ұлпаларды қолдан өсірудің қазіргі заманғы әдістердің негізіне айналды. Ф.Уайт тамыр ұштарын қолдан өсіру тәжірибесін 30 жыл бойы үздіксіз жүргізді, ал Р.Готре сәбіз тамырының камбиі мен флоэмасынан каллусты клондар өсірді. Ол қоректік ортаға ауксин қосып және ауксиннің камбий жасушаларының бөлінуіне әсер ететін қабілеті бар екендігін көрсетті Ф.Уайт пен Р.Готре өсімдік ұлпаларын қолдан өсірудің заманауи әдістеріне өте бағалы жаңалық енгізді және осы уақыттан бастап өсімдіктердің эксперименттік биологиясының жаңа бағыты белсенді түрде дами бастайды. Көптеген қоректік орталардың құрамы жасалынды және макроэлементтердің, микроэлементтердің, витаминдердің, өсімдіктердің өсуін реттеушілердің (кокос жаңғағының, каштантың, жүгерінің эндорспермдері, ашытқының гидролизты және т.б.) маңызы зерттелді. Осы соңғы күрделі органикалық қосылыстар бөлініп алынған ұлпаларға қосылмаса жасушалардың бөлінуі мүмкін болмайды. Бұл осы қосылыстарда жасушалардың бөлінуін реттейтін фактор бар деген ойға әкелді.

Америкалық ғалым Ф.Скуг қызметкерлерімен бірге темекі сабағының телімінде бүршіктердің өсуін зерттеді және құрамында минералды тұздары, көмірсулары және витаминдері бар қоректік ортаға өсірді. Каллустың түзілуі, кейде бүршіктердің қалыптасуы байқалған. Қоректік ортаға ауксиннің қосылуы бүршіктердің өсуі мен қалыптасуын тежеді. Ал ортаға аденин керісінше бүршіктердің қалыптасуына әсер етті және ол ауксиннің тежеушілік әсеріне бөгет жасады. Бұл зерттеушілерді кокос сүтінің өсу факторында қандай да бір пуриндік заттар бар деген ойға әкелді. Сондықтан олар алдымен нуклеин қышқылдарын зерттеуді бастайды. Содан кейін сельд спермасының ДНҚ-сы темекі жасушаларының бөлінуіне әкелетіні анықталады. Осы нәтижені ұзақ уақыт бойы сақталған ДҚН-ның ескі препараты тапты – соған қарағанда өсу факторы ДНҚ бұзылуының өнімі болғанға ұқсайды. Ф.Скуг пен оның қызметтестері темекі сабағының паренхима клеткаларының бөлінуіне және ауксиннің қатысуымен бүршіктердің дамуына әсер ететін затты ашытқыдан бөліп алды. Бұл өсуді реттейтін затты олар кинетин деп атап, ал кинетин жататын өсуді қамтамасыз етуші класты цитокининдер (жасушаның бөлінуін қамтамасыз ететін заттар) деп атады. Осы жаңалықтың арқасында Т.Мурасиге мен Ф.Скуг 1962 жылы темекі каллусының өсуіне қажет атақты қоректік ортаның құрамын жасады. Бұл қоректік орта көптеген өсімдік түрлерінің әртүрлі ұлпалары мен мүшелерін қолдан өсіруге бірден бір лайық орта болып саналды және қазіргі уақытта осы орта кеңінен қолданылады.

№2 дәріс: Өсімдік жасушаларын жасанды қоректік ортада өсіру әдістері.

1.Жасушаларды жасанды ортады өсіру жағдайлары.

2.Каллусты алу және оны жасанды ортада өсіру.

3.Сұйық ортада жасушаларды өсіру.

Өсімдіктердің жасушаларын, ұлпаларын және мүшелерін қолдан өсіру сәтті шығу үшін жасанды ортаның құрамының жақсы болуымен қатар әртүрлі қолайлы жағдайлар жасалуы қажет. Осы айтылған сөзге жасушаны қолдан өсіру сәтті болуы үшін үнемі температура шамамен 25±2°С болуы қажет деп жалпылай қабылданған шешім дәлел болады. Алайда мұндай дәстүрлі тәсіл ақпараттың аздығынан қолданылған болатын. Өйткені темекінің каллусының өсуіне 32°С, кәдімгі гармалаға 30°С, ипомеяға 30-32°С қажет.

Температура өсімдікте жүретін метаболизм процестерінің бәріне әсер етеді. Температураны эксперименттің мақсатына байланысты әрбір объектіге жекелей лайықтыланып қойылуы керек. Бірақ мұндай тәжірибелерді жүргізу үлкен еңбек пен ұзақ уақытты талап етеді, сондықтан ғалымдар жасушаларды шамамен 25°С температурада өсіре береді.

Жасушаларды қолдан өсіруге әсер етуші сыртқы факторлардың бірі – жарық. Қазіргі уақытқа дейін фотоавтотрофтылық тек 16 өсімдіктің түріне ғана тән екені сипатталып жазылған. Қалғандары фотоавтотрофтылық өсуге қабілетсіз, оларды қараңғыда немесе әлсіз түскен жарықта өсіреді. Хлорофилдерінен айырылған ұлпаларға жарықтың әсер етуі фитохромды жүйемен қамтамасыз етілген. Екіншілік қосылыстарды алу үшін қолдан өсірілетін жасушаны қолданатын эксперименттерде жарық пен фотопериодтың белсенділігі мен сапасының әсері нақты тағайындалған. Жасуша технологиясында жасушаларды жарықпен қамтамасыз ету басты міндеттердің бірі.

Жасушаларды сәтті өсіру үшін қажет маңызды факторлардың бірі – аэрация. Аэрациясыз ешбір жасуша тіршілік ете алмайды. Газдардың (оттегі, азот, көмірқышқыл газы) жасушаларға әсері мүлдем зерттелмеген.

Жасушаларды өсіруде және жасанды ортасын жасағанда физикалық фактор осмос қысымыныңда әсерін ескеру қажет.
Каллусты алу және оны қолдан өсіру.

Каллус – жасушаның қалыптаспаған пролиферациясынан пайда болған ұлпа. Пролиферация – жасушаның және ұлпаның бөлінуінен пайда болған жаңа түзілімдер. Каллус (лат. callus – тірі тері, мозоль) – өсімдікте жарақаттанудың нәтижесінде пайда болған ұлпаның ерекше түрі. Ол жараның орнын қорғайды және қоректік заттар жиналып арнайы қорғаныш қабаты түіледі немесе жараланған мүше қайтадан қалыптасады. Мұндай жасушалар ұлпалар мен жасушаларды қолдан өсіру барысында да пайда болады. in vitro каллусының түзілуі және өсуі ауксин мен цитокининмен реттеледі.

Каллусты алу және оның ары қарай өсуі стерилбдікті талап етеді. Жақсылап жуылған өсімдік материалы құрамында белсенді хлор (кальций мен натрий гипохлориті, хлорамин, хлорлы әк), сынап (сулема, диоцид), сутегі диоксид, этанол бар әртүрлі заттармен стерилденеді. Осындай мақсатта бромды, күкірт қышқылын, фенолды және ерекше жағдайларда антибиотиктерді сирек қолданады. Стерилдеуші заттың түрі, концентрациясы әсерт ету ұзақтығы стерилдеуге дайындаған өсімдік объектісіне байланысты болады. Стерилдеуші зат барлық микроорганизмдерді жоятындай және өсімдік ұлпаларын минимальды жарақаттайтындай әсер етуі тиіс, сонда стерилдеуші зат дұрыс таңдалған болып табылады. Сонымен қатар стерилді зат сумен жуғанда кетуі тиіс, әйтпесе ұлпалардың улану қауіпі туады да эксперименттің нәтижесіне кері әсер етеді. Әдетте танымал стерилдеуші әдістерді қолданады немесе әрбір объектіге экспериментті түрде арнайы стерилдеу әдісін жасайды. Қолайлы стерилді қоректік ортаға орналастырылған эксплант деп аталатын ұлпаның немесе мүшенің фрагменті біраз уақыт өткеннен кейін өсе бастайды да каллус пайда болады. Бұл процесс каллустың түзілуі немесе каллусогенез деп аталады.
Сұйық ортада жасушаларды қолдан өсіру.

Сұйық ортада қолдан өсірілген өсімдік жасушысын суспензионды культура деп атайды. Жасушаларды белгілі бір өлшемде сақтау үшін оларды әртүрлі аппараттармен араластырып тұрады. Жасушалардың аэрациямен қамтамасыз етілуі ортаны араластырудың немесе шайқалуының немесе сұйық ортаның таза ауамен желдетуінің әсерінен болуы мүмкін. Жеке эксперименттерде жасушаларды инкубациялау үнемі қоректік ортамен қамтамасыз етіліп тұрмайды, керісінше сұйық ортамен және ауамен біртіндеп қана қарым-қатынас орнатады. Мұндай жағдайда газ алмасу жақсарады.

Суспензиядағы жасушаны агаризонды жазықтықта статистикалық тәсілмен өсірілген жасушамен салыстырғанда ерекшеліктері болады: жасуша популяциясы біртүрлі қоректік ортада, аэрацияда болады; экзогенді факторлардың жасушалардың өсуіне және метаболизміне әсер етуін оңай бақылауға болады; олар биохимиялық және молекулалық-биологиялық зерттеулер жасауға қолайлы болып келеді; олардан қалыпты жасуша популяцияларын алу мүмкіндігі жоғары.
Суспензионды жасушаларды алу.

Әдетте суспензионды жасушаны алу үшін каллусты ұлпалар қолданылады. Сұйық ортаға орналастырылған эксплантты өсімдікті алу мүмкін (мысалы, пыльниктерді). Экплант бетінде пайда болған каллусты жасушалар бөліне алады және ортаға өтіп суспезияның басталуына негіз болады. Бірақ бұл ұзақ әрі нәтижесі төмен процесс. Кейбір зерттеулер үшін қажет жасушаларды ферментті мацерация тәсілімен алады, мысалы: жапырақ мезофилінен, бірақ мұндай суспензияны ұзақ уақыт бойы сақтап қалу мүмкін емес.

Суспензионды жасушаларды алудың негізгі тәсілі тербелгіштегі сұйық ортада борпылдақ дифференциалданбаған каллусты өсіру болып табылады. Мұндай жағдайда каллус жеке жасушаларға және жасушалық агрекаттарға оңай ыдырайды. Борпылдақ каллусты арнайы осындай мақсаттар үшін 2,4-Д және құрамы азайған немесе цитокинині жоқ ортада өсіреді. Каллустың дезагрегациясына қоректік ортада болмауыда жақсы әсер етеді, бірақ мұның салдарынан өсімдік жасушаларын байланыстырушы негізгі материал – кальций пектинаты аз мөлшерде түзіледі. Кальций пектинатын каллусқа пектизамен әсер ету арқылы бөліп алуға болады.

Сұйық ортадағы каллусты ұлпалардың бөліктері араластырудың әсерінен жасушаларға және жасушалық агрегаттарға ыдырап алғашқы суспензияны түзеді. Каллустың ірі қалдықтары мен ірі жасуша агрегаттарынан құтылу үшін 1-2 қабат марлы немесе нейлон қолданып сүзеді немесе суспензияны тұндыру арқылы алады. Жасушалардың диссоциясына қоректік ортаның құрамы, аэрация және суспензияны араластыруда әсер етеді. Ешқандай әрекеттерге қарамастан суспензия ешқашан жалғыз жасушалардан тұратын бір түрде ғана болмайды.

№3,4 дәріс: Жасанды қоректік ортада өсетін жасушалардың биологиясы.

1.Дедифференциялдану және каллустың пайда болуы.

2.Өсірілген жасушалардың әртектілігі.

Кез-келген өсімдік ұлпасы қолайлы қоректік ортаға түскеннен кейін бөліне бастайды да дифференциалданбаған жасушалар түзіліп каллус пайда болады. Бұл ұлпаның бөлінуін тоқтатқан дифференциалданған жасушалары қайтадан бөліне бастайды дегенді білдіреді.

Маманданған бөлінбейтін жасушалардың пролиферацияға өтуі олардың дедифференциациясымен байланысты, басқаша айтқанда-мамандануын жоғалту. Осы процестің негізінде дифференциациялық белсенді гендер жатыр. Жасушалардың қызметі мен құрылымы гендердің белсенділігімен анықталады. Егер жасушалардың қызметі мен құрылымы жағынан айырмашылықтары болса, онда олардың гендерінің экспрессиядағы айырмашылықтарына байланысты, яғни мамандану әртүрлі жасушалардағы әртүрлі гендердің қатысуымен қамтамасыз етіледі. Әдетте гендердің пуласының біраз бөлігі (5%) ғана белсенді болып келеді. Гендер берілген мүшеде, ұлпада, жасушада, Сонымен қатар тек белгілі бір жаста немесе сыртқы ортаның өзгерісінің әсеріне байланысты қызмет жасай бастаған гендер белсенді гендер құрамына кіреді. Қызметтік мамандануына байланысты өсімдік ұлпалары мен жасушалары арасындағы физиологиялық және құрылымдық ерекшеліктердің пайда болуы дифференциация процесі деп аталады. Дифференциация ұғымы эмбриондық және меристемалық жасушалардың маманданған жасушаларға айналуын көрсетеді. Меристемалық жасушалар құрылымы мен қызметі жағынан бірдей және әртүрлі мүшелердің ұлпаларын қалыптастырып әртүрлі жолдармен дамиды. Мұның қалай жүзеге асатыны клеткалық биологияның маңызды сауалдарының бірі.

Өсірілген жасушалардың әртектілігі.

Өсірілетін жасушалардың негізгі түрі каллус жасушалары. Каллустық ұлпалар өсу циклінде бөлінуден кейін жасушаға тән онтогенезге өтеді, яғни өсе бастайды, содан кейін ескі каллустық жасушалар сияқты дифференциалданады, қартаяды, тіршілігін жояды. Өсіп келе жатқан каллуста барлық жасушалар бөлінбейді, бұл қою тығыз цитоплазмасы бар және вакуольсіз меристема жасушаларына ұқсас болады.

Өсіру жағдайына байланысты популяциядағы жасушалар қатынасы өзгеріп отырады. Мысалы, каллусты жаңа қоректік ортаға жиі көшіріп отырса, олардың ішінде қарқынды бөлінетін майда жасушалар әрдайым басым болады. Каллустық жасушалардың морфологиялық жағынан, биохимиялық құрамы бойынша, физиологиялық жағдайы және генетикалық жағынан айырмашылықтары болады.

Каллустық жасушалардық өткен ұлпаның жасушаларынан өлшемі мен пішіні жағынан ерекшеліктері болады, бұларда ядроның саны мен пішіні өзгереді. Ескі каллустық жасушалар ірі болады (500-1000 мкм), ал жас жасушалар үсақ болады (15-30 мкм). Қоректік ортада цитокинин болмаса жасушалардың көлемі ұлғаяды. Жасушалар мен ядролардың қалпы мен көлемдерінің өзгеруі көбінесе плоидтылықтық (хромосомалар саны) өсуіне байланысты. Жасушаларды ұзақ өсіргенде олардың плоидтылығы ұдайы арта береді.

Өсірген жасушалардың полиморфизмі әр түрлі факторларға байланысты: түрінің және жасының ерекшеліктері, плоидтылығы, қоректік ортаның және өсіру жағдайының әсері коррелятивтік байланыстардың жойылуы. Соңғы фактор, яғни бүтін өсімдікте болған қатаң реттелудің бұзылуы, жасушаларда in vitro жағдайында өздігінен өзгергіштік пайда болудың негізгі себебі. Қандай эксплант болса да, ол неше түрлі ұлпалапынан түзілген калустар бір-біріне ұқсамай, әртекті келеді. Ал табиғатта барлық қасиеттері бірдец эксплант болмайды, сондықтан да өсірген жасушалар бірсапалы болмайды.

Физиология жағынан жасушалардың әртектілігі олардың «ртүрлі физиологиялық күйінде болуына (яғни бөліну, өсу, қартаю, құру) байланысты. Мұндай жасуша популяциясы асинхронды деп аталады. Популяцияны синхронды болғызу, яғги барлық жасушалардың жасуша циклінің бір кезеңінде болуы тіпті мүмкін емес. Себебі, бөлінетін жасушалардың саны 2-4% амасында болады. бөлінетін жасушалардың санын көбейту жолдары бар. Мысалы, бөлінуді тоқтататын қолайсыз жағдайлар (температура, қоректік ортадан маңызды затарды шығарып тастау) бөлінуге дайын тұрған жасушалардың санын белгілі дәрежеде арттыруға мүмкіндік туғызады. Жасуша циклінің кезеңдерін тежейтін кейбір химиялық заттар да популяцияны синхрондандыруға тиімді келеді. Ең жақсы дегенде, жасушалардың 10-30% синхрондануы мүмкін, бірақ тез уақытта ол тағы да төмендейді. Бұл жерде мынаны атап өту қажет. Сұйық ортада өсірген жасушалардың физиологиялық айырмашылықтары азырақ болады. себебі, үзбей араластырып тұрған сұйық ортада қоректену жағдайы, аэрациясы және уытты заттардың әкетілуі барлық жасушаларға бірдей болады.

Өсірген жасушалардың әртектілігіне генетикалық, эпигенетикалық және модификациялық өзгергіштік те себеп болады. генетикалық, яғни мутауиялық өзгерістер, генотиптің өзгеруіне әкеледі де, тұқым қуалайды. Мутация гендік, хромосомалық және геномдық деңгейінде өтеді. Гендік немесе нүктелік мутациялар жасушалардың морфологиялық, биохимиялық және физиологиялық қасиеттерінің өзгеруіне әкеледі.

Генетикалық өзгергіштіктің

Генетикалық өзгергіштіктің себептері әр алуан: 1) алғашқы эксплантты өсімдіктен бөліп алғанда коррелятивті байланыстардың бұзылуы, яғни организмнің бақылауы болмауы; 2) қоректік ортаның компоненттерінің әсері; 3) қоректік ортада жиналатын метаболизм өнімдерінің әсері; 4) бастапқы экспланттың өзіндегі әртектілік және белгілі бір жасушлардың селекциясы.

Хромосомалық өзгергіштік митоздың бұзылуы салдарынан (эндомитоз бен эндоредупликация) пайда болады. эндомитозда хромосомалар шиыршықталып бұратылады, бірақ ядроның қабығы сақталады, ұршық бұзылады, хромосомалар ажырамайды, олардың деспирализайиясы өтеді. Сондықтан, хромосомалардың саны көбейеді, ядро мен жасушаның көлемі ұлғаяды. Эндоредупликацияда ДНҚ-ның мөлшері ядрода көбейсе де хромосомалар екі еселенбейді де ядро бөлінбейді. Сонымен қатар митоздың бұзылуына байланысты хромосомалар дұрыс таратылмауы себебінен де полиплоидтық және анеуплоидтық жасушалар пайда болады.

Жасушалардың бөліну мен өсу жылдамдығы, қолайсыз жағдайларға төзімділігі олардың плоидтылығына байланысты. Соның салдарынан жасушалардың арасында бәсеке басталып, кейбіреулері басым өсе бастайды. Осындай популяциядағы жасушалардың белгілі бір типі үнемі басым өсуін клеткалық селекция деп атайды. Басым өсу кейбір жасушалардың пролиферациясымен немесе басқа бір жасушалардың элиминациясымен сипатталады. Мұндай селекцияны автоселекция деп атаған дұрыс, өйткені ол популяцияда өздігінен өтеді, сырттан стресс факторлар әсер етпейді. Автоселекция процесінде осы жағдайға ең жақы бейімделген кариотип қалыптасады. Мүмкін, жасушалар жаңа жағдайға бейімді болғаны тіршілікке икемді полиплоидтық жасушаларды сұрыптау арқасында пайда болады. өсіру жағдайы өзгергенде сұрыптау бағыты да ауысады. 2,4-Д мен кинетиннің жоғары концентрациялары полиплоидтену мүмкіншілігін арттырады.

№5 дәріс: Өсімдік жасушаларын биосинтездік өнеркәсіпте пайдалану.

1.Экономикалық маңызы бар заттарды өндірудің жасушалық технологиялары.

2. Жасушалық технологияның песпективалары.

3. Өсірілетін жасушаларда қосымша заттардың қор жингаоуына әсер ететін факторлар.

Өсімдіктерде алуан түрлі қосымша заттар синтезделеді. Қосымша заттар деп аталса да олардың өсімдіктегі зат алмасудағы орны зор. Олардың көптегені медицинада, техникада, тамақ және парфюмерия өнеркәсібінде, ауыл шаруашылығында кең пайдаланылады.

Өсірген жасушалардың қосымша заттарының арасында бірінші болып өздеріне зерттеушілердің назарын аудартқан алкалоидтар еді. Қызғылт қабіршөптің, жылан раувольфияның, қара мендуанасының, сасық меңдуанасының т.с.с. өсімдіктердің каллустарын талдаанда олардың құрамында әр түрлі алкалоидтар болатыны анықталды. Көптеген ғалымдардың зерттеулері арқасында каллустардың басқа да активті заттарды синтездеуге қабілеті бар екендігі жөнінде талай бағалы деректер жиналды. Жасушалар in vitro жағдайында әр өсімдік түріне тән қосымша заттарды синтездеу қабілетін сақтап қалады. Атап айтқанда, алкалоидтарды, терпеноидтарды, гликозидтарды, полифенолдарды, полисахаридтерді, эфир майларын, ерекше петидтер мен белоктарды, таза бояғыш заттарды, стероидтарды, дәм татымдық заттарды, биоинсектицидтарды, балауыздарды, витаминдерді синтездейді.

Мңызды заттарды синтездейтін жасушаларды өсіру биотехнологияның жаңа саласы. Дағдылы биотехнологиялар бағалы биологиялық активті заттарды алу үшін бүтін организмдерді пайдаланса (өсімдіктерді, жануарларды), осы заманғы биотехнологиясы ерікті немесе иммобилизденген өсімдік жасушаларын өсіруге сүйенген жасушалық технологияларға негізделген.

Жасушалардың in vitro жағдайында биотрансформация жүргізуге мүмкіншілігі болатындығы дәлелденген, яғни кейбір биологиялық активті заттар арзан қарапайым бастаушы заттардан синтезделеді. Бұл қарапайым бастаушы заттар химиялық немесе микробиологиялық жолмен өзгертіле алмайды, тек қана өсірілетін жасушалардың ферменттерінің ықпалымен ақырғы бағалы өнімге айналып кетеді.

Қоректік ортаның құрамы және басқа өсіру жағдайлары өзгеруі арқасында синтезделетін өнімдердің мөлшері тұрмақ сапасы да өзгереді. Соның нәтижесінде мүлде жаңа, негізінде басқаша әсер ететін қосылыстар пайда болуы мүмкін. Мысалы, жапон ғалымдары in vitro жағдайында ерекше пептидтерді, ісікке қарсы ем болатын қосылыстарды, убихинон-10 сияқты жаңа биологиялық активті заттарды алуда мол табысқа жеткен. Келешекте жасушалық битехнология иммобильденген өсімдік жасушаларын пайдаланатын болады.

Өнеркәсіпте өсіруге жарайтын жасушалар жабайы мен екпе дәрілік және техникалық өсімдіктердің, микробиологиялық өңдірістің және химиялық синтездің бәсекесінен озып шығуы қажет. Дағдылы өсімдіктер шикі затымен салыстырғанда өсірілетін жасушалардың мынадай артықшылықтары болады: 1) қоршаған ортаның әр түрлі факторларының (климат, маусым, ауа райы, топырақ жағдайы, зиянкестер) ықпалынан тәуелсіздік; 2) өсіру жағдайларын өте жақсы деңгейде үзбей қамтамасыз ету арқасында өнімнің мөлшері мен сапасы жоғары; 3) егіс көлемі үнемделеді.

Өсімдіктер көптеген маңызды заттардың бірден-бір қайнар көзі болып келеді. Бірақ өсімдік шикі затының қоры табиғатта таусылып бара жатыр. Осыны еске алғанда, жасушалық технологиялардың орны болашақта ерекше зор екенін түсінуге болады. жасушалық технологиялардың ғылыми лабораториялық зерттеулерден соң өнеркәсіпте қолданылуы қазір ғана басталып келе жатыр. Тиімділігі жоғары технологиялардың жасалуы өсімдіктерде қосымша зат алмасу процестерінің генетикалық, биохимиялық, физиологиялық реттелуі жөніндегі теориялық білімнің жетіспеушілігімен шектеліп тұр. Себебі бүтін өсімдіктегі зат алмасуында қосымша заттардың қызметі толық зерттеліп бітпеген. Көпшілігінің негізгі функциясы өсімдікті әр түрлі стресс факторларынан қорғау, яғни олар реттеушілер ретінде организмнің тіршілік әрекетін қамтамасыз етуі мүмкін.

In vitro жағдайында өсетін жасушалар – жаңа жасанды жүйе, оның ерекшеліктері әлі аз зерттелген. Кейде өсірген жасушалардың зат алмасуында филогенез тұрғысынан бұрын дамыған өсімдіктер тобына тән немесе өсімдіктің ювенильді кезеңіне тән ерекшеліктері байқалады.

In vitro жағдайында өскенде де жасушалар белгілі бір онтогенезден өтеді: көбею, яғни бөліну- созылып өсу-дифференциялану-қартаю-өлу. Осындай әр түрлі кезеңдегі жасушалардың сан жағынан ара қатынасы популяцияда өзгеріп отырады. Мысалы, өсіру жағдайлары өзгергенде. Бөлінуі тоқтаған каллус жасушаның дифференциялануы өсімдік түріне тән қосымша заттарды синтездеуге мамандануы деп түсінуге болады.

Қосымша заттардың биосинтезін жасушаның дифференциялануымен бақылау жөніндегі деректер әр қилы. Бірқатар тәжірибелерде қосымша заттардың синтезі морфогендік құрылымдар пайда болғанда ғана басталса, басқаларында қажетті заттардың жоғары өнімі дифференцияланбаған каллус ұлпаларында байқалған.

Бастапқы өсімдіктің, яғни эксплант алынатын донор өсімдіктің генотипі өсірген жасушалардың биосинтездік потенциалына елеулі ықпал етеді. М.Ценк қызметтестерімен қызғылт қабыршөптің (Catharantus roseus) жасушаларын өсіру үшін бірнеше географиялық аймақтан 184 тұқым үлгісін жинап алған. Осы тұқымдардан шыққан өскіндер арасынан серпентин мен аймалицин деген гипотензивтік индолдық алкалоидтарға өте бай (құрғақ массасына 0,7%) бірнеше өскіндер таңдап алынды. Солардан шыққан каллустар қажетті алкалоидтарды басқа өскіндерден алынған каллустарға қарағанда 4-5 есе артық синтезделген.

Бірақ У.Роллер осы өсімдікпен өткізген өзінің тәжірибелерінде мұндай байланыстылықты таба алмады.

Жапон ғалымдары да маралотының (Thalictrum minus) бүтін өсімдіктері мен каллустарында берберин деген алкалоидтың мөлшерінде корреляциясын байқамады. Бәлкім нәтижелердің мұндай қайшы болуы алғашқы генотиптің тек фенотип арқылы бағалануына байланысты.

З.Б.Шамина қызметтестерімен апиын көкнар (Papaver somniferum) жасушаларын изогендік өсімдіктер линиясынан шығарып алған. Сабақ ұшындағы меристема жасушаларын бір мезгілде әр түрлі, бірақ жасы бірдей өсімдіктерден бөліп алып, бірдей ортада өсірді. Сондағы шыққан каллустардың өсу және алкалоидтарды синтездеу жағынан айырмашылықтары айтарлықтай болған.

А.Киннесли мен Д.Дугэлл екі темекі өсімдігінен (Nicotiana tabacum) шығарған каллустарда никотин мөлшерінен айырмашылығы екі өсімдік бір-бірінен тек никотин мөлшерінен айырмашылығы болған, басқа локустары изогендік еді. Никотинді көбірек синтездейтін өсімдіктен шыққан каллус сол қабілетін сақтап қалған.

Келтірілген деректер біршама қайшы болсада, көптеген зерттеушілер әдеттегідей ұлпаның генетикалық сипаттамасына көңіл қояды. Бірақ кей кезде өсіруге алынған ұлпада қажетті заттың мөлшері жоғары болуы оның осы ұлпада қажетті заттың мөлшері жоғары болуы оның осы ұлпада синтезделмей, тек басқа ұлпалардан тасымалданып жеткізілгенін көрсетуі мүмкін. Сондықтан өсіруге алынған экспланттың тегіне де назар аударылады. Мысалы, диоскореяның (Dioscorea floribunda) түйінінен алынған жасушаларын өсіргенде, оларда диосгениннің мөлшері өркеннің алынған жасушалармен салыстырғанда он есе артық болған. Алайда, көбінесе жасушалар өсірген кезде қосымша заттарды синтездеуге тотипотентті келеді, яғни көрінген жасуша лайықты жағдай жасалса өзі бөлініп алынған өсімдікке тән заттарды синтездей алады. Себебі қосымша метаболиттердің синтезін реттейтін гендер әдетте оларды синтездемейтін жасушаларында да бар. Қай кезде жасушалардың биосинтездік қабілеті регенерант өсімдіктерде бүрынғы қалпына келеді. Мысалы, оймақгүлдің (Diqitalis lanata) жасушалары ұзақ мерзім өсіргенде гликозидтерді синтездеу қабілетін бұрынғы қалпына түскен.

Сөйтіп, жасанды қоректік ортада өсірілген жасушаларды генетикалық информация сақталады, бірақ оның жүзеге асуы үшін ерекше жағдайлар қажет. Шамамен, жоғары өнімді өсімдіктер мен ұлпалардың бөлініп алынған жасушаларда сол метаболиттердің биосинтезіне қажет генетикалық информациясы болады.

№6 дәріс: Жасушаларды өсіру жүйелері.

1.Жасушалар суспензиясы.

2.Иммобильденген жасушалар.

3.Қосымша заттарды алу үшін жүргізілетін жұмыстардың кезеңдері.

Жасушаларды in vitro жағдайында өсірген кезде олардың өсуі мен биосинтездеріне өсіретін жүйелердің техникалық көрсеткіштерінің маңызы зор. Өсімдіктердің қосымша заттарының биотехнология өндірісі көбінесе сұйық ортада өсетін жасушаларға негізделген. Лаборатория жағдайында қосымша метаболизмді зерттеген кезде жасушалар әдеттегідей колбаларда кішігірім көлемде (40-200 мл) өсіріледі және айналмалы тербеушілерде араластырылады. Колбалардың айналу жылдамдығы (әдетінше минутына 90-120 айналым) жасушалардың өсуіне және метаболиттердің жинақталуына әсер етеді. Мысалы, итжидек пен үйеңкі жасушаларының айналу жылдамдығы төмендегенде, олардың өсуі бәсеңдеген. Ал темекі жаушаларының өсуіне айналу жылдамдығы әсер етпеген, тіпті жылдам айналдыру арқасында оларда никотин синтезі арта түскен.

Көлемі шағын колбалардан көп литрлік ферментерлерге ауысқанда өсіру көрсеткіштері өзгереді, әсіресе араластыру мен аэрациясы. Жасушалар суспензиясын өндірісте өсіру үшін микроорганизмдерге қолданылатын аппараттарды қолданады. Бірақ соңғы зерттеулер көрсеткендей, өсімдік жасушалары өздерінің өзгешеліктеріне қарай ерекше аппараттарды қажет етеді.

Өсімдік жасушаларының көлемі бактериялар мен саңырауқұлақтарға қарағанда 10 есе, тіпті 100 есе ірі келеді, мұнымен қатар онтогенезде де олардың көлемі өзгереді. Бастапқы экспоненциялдық өсу фазасында олар майда және тығыз болса, стационарлық фазасында көлемі өсіп вакуолі пайда болады. неғұрлым жасушаның көлемі үлкейсе, соғұрлым оның араластыру арқасында бүлінуінің қауіптілігі арта түседі. Сонымен қатар, өсімдік жасушалары ірі және ауыр болған соң оларды жақсы араластырып тұұру қажет. Өйтпесе олар ферментердің түбіне түсіп, тез қартаяды да ақырында жойылады.

Жень-шень жасушаларын турбиналық араластырғыштары болған ферментерде өсіргенде айналу жылдамдығы минутына 100-350 айналымнан асқанда, соның теріс әсері салдарынан жасушаларда антрахинондардың синтезі төмендеген.

Штамның механикалық стресіне төзімділігі жасушаларды өсіргендегі маңызды талап, ал зерттеушілер үшін бұл қиын мақсат. Суспензияны жұмсақ араластырып ауамен қамтамасыз етуге пневматикалық әдісі қолайлы, яғни ферментерге ауаның қысым күшімен жоғары көтерілген ағыспен келген стерильді ауаны үрлету. Бірақ юұл әдістің де кемшілігі бар, себебі суспензияда ауа артық мөлшерде болуы себебінен жасушалар оттегінің кемшілігіне тап болады. ал жасушалардың өсуі де, қосымша метаболизмі де оттегі мөлшерімен тығыз байланысты.

Микроорганизмдерді өсіретін жүйелерде биомассаның өсуі, өнісді шығару және оттегімен қамтамасыз ету арасындағы өзара тәуелдігі зерттелген. Ал өсімдіктер жөнінде мұндай деректер жоқ. Жасушалардың өсуіне басқа газдар да әсер етеді. Мысалы, көмірқышқыл газы өсудегі лаг-фазаның ұзақтығына ықпал етеді. Өте күшті аэрация да теріс әсер етуі мүмкін, себебі көмірқышқыл газы мен ұшқыш қосылыстар айдалып әкетіледі. Өсімдік жасушалардың in vitro жағдайында микроорганизмдермен салыстырғанда тыныс алудың қарқындылығы едәуір төмен, оларды өсіретін ыдыстарды дайындағанда бұл ескеретін жағдай.

Жасушаларды әр түрлі ферментерлерде өсіріп, олардың өсуі салыстырылған. Мысалы, лимонжапырақты моринда жасушаларын өсіргенде, антрахинон 30 % артық болған. Ал басқа түрлі ферментерлермен салыстырғанда тіпті екі есе артық болған. Жасушалардың биомассасы биореактордың түріне байланысты болмаған.

Өсімдік жасушалары сұйық ортада жақсы өсу үшін тығыздықты талап етеді. Ол мынандай кедергіні туғызады: биомассаның өсуімен қоса суспензияның тұтқырлығы да өседі. Оның нгәтижесінде адгезия пайда болады, жасушалар бір-біріне, ыдыстың қабырғаларына, былғауы пен датчиктерге жабысып, өсіруге бөгет жасайды.

Ыдыстың жоғары жағында жасушалар бөліп шығарған белоктар мен полисахаридтерден тұратын көбік біртіндеп жинала бастайды. Өсе келе кейбір жасушалар өзара жабысып, осы көбікте жиналып «қабықты» немесе «безені» түзеді. Жасушалар биомассасы өсе келе бұл қабық та қалыңдайды, ақырында араластыру қарқындылығы төмендеп, жасушалар құриды.

Жалпы, өсімдік жасушаларының, микроорганизмдермен салыстырғанда, физиологиялық және метаболиттік активтілігі төмен болады. өсімдік жасушаның генерация уақыты (жасушаның кезекте екі бөлінуі арасындағы мерзім) микроб жасушаның генерация уақытынан 60-100 есе арта түседі.

Иммобильденген жасушалар.

Агар қосылған қатты қоректік ортада өсірген жасушалар сұйық ортада өсірген жасушаларға қарағанда қосымша метаболиттерді көбірек синтездейді. Тәжірибелер көрсеткендей, борпылдақ қарқынды өсетін каллусқа қарағанда тығыз баяу өсетін каллус жасушалары алкалоидтарды артық жинақтаған, яғни әдеттегі метаболизм жасушалардың кеңістікте әлдеқандай ұйымдасуын талап етеді. Жасушаның организмде жайғасқан орны оның дифференциялану типі мен дәрежесін белгілейтін факторлардың біреуі. Бір-бірінен аулақтанып немесе кішігірім топта өсетін жасушалардың қоршаған ортасы ерекше болғандықтан метаболизм жолдары басқаша болады. Жасушалардың ұйымдасуы тұтас организмге неғұрлым жақын болса, соғұрлым олардың метаболизм жолдары да ұқсас болуы мүмкін. Өсірген жасушаларда қосымша метаболиттердің жинақталуы мен олардың дифференциялану дәрежесінде өзара байланысы бар екендігін ғылыми әдебиеттегі бірталай деректер дәлелдейді.

Иммобаильденген жасушалар өзара тығыз байланыста өседі. Соынң нәтижесінде олардың массасының ішінде тұтас организмдегідей, белгілі химиялық және физикалық градиенттер деп гормондар, қоректік заттар, оттегі, көмірқышқыл газы мөлшері өзгеруін түсінуге болады.

Жасушаларды мынадай төрт жолмен иммобильдеуге болады:

1)жасушаларды түрлі оқшау (инерттік) заттармен қаптау (альгинат, агар, полиакрилаимд, коллаген, т.б.);

2)оқшау заттың беткі қабатына жасушаларды абсорбция арқылы орналастыру;

3)оқшау заттың беткі қабатына жасушаларды биологиялық макромолекулалармен (лектиндермен) «тігу»;

4)жасушаларды коваленттік байланыстар арқылы оқшау субстратқа орналастыру (мысалы, карбоксиметилцеллюлоза). Көбінесе алғашқы екі тәсіл қолданылады. Биологиялық жағынан оқшау затқа бекінген жасушалар өз өміршендігін сақтайды. Бекіген жасушалар төңірегінде қоректік орта көп мөлшерде жүріп тұрады, оның құрамын өзгертіп, өсу қарқындылығын бәсеңдетіп, қосымша заттарды көбірек алуға болады.

Иммобильденген эжасушаларды концентрациясы төмен алғашқы заттармен көп мөлшерде қамтамасыз ету керек. Бұл алғашқы заттар биосинтез жолдарында алынып отырған затқа мүмкіншілігінше жақын болуы қажет. Иммобильденген жасушалар ұзақ уақыт өсірілетін болғандықтан, бұл тәсілге өздері табиғи жолмен немесе белгілі факторлардың әсерімен (төмен температура, еріткіштер) қажетті заттарды сыртқа бөліп шығара алатын жасушаларды қолдану керек. Қажетті затты тек ішінде, мысалы вакуоль мен пластидтерді жинақтайтын жасушалар иммобильдендіруге жарамайды. Сонымен бірге жасушаларды шайып тұрған қоректік ортаның өзімен қажетті затты бөліп алу оңай емес.

Өндірісте қолданылатын иммобильденген жасушаларды өсіру үшін биореактордың бағана тәріздісі қолайлы, өйткені мұнда орын үнемделеді және жасушалар арқылы ағып жатқан қоректік ортаны бақылау онайланады. Кейбір өсімдіктер жасушалары метаболизм барысында жарықты қажет етеді.

Иммобильденген жасушалар түрлді заттардың биотрансформациясына да қоданылуы мүмкін. Иммобильденген жасушалар технологияда ұзақ уақыт пайдаланылатын болғандықтан, биокатализ процесі арзанға түседі. А.Альферман қызметтестерімен мынадай тәжірибе өткізген. Олар оймақгүлдің (Digitalis lanata) альгинат гелімен қапталған жасушаларын (диаметрі 4-5 мм 50 түйіршік) Эрленмейердің 100 мл-лық колбаларында 25 мл қоректік ортада өсірді. Биотрансформация өтетін субстрат ретінде β-метилдигитоксин қолданған, ол тәжірибе барысында β-метилдигоксинге айналған. Субстраты бар қоректік орта үш күн сайын алмастырылып тұрған. Осындай жағдайда жасушалар 170 тәулік бойы субстраттың биотрансформациясын жүргізіп, оны қажетті өнімге айналдырып тұрған. Жүрек ауруын емдеу үшін дигоксин өте тиімді. Бірақ, өсімдікте оған қарағанда дигитоксиннің мөлшері едәуіо артық. Екеуінің химиялық айырмашылығы – дигоксиннің 12-ші көміртек атомында қосымша гидроксил тобы бар. Оймақгүлдің каллус жасушаларын биотрансформация реакцияларын өткізу үшін пайдаланып жүректік гликозидтарды өндіруг болады.

Сөйтіп, иммобильденген жасушалардың суспензияда өскен жасушалармен салыстырғанда мынадай артықшылықтары бар:

• 
  биомассаны қайта-қайта ұзақ уақыт пайдалану (жасушалар биреактор ішінде сақтала береді, ал өнімдер қоректік ортадан бөлініп алынады);
  
• 
  жасушалардың қозғалысы шектелгендіктен, олар қоректік ортаға бөлініп шықпайды, онымен араласпайды;
  
• 
  жасушалардың мол биомассасын сыйымдылығы шамалы ыдыстарда өсіру;
  
• 
  жасушаларды ұзақ өсіру;
  
• 
  биотрансформация мүмкіншілігі.
  

1.Экономика жағынан тиімді өсімдікті таңдап алу. Өсіруге алынатын өсімдіктерде бағалы, экономика жағынан маңызды қосымша заттары айтарлықтай жоғары мөлшерде болуы қажет. Әсіресе бұл жағдайдың сирек кездесетін немесе жоғалып бара жатқан өсімдіктерге қатысы бар.

2.in vitro жағдайына ұлпаны алғашқы енгізу. Ол үшін қажетті зат жоғары мөлшерде синтезделетін жеке өсімдіктер тандап алынады. Алдымен алғашқы каллустарда қатты ортада өсіріп алады.

3.Биомассада қосымша заттардың сандық және сапалық құрамына химиялық зерттеу жүргізу. Бөлініп жатқан каллус жасушаларында көбінесе қосымша затардың мөлшері бүтін өсімдіктер мүшелеріне қарағанда аз болады. Бұл тұтас өсімдікте қосымша заттардың синтезі цитодифференцировканың бақылауында болатындығын дәлеледейді. In vitro жағдайында жасушалардың дифференциялануы басылғанда немесе тежелгенде, қосымша заттардың биосинтезі төмендеуі мүмкін. Осы жағдайды ескерген жөн. Жасушаның генетикалық мүмкіншіліктерінің толық іске аспауына басқа себептер де бола алады, мысалы автотрофтық қоректенуден айырылу. Сонымен қатар, әр түрлі факторлардың ықпалымен өнімдердіғң құрамы да өзгере алады. Кейбір өсімдіктерде қосымша заттардың метаболизмі өсу процесі бәсеңдегенде басталады, сондықтан оларға алдымен қарқынды өсуге, ал кейін заттардың биосинтезіне лайықты жағдай жасалады.

1.Өсімдіктерді клондық микрокөбейтудің пайдасы.

2.Клондық микрокөбейтудің әдістері.

3.Қолтық бүршіктерінің дамуын индукциялау.

Маманданған ұлпаның кез келген тірі жасушалары лайықты қоректік ортада өсіргенде, өздерінің тотипотенттік қасиетін жүзеге асырып, регенерация арқылы бүтін өсімдікке айнала алады. Жеке жасушаларда сол өсімдік түріне тән барлық белгілері мен қасиетері сақталған бүтін өсімдіктің түзілуі клондық көбейту технологиясының негізін қалайды.

Клон (грек. сlon – отпрыск, ветвь) – жыныссыз жолмен, яғни вегетативтік көбею жолымен түзілетін организм.

Өсімдіктердің клондық микрокбеюі деген өсімдіктердің in vitro жағдайында жыныссыз жолмен көбеюі. Соның нәтижесінде пайда болған өсімдіктер бастапқы өсімдікпен және өзара бір-бірімен генетикалық тұрғыдан айнымастай бірдей болады.

Бұл биотехнологиялық әдістің дағдылы вегетативтік жолмен көбеюмен салыстырғанда бірталай артықшылықтары бар, атап айтқанда:

1.Көбею коэффициенті өте жоғары. Мысалы, гербера, бүлдірген, хризантема, раушанның бір өсімдігінен in vitro жағдайында бір жылдың ішінде 1 миллионнан астам клон өсімдіктер алуға болады. алма ағашының бір бүршігінен 8 айдың ішінде 60 мыңнан астам өркен шығады. Таңқурайдың бір бұтадағы меристемаларын бөліп алып өсіріп жылына 50 мыңға дейін өсімдік алуға болады. сонымен, микрокөбеюдің коэффициенті басқа вегетативтік көбею әдістерімен салыстырғанда мыңдаған есе артық.

2.Микрокөбеюмен қатар өсімдіктер вирустар мен патогендік микроорганизмдерден сауықтырылады.

3.Сұрыптау процесін жылдамдату. Жаңа сорттарды тез көбейтіп, оларды ауыл шаруашылық өндіріске пайдалану мерзімі едәуір қысқарады.

4.Вегетативтік жолмен көбейе алмайтын өсімдіктерді мысалы, пальманы тек in vitro жағдайында көбейтуге болады. Осы әдіспен өнеркәсіп деңгейінде бірқатар өсімдіктерді көбейтеді.

5.Үнемділік. Арнайы бөлмеде стеллаждарда орналасқан пробиркаларда жыл ойы мыңдаған өсімдіктерді өсіру арқылы теплицалар алаңы үнемделеді.

6.Жас өсімдіктерді алу, яғни кәрі дарақтарды жасарту.

7.Өсу процесінің жыл бойы үзбеуге болады, әсіресе бұл дамуында тыныштық кезеңі болатын өсімдіктерді көбейтуге тиімді.

Клондық микрокөбейтудің т.рлі әдістерін ғалымдар ол кезде өтетін морфогенездің өзгешеліктеріне қарай жіктейді. Н.В.Катаева мен Р.Г.Бутенко былай жіктеуді ұсынады: а) бұрыннан болған меристемалардан өскен өсімдіктер; б) жаңадан пайда болған меристемалардан өскен өсімдіктер.

Бірінші типті өсімдіктер бүтін өсімдікте бұрыннан болған меристемаларды (сабақтың апексі, қолтық және бұйыққан бүршіктері) активтендіру жолымен пайда болады. Бұл меристемадан шыққан өсімдіктер генетикалық жағынан аналық өсімдікпен пара-пар, өйткені апекстерді in vitro жағдайында өсіргенде олар генетикалық тұрақтылығын сақтайды.

Екінші типті өсімдіктер in vitro жағдайында пайда болған бүршіктер мен эмбриоидтардан алынады. Бұл өсімдіктерде маманданған және каллус жасушаларынан шыққандығына байланысты генетикалық өзгергіштіктер орын алуы мүмкін. Сондықтан, шыққан клондар бастапқы өсімдіктен біршама ауытқып кете береді. Сөйтіп бұл әдісті тек каллустары тұрақты немесе регенеранттарда пайда болған өзгерістер табиғи өзгергіштіктен аспайтын өсімдіктерге пайдалануға болады.

Бүршіктер мен эмбриоидтар былай пайда болады: 1) экспланттың маманданған жасушаларынан тікелей (көбейме мүшелерінің ұлпаларынан, эпидермистен, субэпидермис ұлпаларынан, жапырақ мезофилінен т.б. 2) экспланттан шыққан алғашқы каллустан; 3) көшіріп отырғызған каллустан немесе суспензиядағы жасушалардан.