Die Methode der Gewebekultur ist eines der wichtigsten Werkzeuge der modernen Biotechnologie, mit der praktische Probleme der Pflanzenphysiologie, Biochemie und Genetik gelöst werden können. Die künstliche Kultivierung des Materials erfolgt unter bestimmten Bedingungen: Sterilisation, Temperaturkontrolle und Einwirkung eines speziellen Nährmediums.
Essenz
Die Methode der Gewebekultur ist deren Langzeitkonservierung und/oder künstliche Kultivierung unter Laborbedingungen auf einem Nährmedium. Mit dieser Technologie können Sie ein biologisches Modell erstellen, um verschiedene Prozesse in Zellen zu untersuchen, die außerhalb des Körpers von Pflanzen, Menschen und Tieren existieren.
Die Reproduktion pflanzlicher Gewebekulturen basiert auf der Eigenschaft der Totipotenz - der Fähigkeit von Zellen, sich zu einem ganzen Organismus zu entwickeln. Bei Tieren wird dies nur in befruchteten Eiern realisiert (mit Ausnahme einiger Hohltierarten).
Entwicklungsverlauf
Die ersten Versuche, Pflanzengewebe zu züchten, wurden von deutschen Wissenschaftlern um die Wende vom 19. zum 20. Jahrhundert unternommen. Obwohl sie nicht erfolgreich waren, wurden einige Ideen formuliert, die später bestätigt wurden.
Im Jahr 1922 gelang es W. Robbins und W. Kotte unabhängig voneinander Mais- und Tomatenwurzelspitzen auf einem künstlichen Nährmedium zu züchten. Eine detaillierte Untersuchung von Zell- und Gewebekulturtechniken begann in den 1930er Jahren. 20. Jahrhundert R. Gautre und F. White haben bewiesen, dass Gewebekulturen bei periodischer Transplantation in ein frisches Nährmedium unbegrenzt wachsen können.
Bis 1959 wurden 142 Pflanzenarten unter Laborbedingungen gezüchtet. In der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts. die Verwendung von dispergierten (getrennten) Zellen hat ebenfalls begonnen.
Arten von Testmaterial
Es gibt 2 Haupttypen von Pflanzengewebekulturen:
- Hergestellt ohne Zerstörung und Erh altung der charakteristischen Merkmale eines lebenden Organismus.
- Extrahiert durch Abbau (chemisch, enzymatisch oder mechanisch) aus Primärgewebe. Kann aus einer oder mehreren Zellkulturen gebildet werden.
Nach der Anbaumethode werden folgende Verfahren unterschieden:
- auf der "Fressschicht", in der von sich teilenden Zellen derselben Pflanzenart ein Stoff ausgeschieden wird, der das Gewebewachstum anregt;
- unter Verwendung des Ammengewebes neben den kultivierten Zellen;
- Verwendung von Nährmedium aus einer isolierten, sich teilenden Zellgruppe;
- wachsende einzelne Einzelzellen in einem Mikrotröpfchen, das in seiner Zusammensetzung gesättigt ist.
Die Kultivierung aus Einzelzellen ist mit gewissen Schwierigkeiten behaftet. Um sie künstlich zur Teilung "zu zwingen", müssen sie ein Signal von benachbarten, aktiv funktionierenden Zellen erh alten.
Eine der wichtigsten Gewebearten für die physiologische Forschung ist Kallus, der unter ungünstigen äußeren Faktoren (normalerweise mechanischen Verletzungen) entsteht. Sie haben die Fähigkeit, die spezifischen Eigenschaften des ursprünglichen Gewebes zu verlieren. Dadurch beginnen sich Kalluszellen aktiv zu teilen und Pflanzenteile werden gebildet.
Notwendige Bedingungen
Der Erfolg der Gewebe- und Zellkulturmethode hängt von folgenden Faktoren ab:
- Einh altung der Sterilität. Für die Transplantation werden spezielle Boxen mit gereinigter Luft verwendet, die mit UV-Lampen ausgestattet sind. Werkzeuge und Materialien, Kleidung und Hände des Personals sollten aseptisch verarbeitet werden.
- Die Verwendung speziell ausgewählter Nährmedien, die Kohlenstoff- und Energiequellen (normalerweise Saccharose und Glucose), Mikro- und Makronährstoffe, Wachstumsregulatoren (Auxine, Cytokinine), Vitamine (Thiamin, Riboflavin, Ascorbin- und Pantothensäure und andere) enth alten).
- Einh altung von Temperatur (18-30°C), Lichtverhältnissen und Luftfeuchtigkeit (60-70%). Die meisten Kallusgewebekulturen werden unter Umgebungslicht gezüchtet, da sie keine Chloroplasten enth alten, aber einige Pflanzen benötigen eine Hintergrundbeleuchtung.
Aktuell fertigkommerzielle Aufstellungen (Murasige und Skoog, Gamborg und Eveleg, White, Kao und Mikhailyuk und andere).
Vor- und Nachteile
Die Vorteile der Zell- und Gewebekulturmethode sind:
- gute Reproduzierbarkeit der erzielten Ergebnisse;
- Regulation interzellulärer Interaktionen;
- geringer Verbrauch an Reagenzien;
- genetische Homogenität von Zelllinien;
- Möglichkeit der Mechanisierung des Anbauprozesses;
- Kontrolle über Käfigbedingungen;
- Tieftemperaturlagerung lebender Kulturen.
Der Nachteil dieser Biotechnologie ist:
- müssen strenge Asepsis-Bedingungen einh alten;
- Instabilität der Zelleigenschaften und die Möglichkeit ihrer unerwünschten Vermischung;
- hohe Chemikalienkosten;
- unvollständige Gleichwertigkeit von kultivierten Geweben und Zellen in einem lebenden Organismus.
Bewerbung
Zu Forschungszwecken verwendete Gewebekulturmethode:
- Prozesse innerhalb von Zellen (Synthese von DNA, RNA und Proteinen, Stoffwechsel und Beeinflussung mit Hilfe von Medikamenten);
- interzelluläre Reaktionen (der Durchgang von Substanzen durch Zellmembranen, die Arbeit des Hormon-Rezeptor-Komplexes, die Fähigkeit der Zellen, aneinander zu haften, die Bildung histologischer Strukturen);
- Wechselwirkungen mit der Umwelt (Nährstoffaufnahme, Übertragung von Infektionen, Entstehungs- und EntwicklungsprozesseTumore und andere);
- Ergebnisse genetischer Manipulationen an Zellen.
Vielversprechende Bereiche der Biologie und Pharmakologie, in deren Entwicklung diese Technologie verwendet wird, sind:
- Gewinnung wirksamer Herbizide, Wachstumsregulatoren für landwirtschaftliche Nutzpflanzen, biologisch aktive Verbindungen zur Verwendung bei der Herstellung von Arzneimitteln (Alkaloide, Steroide und andere);
- gerichtete Mutagenese, Züchtung neuer Hybriden, Überwindung postgamer Inkompatibilität;
- klonale Vermehrung, die es Ihnen ermöglicht, eine große Anzahl genetisch identischer Pflanzen zu erh alten;
- Züchtung virusresistenter und virusfreier Pflanzen;
- Kryokonservierung des Genpools;
- Geweberekonstruktion, Gewinnung von Stammzellquellen (Tissue Engineering).
