Сельскохозяйственная биотехнология - Шевелуха Е.А.
Скачать (прямая ссылка):
Рис. 1.2. Модельная кривая ростового цикла при периодическом выращивании каллусных тканей. Фазы роста:
/ — латентная; 2 — логарифмическая; 3 — линейная; 4 — замедления; 5 — стационарная
равна нулю. После стационарной фазы наступает отмирание (деградация) клеток, во время которой число и масса живых клеток уменьшается.
Особенности каллусных клеток. Каллусные клетки in vitro сохраняют многие физиолого-биохимические черты, свойственные нормальным клеткам, входящим в состав растительного организма. Каллусные клетки сохраняют способность к синтезу вторичных метаболитов. Морозостойкость и способность к закаливанию присущи каллусным клеткам, полученным от морозостойких растений. Этим свойством не обладают каллусные ткани, полученные от тропических и субтропических культур. Таким образом, устойчивость к низким температурам сохраняется при переходе клетки к каллусному росту. Каллусным тканям свойственна и фотопериодическая реакция, что связано с сохранением активности фитохрома.
Общим у каллусных и нормальных клеток растения является и еще ряд признаков, в частности, устойчивость к действию высоких температур, осмотически активных веществ, засолению.
Вместе с тем каллусные клетки обладают отдельными свойствами, отличающими их от нормальных. В них появляются специфические белки и уменьшается количество белков, характерных для фотосинтезирующих клеток листа, или они совсем исчезают. Каллусные клетки отличаются большой генетической гетерогенностью и физиологической асинхронностью.
В результате выхода из-под контроля организма рост каллусных клеток происходит неорганизованно, асинхронно, и является неограниченным. При пересадках на свежую питательную среду культура каллусной ткани моркови, полученная Р. Готре более 60 лет назад, до сих пор растет в коллекции.
Клеточный цикл у каллусных клеток более длительный, чем у растений, произрастающих в открытом грунте.
Особенностью каллусных клеток является гетерогенность по возрасту. В каллусной ткани одновременно присутствуют клетки молодые в 0[-фазе, старые в G2- и S-фазах цикла клеточных делений.
Значительные отличия наблюдаются в энергетическом обмене каллусных клеток. Они потребляют меньше кислорода по сравнению с нормальными. Еще в 1938 г. Рамсгорн обнаружил такую же особенность у меристематических клеток, следовательно, это свойство активно делящихся клеток. Дыхательный коэффициент (Д.К) каллусных клеток >1. Так, в каллусе гороха Д.К>3,5 (А.В. Романова и др., 1988). Это свидетельствует о сдвиге соотношения между дыханием и брожением в сторону
усиления брожения, т.е. о снижении эффекта Пастера. Под эффектом Пастера понимают подавление брожения дыханием в присутствии кислорода. Увеличение дыхательного коэффициента при неизменном дыхательном субстрате говорит о том, что дыхание перестает подавлять брожение и даже в присутствии кислорода в каллусных клетках наряду с дыханием идет бескислородное расщепление углеводов — брожение. О бескислородном расщеплении углеводов при неорганизованном росте свидетельствует накопление этилового спирта в делящихся клетках. Такие данные получены при индукции неорганизованного роста на интактных проростках гороха (Г.М. Артамонова, 1975, 1978).
Митохондрии в каллусных клетках так же, как и в меристе-матических, являются слабо развитыми, в них мало крист, что не может не оказывать влияния на активность аэробного дыхания.
Наиболее выражено нарушение эффекта Пастера в опухолевых клетках животных. Это явление было обнаружено Варбургом, но до настоящего времени не имеет четкой интерпретации. Возникающий вследствие нарушения эффекта Пастера аэробный гликолиз, под которым понимают бескислородное расщепление углеводов в присутствии кислорода, приводит к очень резкому (в 19 раз) усилению потребления углеводов опухолевыми клетками.
Наряду с изменением характера дыхания в каллусных клетках в направлении усиления бескислородного расщепления углеводов происходит также сдвиг в стчрону пентозофосфатного пути, который является источником пентоз, необходимых для делящихся клеток.
Генетика каллусных клеток. Длительное время считали, что каллусные клетки генетически строго однородны. Однако в 60-х годах было выяснено, что клетки каллусной ткани обладают выраженной генетической гетерогенностью. Генетическая неоднородность каллусных клеток выражается прежде всего в различной плоидности, т.е. каллусные клетки отличаются по числу хромосом. Генетически стабильными in vitro являются меристематические ткани.
В каллусных и суспензионных культурах встречаются клетки, имеющие диплоидный набор хромосом, свойственный исходному растению, полиплоидные клетки, содержащие 3, 4, 5 и более хромосомных наборов. Наряду с полиплоидией в культуре каллусных тканей можно нередко наблюдать анеуплоидию (возрастание или уменьшение хромосомного набора на несколько хромосом). Чем длительнее культивировать каллусные клет-20
ки, тем больше они различаются по плоидности. В каллусных клетках табака через четыре года культивирования совсем не остается диплоидных клеток: все клетки становятся полиплоидными или анеуплоидными. Этот факт указывает на то, что изменение плоидности происходит под влиянием условий культивирования и прежде всего входящих в состав питательной среды веществ. Однако можно интерпретировать его и иначе. Полиплоидные клетки имеют меньшую лаг-фазу и поэтому быстрее переходят к делениям, чем диплоидные. Вследствие этого они и получают преимущество в дальнейших пассажах. Скорее всего, влияние оказывают обе причины.
