Микроклональное размножение. Лекция 1.
Цель урока: обосновать актуальность метода микроклонального размножения.
Задачи: сформировать целостное экологическое мировоззрение у школьника; выделить роль растения в экосистемах; определить актуальность и преимущества микроклонального размножения перед другими методами.
Вид урока: лекция, беседа.
Растения составляют основу экологических пирамид. Они часто являются неотъемлемым компонентом пищевых цепей. И как следствие из этого, без растительного мира невозможна жизнь для животного.
В чем особенность растений? Они способны переводить световую энергию в энергию химических связей, образуя из неорганических веществ органическое, тем самым обеспечивая себе рост и развитие, а нас — пищей.
На данный момент в мире проблема нехватки пищевых ресурсов особенно актуальна, ведь сейчас нас стало уже более 7,7 млрд. человек. И люди начали искать альтернативные источники питания. Бурно развивается химическая промышленность, освоены новые технологии, позволяющие давать богатый урожай, созданы новые сорта классическими методами гибридизации и современными методами биотехнологии, получены растительные организмы с признаками разных систематических категорий и даже разных царств.
На данном занятии мы рассмотрим один из методов биотехнологии – микроклональное размножение.
Какие преимущества этого метода? Для чего он нужен? Какие перспективы его использования и экономическая эффективность? Что он собой представляет? На сегодняшнем уроке мы это все выясним.
Микроклональное размножение относится к методам современной биотехнологии. С точки зрения биологии его можно отнести к методами вегетативного размножения, особо перспективному, так как он имеет ряд преимуществ перед традиционными методами размножения растений.
Преимущества этого метода:
1. Получение посадочного материала возможно за короткие сроки: рост и развитие растений идет в искусственно созданных условиях и время года не оказывает существенного влияния;
2. Высокий коэффициент размножения растений: из одной почки можно получить более 100 растений;
3. Растения, выращенные в искусственных условиях, являются элитными саженцами, так как не являются разносчиками вирусных и бактериальных инфекции.
Таким образом, благодаря этому методу, можно получить большое количество элитного оздоровленного посадочного материала вне зависимости от времени года на небольших площадях.
Источник
«ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЕГЕНЕРАЦИИ В МИКРОКЛОНАЛЬНОМ РАЗМНОЖЕНИИ РАСТЕНИЙ»
Гипотеза: в основе микроклонального размножения земляники лежит способность изолированных частей растений восстанавливать недостающие органы и регенерировать целые растения.
Цель работы: доказать, что в основе микроклонального размножения земляники лежит способность растений к регенерации
Скачать:
| Вложение | Размер |
|---|---|
 mikroklonalnoe_razmnozhenie_rasteniy.doc | 94 КБ |
Предварительный просмотр:
МУНИЦИПАЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ «ГИМНАЗИЯ №3» г. Брянск
В МИКРОКЛОНАЛЬНОМ РАЗМНОЖЕНИИ РАСТЕНИЙ»
для участия в Шестой научно-практической конференции проектных и исследовательских работ учащихся медико-биологических классов
школ-партнеров Первого МГМУ им. И.М. Сеченова.
Предметная область — биология
Авторы: учащиеся МБОУ «Гимназия №3»
Козявина Кристина Юрьевна
Раковский Александр Александрович
Калошина Алёна Александровна
Руководитель: Бабич Елена Викторовна
Должность: учитель биологии
5.1 Приготовление питательной среды для культивирования изолированных органов, тканей и клеток растений……………. 7
Биотехнология – наука о методах и технологиях создания и использования генетических трансформированных биологических объектов. Один из методов биотехнологии – это микроклональное размножение (клеточная биотехнология), основанное на способности клеток и тканей к регенерации, что обеспечивает ускоренное получение ценных форм и линий сельскохозяйственных растений. Оно не зависит от сезона, позволяет получать оздоровленный посадочный материал от вирусной и бактериальной инфекции, дает возможность выращивать сотни тысяч растений из одной меристемы, размножать ценные генотипы, получать биологические препараты пищевого, кормового и медицинского направления.
2. Гипотеза, цель и задачи исследования
Гипотеза: в основе микроклонального размножения земляники лежит способность изолированных частей растений восстанавливать недостающие органы и регенерировать целые растения.
Цель работы: доказать, что в основе микроклонального размножения земляники лежит способность растений к регенерации
Задачи работы: изучить метод микроклонального размножения растений и его значение по литературным источникам; овладеть технологией приготовления питательных сред для культивирования изолированных органов и тканей; провести микроклональное размножение растений на основе их способности к регенерации; сделать выводы о проделанном исследовании.
3. Объект и методы исследования
Объект исследования: меристематические верхушки растений земляники.
Методы исследования: метод индукции адвентивных почек тканей эксплантата; наблюдение; экспериментальный метод.
Работа выполнялась в лаборатории Брянской Сельскохозяйственной Академии под руководством заведующего лабораторией биотехнологии Сковородникова Дмитрия Николаевича.
4. Обзор литературы по выбранной теме
В ходе работы были изучены публикации отечественных авторов по сельскохозяйственной биотехнологии, биотехнология сельскохозяйствен-ных растений, а так же методическое пособие по биотехнологии.
4.1. Регенерация и микроклональное размножение растений
Регенерация — способность живых организмов восстанавливать повреждённые ткани, целые органы. Значение регенерации заключается в том, что на основе клеточного и внутриклеточного обновления органов обеспечивает восстановление и компенсация функций, нарушенных в результате различных патогенных факторов.
Широкое распространение регенерации в царстве растений обусловлено сохранением у них меристем (тканей, состоящих из делящихся клеток) и недифференцированных тканей. На кончике нормального стебля имеется верхушечная почка (адвентивная), обеспечивающая непрерывное образование новых листьев и рост стебля в длину в течение всей жизни данного растения. Если отрезать эту почку и поддерживать ее во влажном состоянии, то из имеющихся в ней паренхимных клеток или из каллуса, образующегося на поверхности среза, часто развиваются новые корни, почка при этом продолжает расти и дает начало новому растению [4].
В природе существует два способа размножения растений: семенной и вегетативный. К особенностям семенного размножения следует отнести генетическую пестроту получаемого посадочного материала и длительность вегетационного периода. При вегетативном размножении сохраняется генотип материнского растения и сокращается продолжительность вегетационного периода.
Достижения с области культуры клеток и тканей привели к созданию нового метода вегетативного размножения – микроклонального размножения (получение в условиях in vitro (в пробирке), неполовым путём растений, генетически идентичны исходному экземпляру). В основе метода лежит уникальная способность растительной клетки давать начало целому растительному организму и регенерации. Первые исследования начались в конце 50-х годов 20 века, нашей стране работы проводились в лаборатории культуры тканей и морфогенеза Института физиологии растений им. К.А. Тимирязева. Этот метод имеет ряд преимуществ:
- Получение генетически однородного посадочного материала;
- Освобождение растений от вирусов;
- Высокий коэффициент размножения;
- Сокращение продолжительности селекционного процесса;
- Ускорение перехода растений от ювенальной к репродуктивной фазе развития;
- Получение растений, трудноразмножаемых традиционными способами;
- Возможность проведения работ в течение круглого года и экономия площадей, необходимых для выращивания посадочных материалов;
- Возможность автоматизировать процесс выращивания.
Область применения микроразмножения разнообразна и имеет тенденцию к постоянному расширению:
- Размножение взрослых древесных пород (каштан, дуб, клён, осина);
- Сохранение редких и исчезающих лекарственных видов растений;
- Получение вторичных метаболитов, используемых для производства лекарств (алкалоидов, глюкозидов, стероидов), вкусовых добавок (сахаров); гормонов, витаминов, белков;
- Использование культурных клеток в качестве источника новых химических веществ;
- Размножение и промышленное производство плодоовощных и декоративных растений [3].
Таким образом, клеточная биотехнология, основанная на способности клеток и тканей к регенерации, позволяет человеку решать многие актуальные вопросы селекции, связанные с проблемой растущего населения Земли.
4.2. Этапы и методы микроклонального размножения растений
Процесс микроклонального размножения можно разделить на 4 этапа: 1. Выбор растения-донора и получение хорошо растущей стерильной культуры;
2. Собственно микроразмножение, когда достигается максимальное количество микропобегов;
3. Ускорение развития размноженных побегов с последующей адаптацией их к почвенным условиям;
4. Выращивание растений в условиях теплицы и подготовка их к реализации и посадке в поле [3].
Изучив предложенные в литературе методы микроразмножения растений, мы выбрали метод, используемый в биотехнологической лаборатории Брянской Государственной Сельскохозяйственной Академии — индукции адвентивных почек эксплантата.
Он основан на способности изолированных частей растений при благоприятных условиях питательной среды, восстанавливать недостающие органы и регенерировать целые растения из разных частей (изолированного зародыша, листа стебля, семядолей, чешуек сегментов корней и зачатков соцветий) [3].
Мы проводили микроклональное размножение земляники. При этом изолировали меристематические верхушки этих растений и выращивали их на питательной среде Мурасиге-Скуга. Через 3-4 недели культивирования меристема развивалась в проросток, в основании которого формировались адвентивные почки, которые быстро росли и давали начало новым почкам. В течение 6-8 недель образовались конгломераты почек, связанные между собой соединительной тканью и находящиеся на разной стадии развития. Появились листья на коротких черешках, в нижней части которых сформировались новые адвентивные почки. Это почки мы разделили и, затем пересадили на свежую питательную среду. Таким образом, от одного материнского растения можно получать несколько миллионов растений-регенератов в год.
5.1 Приготовление питательной среды для культивирования изолированных органов, тканей и клеток растений
Для обеспечения роста и развития любой растительной ткани или органа растения требуется соблюдение внешних физико-химических условий (освещённости, температуры, влажности, кислорода для дыхания, углекислого газа для фотосинтеза), поступление элементов минерального и органического питания. При культивировании растительных эксплантатов в закрытых пробирках фотосинтез затруднён, поэтому требуются более сложные по составу среды, обеспечивающие все потребности тканей или органов [2].
Культурные среды для растительных эксплантатов содержат следующие группы компонентов:
- Неорганические макроэлементы в виде солей (N, P, K, S, Fe, Ca, Mg) и микроэлементы (Co, Cu, Zn, B, Mo, Mn, J, Ni);
- Углеводы – сахароза, глюкоза – основа гетеротрофного питания растений in vitro, обеспечивает рост эксплантата.
- Аминокислоты, получаемые при гидролизе молочного белка казеина. Они синтезируются in vitro из сахара и минеральных веществ, их добавка оказывает положительное влияние на эксплантаты из меристем.
- Витамины (В1, В6, С, никотиновая кислота, и др.) – являются коферментами, обеспечивающих активность, улучшают адаптацию тканей и их рост.
- Фитогормоны – стимулируют рост и деление клеток растений, направляет развитее эксплантата в нужную сторону: ауксины – получение корней, цитокинины – побеги, гиббереллин – ростстимурирующий гормон.
- Желирующее вещество (агар-агар) регулирует консистенцию среды [2].
Самой популярной и универсальной минеральной основой для питательных сред является минеральная часть среды Мурасиге-Скуга (МС).
- Приготовим минеральную среду МС повышенной концентрации.
- Взяли её 50 мл и развели дистиллированной водой до 500 мл.
- Добавим 5 мл СаСl 2 и перемешаем с помощью магнитной мешалки.
- Доведём рН до 5,7- 5,8 с помощью раствора HCl.
- Добавим 25 мг инозита; 3,6 г агар-агар; 15 г сахарозы; по 5 мкл 6% раствора В1; 5% раствора В6; 25мкл никотиновой кислоты и 100 мкл аскорбиновой кислоты.
- Полученный раствор поместим в микроволновую печь, доведём до кипения и растворения агар-агара.
- Раствор разделим по 1,5 мл в пробирки и после остывания и отвердения автоклавируем.
Источник