Мир науки

Рефераты и конспекты лекций по географии, физике, химии, истории, биологии. Универсальная подготовка к ЕГЭ, ГИА, ЗНО и ДПА!

Загрузка...

Изолированный протопласт - это растительная клетка, лишенная клеточной стенки ферментативным или механическим способом.

 

 

Культура изолированных протопластов это один из самых современных методов, который используется в генетике, физиологии, вирусологии и молекулярной биологии для получения соматических гибридов между удаленными в систематическом отношении видами или при половой несовместимости, для получения новых форм растений путем введения в клетку чужеродного генома или его части .

 

Отсутствие оболочки облегчает поступление в клетку различных физиологически активных веществ и позволяет наблюдать за первичной реакцией клетки на воздействие этих веществ, исследовать метаболизм в контролируемых условиях. Так как в изолированных протопластов сразу начинается регенерация клеточной оболочки, то они очень удобным объектом для изучения формирования целлюлозных микрофибрилл.

 

Протопласты высших растений можно получать механическим и / или ферментативным методом.

 

Впервые протопласты были выделены Клеркером в 1892 году при изучении плазмолиза из тканей листа водного растения телорез (Stratiotes aloides). Он сначала плазмолизував растительные ткани, а затем удалял клеточную стенку. Таким методом можно выделить протопласты с эпидермиса лука (в 0,1 М растворе сахарозы). Если после плазмолиза разрезать лезвием полоску эпидермиса, то протопласты будут выходить в среду, содержащего осмотическое стабилизатор. Такой метод выделения протопластов называются механическим или физическим.

 

Несмотря на модификации и усовершенствования механический метод и сегодня имеет определенные ограничения:

 

1) этим методом можно выделить только небольшое количество протопластов;

 

2) используются только те ткани, в которых происходит интенсивное плазмолиз, т.е. те которые имеют вакуолизирован клетки паренхимных типа;

 

3) метод длительный и трудоемкий, а потому сейчас используется очень редко.

 

Сегодня широко применяется ферментативный или химический метод выделения изолированных протопластов. В этом случае для разрушения клеточной стенки используются смеси ферментов. К первым работам по ферментативному выделению протопластов можно отнести опыты, в которых протопласты клеток гриба были изолированы в результате обработки клеточных стенок желудочным соком улитки Helix pomatia (1919).

 

Впервые протопласты из клеток высших растений энзиматическим методом выделил Кокинг в 1960 году. Он выделил протопласты из корешков проростков томатов, обрабатывая их гидролитическим ферментом (целлюлазой) с культуральной жидкости плесневых грибов Myrothecium verrucaria.

 

Ферментативный способ имеет большие преимущества, потому что он дает возможность получать значительные количества неповрежденных протопластов из любого органа или ткани, и сравнительно быстрый.

 

На сегодня протопласты получают из однодольных и двудольных растений, используя листья, побеги, колеоптиль, клубни, плоды, пыльца, каллусных культур. Для выделения протопластов, как правило, используют молодые растения. Предпочтение отдается растениям, которые выросли в стерильных условиях in vitro. В исследованиях ряда авторов (Хромова и др., 1984; Chaoxi et al., 1987; MC Tan et al., 1987) показано, что на жизнеспособность изолированных протопластов, и их способность к регенерации клеточной стенки, к разделов, образования микроколоний влияет физиологический состояние исходного материала, который определяется условиями культивирования. Кроме того, от физиологического состояния исходного материала зависела способность ткани к мацерации. Наилучшие результаты были получены при выращивании растений на среде с пониженным содержанием сахарозы (0,5%) и затмении растений перед выделением протопластов. Или при выращивании исходных растений при низкой интенсивности света (1500 - 2000 Лк) и коротком фотопериода (6 г). Исследователи объясняют увеличение количества жизнеспособных протопластов тем, что при слабом освещении или в среде с низким содержанием сахарозы резко снижается интенсивность фотосинтеза, в результате чего уменьшается содержание свободных сахаров и клетки синтезируют тонкую клеточную стенку, которая содержит меньше пектина. Относительно значения или влияния выращивания исходного материала при низких плюсовых температурах на выход изолированных протопластов, то данные противоположны: MC Tan (1987) отмечает увеличение количества изолированных протопластов при таких условиях, тогда как Хромова с сотр. (1984) отмечают, что снижение температуры в период культивирования исходных растений не приводило к повышению эффективности процесса получения жизнеспособных протопластов, активно делятся.

 

При выделении протопластов из культуры тканей (Калюс или клеточная суспензия) необходимо учитывать:

 

1) возраст исходной ткани в цикле выращивания: лучше использовать ткань, которая находится на стадии раннего экспоненциального роста, когда в популяции значительное количество клеток, которые способны начать разделение;

 

2) особенности роста ткани - для выделения протопластов лучше использовать рыхлую, недифференцированную ткань, которая образует небольшие агрегаты клеток при культивировании в жидкой среде.

 

Важное значение для успешного выделения жизнеспособных, нативных протопластов имеет подбор осмотического стабилизатора. С наличием клеточной стенки у растительной клетки связана регуляция ее водообмена. Как известно, сосущие силу формируют не только осмотические свойства клетки, но и тургорного давление. С увеличением количества воды в клетке возрастает тургорного давление и, соответственно, уменьшается ее сосущая сила. Процесс поступления воды в клетку прекращается полностью, когда тургорного давление становится равным осмотическому давлению. Таким образом, структурная организация клетки, которая включает протопласт и клеточную стенку, формирует саморегуляторные механизмы водообмена.

 

Поэтому для изолированных протопластов, лишенных клеточной стенки особое, очень важное значение имеют осмотические свойства среды выделения и культивирования. Как осмотические стабилизаторы используют сахара - глюкозу, сахарозу, маннит, сорбит, ксилозу и иногда ионные осмотикы - растворы солей Са02, KCl, Na2HPÜ4. Маннит используют чаще, чем сорбит так как он имеет слабую проникающую способность в клетки, проникновение в клетки сорбита сопровождается и проникновением ферментов. Используют смесь маннита и сорбита. Использование в ферментных системах растворов глюкозы и сахарозы создает условия близки к условиям культивирования, хотя эти сахара активно проникают через мембрану. В тех случаях, когда использование сахаров не дает хороших результатов, как осмотические стабилизаторы используют растворы солей. Хотя известно, что соли имеют большую проникающую способность, чем сахара, и снижают активность некоторых гидролитических ферментов. Растворы макро-и микросолей часто берут за основу которой добавляют другие физиологически активные вещества. Это смягчает процесс выделения протопластов. Особенно когда он длительный, и приближает его к условиям культивирования ткани в суспензии. Неправильный выбор осмотического агента может привести к разрыву плазмалемме или вызвать спонтанное слияния протопластов и образование многоядерных клеток. Оптимальным для выделения протопластов является 0,3 - 0,8 М растворы.

 

Для ферментативного разрушения клеточной стенки используют препараты трех типов - целлюлазы, гемицеллюлазы и пектиназу, получаемых из культур разных грибов (Myrothecium verrucaria, Trichoderma viride, Aspergillus и др.), а также пищеварительного сока улитки Helix pomatia. Чаще всего используют целюлазни препараты "Onozuka", "Driselase" и препараты пектиназу - "Macerozyme", "Pectinase" или "Pectinol". Действие этих ферментов направлена на разрушение основных компонентов клеточной стенки. У растений это целлюлоза, гемицеллюлоза и пектиновые вещества. Целлюлозные молекулы, которые собраны в микрофибрилл, формируют рыхлый, но крепкий структурный остов. Он погружен в аморфный матрикс, состоящий из гемицеллюлозы, пектиновых веществ и белков.

 

В первичной клеточной стенке на долю целлюлозы приходится до 30% от сухой массы и столько же на пектиновые вещества, 40% составляют гемицеллюлозы. Эти соотношения могут варьировать в клетках разных типов ткани зависимости от функциональных особенностей, возраста, наличия вторичных утолщений. Поэтому комбинации ферментных препаратов и их соотношение специфичны для каждого типа клеток. Так для получения протопластов из ткани плодов, которые обычно имеют высокое содержание пектина, особенно подходит пектиназу. Тогда как, при выделении протопластов с мезофилы листа следует использовать смесь пектиназу и целлюлазы - фермента, разрушающего целлюлозные компоненты клеточной стенки.

 

Оптимальные условия для выделения протопластов очень индивидуальны для разных тканей, а потому в каждом случае необходимо подбирать состав смеси ферментов, их концентрации и соотношения, а также продолжительность обработки. Выделенные протопласты должны контактировать с ферментом минимальное время, а затем их нужно тщательно отмыть.

 

Время выделения протопластов зависит от концентрации фермента. При больших концентрациях продолжительность инкубации составляет 1 - 4 ч, при невысоких -12 - 20 ч, оптимальные условия рН 5 - 6, температура 23 - 26 ° С. Иногда необходимо слабое покачивание течение инкубации с ферментом.



Загрузка...
Загрузка...
Реферати і шпаргалки на українській мові.
Биология      Физика      Химия      Экономика     География
Микробиология      Теоретическая механика     География Белоруссии    География Украины    География Молдавии
Растительность мира      Электротехника    География Грузии    География Армении    География Азербайджана
География Казахстана    География Узбекистана    География Киргизии    География Туркменистана    Природоведение
География Таджикистана    География Эстонии