A sejtek és a növényi szövetek in vitro növekednek
A magasabb növények számos sejtből állnak, amelyek között szigorú munkamegosztás van. A zöld levélszöveti sejtek például szerves anyagokat hoznak létre szén-dioxid, víz és napfény energia felhasználásával, a gyökérsejtek abszorbeálják az ásványi anyagokat a talajból, és betáplálják őket a növény többi részébe.
Annak ellenére, hogy az egyetlen sejt - az anyatejt megtermékenyített tojása - az összes speciális sejt keletkezett, azok szerkezetében és kémiai összetételében jelentősen különböznek egymástól. Az egyes sejtek összehangolt munkáját az egész szervezet ellenőrzi. Minden egyes szerv, minden szövet és sejt egymáshoz kapcsolódik egyetlen rendszerben, különböző kapcsolatokkal: a tápanyagok áramlása, a hormonok, az elektromos impulzusok átadása.
És hogyan viselkednek a sejtek és a szövetek, ha elkülönítjük őket a növényektől, és átviszük őket egy mesterséges tápközegbe, amely mindent biztosít a létfontosságú tevékenységükhöz? Az ilyen sejtek folytatják-e a szokásos munkát, vagy alakjuk és funkciójuk jelentősen megváltozik-e?
Az ilyen kérdéseket a tudósok a század elején tették fel. Megoldani őket, meg kellett találni egy módot, hogy biztosítsák a növényekből izolált növények és sejtek életét. Az első kísérlet sikertelen volt. Csak 1932-ben két kutató - R. Gotre Franciaországban és F. White az USA-ban - sikerült megmenteni egyes növények izolált szövetének életét. Képesek voltak kiválasztani a tápanyagokat és egyéb olyan körülményeket, amelyekben az izolált szövetdarabok sejtjei sokszorozódhatnak. Kiderült, hogy a növényektől elszigetelt szövetek megszűnnek a szokásos munkájuk elvégzésében, szerkezetük egyszerűsödik, "megfiatalodnak" és elkezdenek szaporodni és nőni. A sejtosztódás eredményeként egy nagyon különleges szövet jelenik meg, amelyet kallusznak neveznek. A kalluszszövet elkülöníthető az eredetileg kivett szövetből a növényből, darabokra osztva és friss tápközegbe kerül. Itt a sejtjei sokszor osztódnak és szaporodnak.
Napjainkban a különböző növények bármely szervéből származó szövetek kifejlesztése jól fejlett. A ginseng és a rauwolfia ritka és értékes gyógynövényeinek gyökeréből elkülönített szöveteket több mint tíz éve termesztették a Moszkvai KA Timiryazev nevü növényi élettani intézetben.
Az izolált szövet- és növénysejteket vizsgáló tudósok speciális steril dobozokban dolgoznak, gondosan sterilizálják kezüket, eszközeiket, tápközegüket. Végül is a növényi sejtek nem tudnak ellenállni a gyorsan növekvő mikroorganizmusoknak a környezet tápanyagaihoz való haladásával és meghalnak. Ha egy elkülönített szövet egy időben (4-6 hét), és óvatosan, anélkül, hogy megfertőzzék őket, átültetett friss táptalajra, akkor lehet termesztett hosszú ideig. 1938-ban R. Gotre elszigetelte a sárgarépa gyökeréből egy szövetdarabot. Általában sárgarépa növényi él 2 év, és a progenitor sejtek izolálhatok a szövetből van tenyészetben tartjuk több mint 30 év, és lehet termesztett végtelenségig ilyen módon (ábra. 1).
Ábra. 1. R. Gotre által izolált sárgarépa-gyökérszövet kultúrája 1938-ban. 30 napos tápközeg-termesztés.
A szöveteket nem csak a félig szilárd tápközeg felületén lehet termeszteni, hanem folyékony is. Speciális eszközöket hoztak létre, amelyekben a tápfolyadékot összekeverik, így a szövetek és a sejtek megkapják a légzéshez szükséges levegő oxigént (2. ábra).
Ábra. 2. Ebben a berendezésben a szövetek és sejtek szuszpenzióit folyékony tápközegben tenyésztjük.
Folyékony közegben a szövetek általában egy önálló szabad élő sejtekből, kis sejtcsoportokból és szövetdarabokból álló zagyot képeznek. (Zagy vagy szuszpenzió -. Folyadékok, amelyek tartalmaznak finoman eloszlatott, rendkívül lassan ülepedő szilárd részecskék) egyes sejteket is fogott egy vékony üveg kapilláris és újra átrakjuk egy félig szilárd táptalajon. Ha egy sejt, hogy megteremtse a szükséges feltételeket etetés, és még jobb - tette közel hozzá egy ruhadarab, amely a kínálat egy cella szükséges annak részlege anyag (ez anyagdarabon hívják ruhával nővér), a sejt gyorsan osztódni kezd és hamarosan cellát képeznek telepet, majd az anyagot. Az ilyen szövet homogénebb.
Ábra. 3. A ginzeng szövetek gyökerei.
Ábra. 4. Dömpingszövetekből származó rügyek kialakulása.
Emlékezzünk arra, hogy a speciális szövet, amely elszigetelt volt az üzemből és kultúrához vezetett. Munkája szigorú ellenőrzés alatt állt, és elvégezte az egész növény számára szükséges munkát. Az ilyen kontrollból felszabaduló sejtek és szövetek nemcsak képesek szaporodni és növekedni, hanem egész növényt termelhetnek (5. ábra). Ezeknek a sejteknek a megfiatalodása eddig elment, hogy először megismételhetik a fejlődés teljes útját, vagyis hasonlóvá válnak ahhoz a sejthez, amelyből a növény fejlődött. Ebben az esetben a sejtek határozottan "emlékeznek" eredetükre, és függetlenül attól, hogy a szövetet mennyi ideig tenyésztik, a dohánysejtek alkotják a dohányvizet, a sárgarépa sejtek egy új sárgarépa növényének embriója.
Ábra. 5. Kukorica dohány növény, egyetlen sejtből.
Tehát az egyéni szabadon élő sejtből egy szöveti kultúrát lehet előállítani egy laboratóriumban és egy növényből egy szövetből. Könnyű elképzelni, hogy milyen csodálatos lehetőségek nyílnak a tudósok számára - saját szemmel szemlélni a sejt sejtbe való átkelésének titkát! Végül is ez a folyamat egy kémcsőben és egy lombikban történik, ahol minden feltétel szigorúan ellenőrzött, és minden szakaszát könnyű megfigyelni.
Az izolált szövetek és növényi sejtek kultúrája nem csak a növényfejlesztés komplex kérdéseinek tanulmányozására, hanem gyakorlati alkalmazásra is alkalmas. Kiderül, hogy az izolált kultúrában levő gyógynövények szövetei és sejtjei továbbra is szintetizálnak az orvossághoz fontos anyagokat. A ginzeng szövetek ugyanazokat az anyagokat tartalmazzák, amelyek növelik a fáradt ember erejét, mint például a híres "élet gyökere". A közeljövőben a gyógyszergyárakban működő gyárakban különleges boltok jelennek meg, ahol a gyógyszerek szintézisét a növények szövetére bízzák.
És milyen széles körű lehetőségek nyílnak a genetikusok és tenyésztők számára, új növényfajtákat nevelnek! Az elkülönített szövetek és sejtek könnyen kezelhetők olyan vegyi anyagokkal vagy sugárzással, amelyek mutációt okoznak - a sejt örökletes készülékében bekövetkező változások. Az ilyen szövetekből és sejtekből új, néha nagyon értékes tulajdonságokkal rendelkező növények jönnek létre.
Újabban a speciális enzimeket alkalmazó kutatók megtanulják, hogy felszabadítsák a növényi sejteket a tartós cellulóz membránról, amely körülveszi őket. A "meztelen" protoplasztok (boríték nélküli sejtek) egyesülhetnek, helyreállíthatják a membránt, elkezdhetik osztani, szövetet alkotni, majd az egész növényt. Tanulmányozzuk az ilyen "átkelés" lehetőségét a nagyon távoli növényfajok sejtjeinél. És máris álmodtál arról, hogy egy növényben egyesítheted a búza, a stabil és szerény vadmadarak, a paradicsom és a burgonya hasznos tulajdonságait.
A szövetek kultúrája segít a tenyésztőknek a távoli növényformák keresztezésében felmerülő nehézségek leküzdésében is. Az egyik keresztezett formából származó növény virágjából elkülönítik a magot, tápközegre helyezve, és itt egy másik formájú növények pollenét megtermékenyítik. Egy kipróbált csonthoz tartozó megtermékenyített ovulációból nőtt a csírát, amelyet át lehet vinni a talajba.
Végül az izolált szövetek kultúráját felhasználhatjuk a fajtafajták "javítására". Sokan közülük vírusos megbetegedésekkel fertőzöttek, amelyek fenyegetik, hogy elpusztítják ezt vagy azt az értékes változatot. Egy ilyen növény csírájából meg lehet különböztetni az egészséges sejtek egy csoportját, és olyan növényt termeszteni, amelyet a vírus nem érint, majd rétegekkel, dugványokkal vagy gumókkal szaporodik.