biotech

BIOTECHNOLOGIA ROŚLIN – KOLOKWIUM NR.3

BIOTECHNOLOGIA – interdyscyplinarna dziedzina nauki i techniki zajmująca się zmianą materii żywej i nieożywionej poprzez wykorzystanie organizmów żywych, ich części, bądź pochodzących od nich produktów, a także modeli procesów biologicznych w celu tworzenia wiedzy, dóbr i usług.

BIAŁA – przemysłowa, wykorzystuje systemy biologiczne w produkcji przemysłowej i ochronie środowiska. Opiera się na biokatalizie i bioprocesach.

CZERWONA – ochrona zdrowia, produkcja nowych biofarmaceutyków, rozwój diagnostyki genetycznej, genoterapia.

ZIELONA – rolnictwo, stosowanie metod inżynierii genetycznej w celu doskonalenia produkcji roślinnej lub zwierzęcej.

FIOLETOWA – ustawodawstwo, prawne i społeczne uwarunkowania biotechnologii

INŻYNIERIA GENETYCZNA – Ingerencja w materiał genetyczny organizmów, w celu zmiany ich właściwości dziedzicznych. Polega na wprowadzeniu do kom. org. Którego chcemy zmienić (biorcy) określonego odcinka DNA innego org. (dawcy) za pomocą wektorów. Zastosowanie – produkcja wielu lekarstw np. insulina, witaminy oraz GMO

WEKTORY – niewielkie cząsteczki DNA (plazmidy, wirusy) służące do wprowadzania żądanej sekwencji DNA do komórki biorcy. Odpowiednie fragmenty DNA dawcy wycina się za pomocą ENZYMÓW RESTRYKCYJNYCH.

TOTIPOTENCJA – zdolność komórek do przekształcania się (różnicowania) w odpowiednich warunkach in vitro w dowolny rodzaj komórek stałych. Zdolność do dzielenia się i odtworzenia całej rośliny z pojedynczej kom. somatycznej. Pojęcie szersze od PLURIPOTENCJI, ponieważ:

- dotyczy wielu typów komórek, nie tylko merystematycznych

- obejmuje fazę odróżnicowania (dedyferencjacji)

- kom. przekształcają się nie tylko w nowe organy (korzenie, pędy) ale również w zarodki somatyczne

PLURIPOTENCJA – zdolność komórek macierzystych wierzchołków pędu i korzenia do różnicowania się w dowolny typ komórek. Zachowują swoje właściwości przez cały okres życia rośliny. Cecha ta jest powszechnie wykorzystywana w pracach in vitro nad mnożeniem i regeneracją roślin z merystemów i części wierzchołkowych pędów.

KOMÓRKI MACIERZYSTE – zlokalizowane w merystemach wierzchołkowych pędów i korzeni. Zachowują swoje właściwości przez cały okres życia rośliny. Są pluripotencjalne, stanowią odnawialne źródło komórek zdolnych do różnicowania w liście, pędy boczne, kwiatostany czy korzenie boczne. Ich podział prowadzi do powstania 2 komórek siostrzanych, z których jedna zachowuje właściwości merystematyczne, a druga różnicuję się.

DYFERENCJACJA – różnicowanie; utrata zdolności podziałów przez kom. merystematyczne i przyjmowanie postaci kom. tk. stałych

DEDYFERENCJACJA – odróżnicowanie; powrót kom. wyspecjalizowanych morfologicznie i fizjologicznie do stanu merystematycznego, zwiększenie zdolności do podziałów, dekondensacja chromatyny, tworzenie kalusa.

REDYFERENCJACJA – powtórne różnicowanie się poprzedzone odróżnicowaniem; po dedyferencjacji powstają kom. o charakterze merystematycznym, które następnie mogą powtórnie się różnicować w kom. stałe.

KALUS – tk. powstająca w miejscu zranienia rośliny z okolicznych kom. miękiszowych (dedyferencjacja). Zbudowany jest z kom. szybko dzielących się i w zależności od warunków może ulec ponownemu zróżnicowaniu (redyferencjacja) w kierunku tworzenia pędów lub korzeniu włącznie z odtworzeniem całej rośliny.

EKSPLANTAT – każda część rośliny wykorzystywana jako mat. wyjściowy do założenia kultury in vitro. Mogą to być organy lub ich fragmenty, tkanki, pojedyncze kom. bądź protoplasty, które umieszcza się na pożywkach sztucznych. Dzielimy na PIERWOTNE (od niego kultura została zainicjowana) i WTÓRNE (pochodzą z kultury in vitro).

EMBRIOGENEZA – formowanie dwubiegunowych zarodków somatycznych (embroidy) z kom. somatycznych; forma rozmnażania wegetatywnego. W określonych warunkach każda żywa kom. może stać się embriogeniczną. Efektem końcowym embriogenezy jest kompletna roślina z wykształconym liścieniem, epikotylem i korzonkiem. Dzieli się na BEZPOŚREDNIĄ (bez stadium kalusa, na młodych tkankach rośliny) i POŚREDNIĄ. Embriogenezę wzbudza się na pożywkach stałych, po czym przenosi się do podłoży płynnych, żeby zwiększyć współczynnik rozmnażania.

AUKSYNY indukują proces odróżnicowania w eksplantatach pierwotnych, wzbudzają potencjał embriogeniczny. Następnie trzeba je usunąć z pożywki, żeby powstały kolejne stadia rozwojowe zarodków. Przekształcenie embroidów w rośliny – KONWERSJA – koniecznie na słoneczku. Zastosowanie w nasiennictwie i szkółkarstwie, ze względu na wysoki współczynnik rozmnażania. Lecz jest to metoda kosztowna.

EMBROIDY – zarodki somatyczne; proste struktury podobne do zarodków zygotycznych wytworzonych w procesie zapłodnienia. Są dwubiegunowe – mają wyodrębnioną część pędową i korzeniową. Sztuczne nasiona! Rozwój zarodków w roślinę, czyli konwersja wymaga przeniesienia ich na światło.

KULTURA IN VITRO – wiele procesów związanych z utrzymaniem i rozwojem sterylnych eksplantatów roślinnych w warunkach laboratoryjnych. Cele: rozmnażanie tkanek, zachowanie gatunków zagrożonych wyginięciem, banki genów, kultury in vitro źródłem substancji biologicznie czynnych, tworzenie GMO, mieszańców somatycznych, haploidów.

INDUKCJA KALUSA

  1. Formowanie kalusa indukowane zranieniem eksplantatu; wyłożenie eksplantatów odciętych od rośliny-dawcy na pożywki z fitohormonami (auksyny, cytokininy). Rośliny 2liścienne tworzą kalus łatwiej, eksplantaty zawierające tkankę merystematyczną, w ciemności też szybciej.

  2. Różnicowanie kalusa pod wpływem sub. wzrostowych; obok kom. parenchymatycznych pojawiają się kom. merystematyczne które na skutek intensywnych podziałów i różnicowania formują nowe tk. stałe.

dedyferencjacja – proces powstawania kalusa, odróżnicowywanie się kom. eksplantatu

pasażowanie – przenoszenie kalusa na świeże podłoże

dyferencjacja – różnicowanie się tkanek kalusa, na kalusie powstają pąki, pędy.

Tkanka kalusowa może służyć do otrzymania ZAWIESINY KOMÓRKOWEJ – kultury pojedynczych kom. lub agregatów kom. w pożywkach płynnych. Powstają one najczęściej w wyniku wytrząsania i stopniowej dyspersji kalusa. Zawiesiny mogą być inicjowane bezpośrednio z innych tkanek np. fragmentów liści czy z zarodków somatycznych. Kultury zawiesinowe charakteryzują się szybszym tempem PROLIFERACJI (mnożenie się komórek) i większym współczynnikiem rozmnażania niż na pożywkach stałych. Są częściej pasażowane. Ten typ kultur stosuje się głównie do uzyskiwania metabolitów wtórnych, a także do rozmnażania na skalę produkcyjną np. truskawek, ziemniaków i roślin ozdobnych.

ORGANOGENEZA – występuje w wyniku kilku złożonych procesów – odbiór bodźca hormonalnego, odróżnicowanie komórek i nabycie przez nie kompetencji do organogenezy, wznowienie podziałów kom., formowanie merystemów i różnicowanie organów. Tworzenie się organów od nowa w tkankach, które w chwili zakładania hodowli nie zawierały zawiązków tych organów.

Rodzaj powstającego organu zależy od stosunku stężenia A do C.

A>C korzeń A<C pędy A=C kalus

KAULOGENEZA z epidermy RYZOGENEZA z kory pierwotnej.

KULTURA PĄKÓW BOCZNYCH

Eksplantatami pierwotnymi są pędy z pąkami bocznymi (zawierają merystemy), merystemy boczne i zawiązki liści. Wydajność procesu jest ograniczona ze względu na niewielką liczbę merystemów w roślinie. Zaletą jest duża stabilność genetyczna uzyskiwanych roślin – wynik aktywności endogennej auksyny wytwarzanej w wierzchołkach wzrostu. Umieszczane na pożywce z cytokininami. Bardzo istotnym aspektem wykorzystania tej metody jest poprawienie zdrowotności roślin, otrzymujemy materiał wolny od patogenów i wirusów. Łączy się z termoterapią i chemioterapią. Zastosowanie u roślin ozdobnych, drzew owocowych, jagodowych, tropikalnych.

KULTURA PĄKÓW PRZYBYSZOWYCH

Pąki tworzą się bezpośrednio z komórek eksplantatu lub pośrednio z kom. kalusa. Tworzą się na różnych organach: korzeniach, łodygach, liściach, pędach. Ten rodzaj organogenezy ma zastosowanie przy rozmnażaniu gatunków u których trudno pobudzić rozwój pąków bocznych. Na powstawanie i rozwój pąków przybyszowych mają wpływ A i C (ich stosunek względem siebie), światło, temp, gatunek rośliny. Zastosowanie do roślin ozdobnych, cebulowych, zboża.

FORMOWANIE KORZENI – ukorzenianie

Powszechnie stosowane pobudzanie do rozwoju pąków bocznych i przybyszowych polega na rozmnażaniu pąków i pędów, czyli struktur JEDNOBIEGUNOWYCH. Odtworzenie korzeni przybyszowych zachodzi w kolejnym etapie. Kluczową rolę odgrywają tu AUKSYNY, etylen i fenole.

KULTURA ORGANÓW

Eksplantatami pierwotnymi mogą być wszystkie żywe części roślin – fragmenty korzeni, organów podziemnych – cebule, kłącze, rozłogi, pędów, liści, nasion, siewek. Izolacja z roślin młodych, nie będących w stanie spoczynku. Bezpośrednio lub pośrednio na kalusie. Rośliny powstałe bez udziału kalusa charakteryzują się znaczną stabilnością genetyczną. Kultury korzeni włośnikowatych i przybyszowych są często wykorzystywane do produkcji metabolitów wtórnych np. żeńszenia, lawendy, dziurawca. Większy współczynnik rozmnażania niż na pożywkach zestalonych.

ANERGIZACJA – dziedziczna zmiana wymagań pokarmowych najczęściej w odniesieniu do fitohormonów; uniezależnienie od jakiegoś składnika pożywki, który początkowo był niezbędny do wzrostu rośliny, przejaw zmienności w kulturach in vitro!

SZTUCZNE NASIONA – specjalnie spreparowane zarodki somatyczne (embroidy) zdolne do regeneracji na skalę komercyjną. Umieszczone w osłonce ochronno-odżywczej. Otoczkowane substancją zwiększającą mech. wytrzymałość eksplantatów.

KONWERSJA – przekształcenie zarodka somatycznego lub sztucznego nasienia w roślinę. Konieczne światło! Nie kiełkowanie ponieważ nasiona, embroidy nie przechodzą spoczynku, faza powstawania zarodka i jego przekształcania w siewkę nie da się wyraźnie rozgraniczyć.

- wysokie koszty produkcji, zróżnicowanie genetyczne roślin ze sztucznych nasion

POŻYWKI – zawierają skł. Potrzebne do życia i prawidłowego rozwoju roślin: sole nieorganiczne, makro i mikro elementy, węglowodany, witaminy, fitohormony, regulatory wzrostu. Dobór pożywek i fizycznych parametrów kultury decyduje o kierunku i tempie rozwoju eksplantatów. Opracowano podstawowe zestawy zw. Nieorganicznych dostosowane do wymagań określonych grup roślin np. podłoże Knoppa, White’a, Murashige Skooga MS uniwersalna dużo N

Odpowiednie pH – ok. 5,5-6,0, stan skupienia, wielkość i kształt naczyń (intensywność wymiany gaz.)

FITOHORMONY

AUKSYNY endo: kwas indolilooctowy egzo: kwas naftalenooctowy, kwas dichlorofenoksyoctowy

Syntetyzowane w wierzchołku pędu, ale organogeneza korzeniowa!

- regulują zarówno wzrost jak i podziały kom.

- pobudzają wydłużanie kom., tworzenie tk. przewodzących, korzeni, wzrost owoców

- przerywają spoczynek pędów

- kontrolują starzenie się liści

CYTOKININA Endo: zeatyna egzo: kinetyna

Syntetyzowane w korzeniach, ale organogeneza pędowa.

- pobudzają podz. kom

- kiełkowanie nasion w ciemności

- przeciwdziałają starzeniu się rośliny

- hamują wydłużanie się pędu

GIBERELINY kwas giberelinowy i jego pochodne

- przygotowuje nasiona do kiełkowania (wychodzenie ze stanu spoczynku)

- wzrost wydłużeniowy pędu

- pobudzają kwitnienie

- kontrolują wzrost korzeni bocznych

- partenokarpia

KWAS ABSCYSYNOWY syntetyzowany głównie w liściach i owocach

- przechodzenie roślin w stan spoczynku

- inhibitor kiełkowania

- tworzy warstwę odcinającą podczas odpadania liści, owoców, kwiatów

- hamuje wzrost objętościowy kom, fotosyntezę, transport jonów przez błonę

- zamyka aparaty szparkowe

- przyśpiesza starzenie organów i tkanek

ETYLEN wydzielany przez wszystkie części rośliny

- stymuluje dojrzewanie owoców, starzenie się roślin

- wzrost i rozwój korzeni

ELICYTORY – zw. chemiczne, które indukują biochemiczne reakcje obronne roślin. Wydzielane przez ściany kom. zaatakowanej rośliny. Efektem pojawienia się elicytorów w roślinie są reakcje morfologiczne i fizjologiczne, które umożliwiają jej przetrwanie. Dzielimy na:

FITOALEKSYNY – org. zw. chem. wytwarzane w odpowiedzi na atak patogenów, czynniki stresowe, zranienie itd. Niektóre z nich stosowane są w rolnictwie jako insektycydy.

MIKROROZMNAŻANIE ROŚLIN

+ wysoki współczynnik rozmnażania, wyrównanie fenotypowe i genotypowe, produkcja drogich nasion, rośliny ozdobne, produkcja mutantów i mieszańców.

Wegetatywne rozmnażanie roślin w warunkach laboratoryjnych na sztucznych pożywkach w tzw. Kulturach in vitro.

ETAPY MIKROROZMNAŻANIA:

  1. Założenie kultury – eksplantat pierwotny młody, część zawierająca tkanki merystematyczne, okres wiosenny najlepiej, poddany sterylizacji, potem 3 razy płukanie i przenieść na pożywki

  2. Masowe namnażanie – powielanie mat. roślinnego, dzielenie go i przenoszenie na świeże pożywki – pasażowanie, długość jednego pasażu 3-8 tyg.

  3. Adaptacja uzyskanych roślin do normalnych warunków – przeniesienie do normalnych warunków, ukorzenianie pędów, przed przeniesieniem mat. roślinny hartuje się przez zmniejszenie poziomu cukru i spadek temp a wzrost nasłonecznienia. Wtedy pędy zmuszone są do wytworzenia korzeni, tk. ochronnych oraz uruchomienia procesów transpiracji i fotosyntezy.

RODZAJE: kultury pąków bocznych, pąków przybyszowych i embriogeneza somatyczna.

HODOWLE IN VITRO PROTOPLASTÓW

IZOLACJA PROTOPLASTÓW – enzymatyczne usunięcie ściany komórkowej i pozostawienie całej żywej zawartości komórki otoczonej plazmalemmą. Protoplasty używane do fuzji izoluje się z mezofilu liści, liścieni, pędów, korzeni, mikrospor. Używa się eksplantatów wtórnych! (bo sterylizacja niszczy).

Skład roztworów do izolacji protoplastów:

Enzymy (celulazy, hemicelulazy, pektynazy) + OSMOTIKUM + sole mineralne

Osmotikum to sub. zapewniająca właściwe ciśnienie osmotyczne i tym samym odpowiedni stopień plazmolizy protoplastów. Związkami najczęściej używanymi są mannitol, sorbitol, glukoza lub sacharoza. 600-800 mOsm.

Dobór odpowiednich enzymów do izolacji jest uwarunkowany chemicznym składem ściany kom, zależnym od gatunku rośliny i typu tkanki.

WIROWANIE w roztworze, żywe protoplasty flotują na powierzchni, a fragmenty kom. i martwe protoplasty sedymentują. Głównym składnikiem roztworu do flotacji jest sacharoza 0,3M. Odpowiednie ciśnienie osmotyczne, właściwa gęstość roztworu.

WYDAJNOŚĆ IZOLACJI – miara jakości przeprowadzonej izolacji, liczba żywotnych protoplastów wyizolowanych z jednostki masy tkanki.

Wyizolowane i oczyszczone protoplasty są zawieszane w pożywce do kultury, która zawiera sole min, skł. org. i regulatory wzrostu. Końcowy efekt kultury jest wypadkową działania wielu czynników i zależy od właściwego przebiegu następujących etapów: odtwarzania ściany kom, indukcji pierwszych podziałów oraz podtrzymania aktywności mitotycznej, tworzenia kolonii kom i minikalusów i ostatecznie indukcji morfogenezy lub embriogenezy or regeneracji, cooo? pierdoleoleoleoleole


Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
Biotechnologia w 6
etapy i perspektywy biotechnologii
Wyklad 5 biotech2
biotechnologia
Biotechniki rozrodu 3
Biotechnologia zamkniete użycie (2012 13)
BIOTECHNOLOGIA5
Biotechnologia w 7
Bakterie w biotech
Biotechnologia
12 Biotechnologia w kryminalistyce
Biotechnologia aktualne porblemy prawne w Polsce (2013)
Biotechnologiamatematyka
Biotechnologia inż plan studów
Biotechnologiazad1
Instrukcja cw 3 Metody biotechnologii
LABORKA2, Biotechnologia, Fizyka, Labolatorium

więcej podobnych podstron