Ассоциативные взаимодействия клеток женьшеня Panax Ginseng и цианобактерии Chlorogloea Fritschii

Стремительный рост народонаселения во второй половине 20 века, с одной сторон^, и быстрое истощение пищевых ресурсов, с другой стороны, требуют всестороннего развития и применения биотехнологии в промышленности и сельском хозяйстве.

На основе культивируемых клеток растений возможно создание: I) практически важных технологий по получению клеточных биомасс и биологически активных веществ, продуцируемых только растениями, 2) биотехнологий в сельском хозяйстве, основанных на использовании морфогенетических потенций культур клеток и тканей для клонального микроразмноженйя культурных растений и оздоровления посадочного материала, а также улучшения растений при использовании в генетико-селекционной работе клеток и изолированных протопластов.

Культивируемые клетки in vitro сохраняют способность к специфическим биосинтезам, свойственным целому растению. Это создает перспективы промышленного получения на их основе важных в промышленном отношении веществ (Слепян и др., 1968). Сохранение природных ресурсов редких, экзотических и фармакологически важных видов растений, таких, как, например, женьшень, радиола розовая, диоскорея и т. д. (Грушвицкий, 1978), становится возможным благодаря сохранению их тканей в условиях глубокого замораживания с реализацией затем их способности к морфогенезу (Бутенко, Попов, 1982).

Одним из путей изменения и улучшения свойств популяций растительных клеток in vitro или целых растений может состоять в создании различного рода ассоциаций культивируемых клеток с микроорганизмами, обладающими полезными свойствами.

С B-urgoon, Bottino, 1976', Gamborg, Bottino, 1981;

Gusev et al., 1984).

Введение

в культуры гетеротрофных клеток растений фото-трофного компонента предполагает использование растительными клетками продуктов фотосинтеза другого симбионта. Кроме того, микроорганизмы могут синтезировать вещества-предшественники биологически активных соединений, продуцируемых растительными клетками. Использование растительными клетками метаболитов микроорганизмов в смешанной ассоциативной культуре может являться фактором повышения их продуктивности при промышленном выращивании.

Изучение природных сообществ растений с микроорганизмами показывает перспективность использования в качестве партнера в модельных ассоциациях азотфиксирующих бактерий и сине-зеленых водорослей, которые в последнее время в силу ряда их особенностей стали называть цианобактериями (stanier et al., 1971) .

Широкие приспособительные возможности, способность переключаться с фототрофного на гетеротрофный путь метаболизма, осуществлять фиксацию молекулярного азота и углекислоты в сочетании с выделением в окружающую среду большого количества органических веществ различных химических классов делает циано-бактерии интересным объектом как для фундаментальных исследований, так и практического использования. Цианобактерии играют заметную положительную роль в экосистемах, в частности как фототрофные азотфиксаторы, обогащающие почвы и водоемы органическим веществом и азотом. Однако периодические вспышки их маесового развития в пресноводных водоемах, так называемое «цветение воды», приносит огромный экономический ущерб.

Исследование поведения цианобактерии в искусственных ассоциациях имеет и самостоятельное значение для моделирования природных симбиозов, в которых цианобактерии выполняют роль фотосинтезирующего или азотфиксирующего компонента (Stewart et al., 1983). Симбиоз папоротника Azolla и цианобактерии Anabaena azolla позволяет использовать эти. организмы как источник азота при возделывании риса (Peters, Mayпе, 1974 — Peters, 1977 — Нгуен Хыу Тхок, 1984).

Цель и задачи исследования

Целью настоящей работы явилось создание и изучение ассоциации межклеточного типа между культурой клеток женьшеня-продуцента биологически активных веществ и факультативно фототрофной цианобэктерией Chlorogloea fritschii В задачи наших исследований входило: I) подбор условий экспериментального получения ассоциированного роста суспензионной культуры женьшеня и цианобактерии- 2) изучение их взаимного влияния на рост и метаболические функции в ассоциации- 3) исследование ультраструктурной организации и характера клеточных взаимодействий партнеров в ассоциированной культуре.

Научная новизна. Получена новая искусственная ассоциация клеток женьшеня и факультативно фототрофной циэнобактерии С. fritschii, культивируемая в темноте и на свету. На основании анализа метаболических и клеточных взаимодействий партнеров установлен симбиотический характер ассоциации. Обнаружена биосинтетическая активность ассоциированных с цианобактерией клеток женьшеня, сравнимая с таковой в чистой культуре. Установлено потребление клетками женьшеня продуктов фотосинтеза цианобактерий и их рост за счет экзометаболитов цианобактерии.

Практическая значимость работы" Подобранные условия культивирования ассоциации на свету при дефиците экзогенного источника углерода при сохранении биосинтетической активности клеток женьшеня в ассоциации могут быть использованы для разработки более рентабельных технологий получения клеточной биомассы женьшеня.

Разработанные принципы получения ассоциации позволяют прогнозировать совместимость партнеров при создании ассоциаций межклеточного типа и определять подбор партнеров при получении ассоциаций внутриклеточного типа на основе изолированных протопластов. Полученная система может быть использована в качестве модели для изучения природных ассоциаций высших растений с цианобактериями на клеточном уровне.

Апробация работы. Материалы диссертации были доложены на I школе по проблемам геронтологии (Сочи, 1981), заседании кафедры физиологии растений Биологического факультета МГУ, на конференциях (XIII и Х1У) молодых ученых Биологического ф-та (1982, 1983 г. г.), I Всесоюзном совещании молодых ученых по физиологии растительной кл^и (Москва, 1983), а так же 1У Всесоюзной конференции «культура клеток растений и биотехнологии» (Кишинев, 1983).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 8 печатных работ, 2 находятся в печати.

Структура и объем работы. Диссертация (^стр., табл.,.

14- рис,) состоит из введения, обзора литературы, методов исследования, результатов и обсуждения, выводов, списка цитированной литературы и приложения.

Список литературы

содержит spo наименований} из них 106 зарубежных авторов.