Введение. 
Биотехнология растений

Биотехнология — это научная дисциплина, находящаяся на грани биологии и техники. Она также является сферой практики, направленной на изменение окружающей человека природной среды в соответствии с его потребностями. Часто биотехнологию представляют как комплекс методов и приемов для получения полезных для человека продуктов с помощью биологических агентов (живых организмов, тканей и клеток).

Современная биотехнология получила свое развитие в последней трети XX века, когда были достигнуты значительные успехи в биохимии, молекулярной генетике и молекулярной биологии. Все это создало реальные предпосылки управления жизнедеятельностью клеток и, как следствие, послужило мощным стимулом практического использования фундаментальных исследований в практических целях. Таким образом, можно утверждать, что биотехнология является наиболее ярким примером того, как результаты, казалось бы «чистой науки», находят применение в практической деятельности человека.

Одним из важных разделов биотехнологии является биотехнология растений, основанная на использовании культивируемых в пробирке (in vitro) органов, тканей, клеток и изолированных протопластов растений для производства различных продуктов.

В биотехнологии растений можно выделить несколько основных направлений.

Первое связано со способностью культивируемых клеток синтезировать широкий спектр веществ вторичного метаболизма. К ним относятся алкалоиды, стероиды, терпены, фенольные соединения, гликозиды и некоторые другие вещества, которые находят применение в медицине, парфюмерной и пищевой промышленности. Производство вторичных метаболитов в культуре in vitro позволяет получать экологически чистые продукты в строго контролируемых условиях, экономить природное сырье (растения), осуществлять круглогодичное и крупномасштабное производство.

Второе направление — это использование органов, тканей и клеток растений для размножения и оздоровления ценного посадочного материала. Оно получило название клонального микроразмножения и связано со способностью изолированных клеток переходить к дифференциации, давать начало стеблевым побегам или соматическим зародышам и формировать целое растение. Высокий коэффициент размножения, освобождение от грибковой, бактериальной и вирусной инфекции обусловили важное народнохозяйственное значение этой технологии. В настоящее время производство элитного посадочного материала картофеля, овощей, плодовых и цветочных культур не обходится без этапа клонального микроразмножения и оздоровления in vitro.

Третьим направлением является использование клеточных технологий в селекционной работе. Так, опыление и оплодотворение в условиях in vitro помогают в ряде случаев избежать несовместимости партнеров, выбранных для гибридизации. Культура семяпочек и зародышей спасает гибридные растения в тех случаях, когда зародыш не получает достаточного питания или не снабжается гормональными факторами, находясь на материнском растении. Инициация культуры тканей и растений-регенерантов от проростков, гибнущих на ранних стадиях развития, дает возможность сохранить ценные комбинации генов гибридов. Сомаклональная изменчивость и индуцированный мутагенез в культуре тканей растений в сочетании с клеточной селекцией и регенерацией растений из измененных клеток позволяют повысить генетическое разнообразие исходного материала для создания новых сортов. Получение гаплоидных и дигаплоидных растений при культивировании молодых клеток пыльцы или семяпочек облегчает отбор рецессивных мутаций, значительно ускоряет выведение чистых линий на основе ценных гибридов. Соматическая гибридизация, основанная на слиянии изолированных протопластов, дает уникальные сочетания не только ядерных геномов родителей, но и геномов митохондрий и хлоропластов. При гибридизации протопластов диких видов растений с протопластами родственных культурных растений удается передать последним признаки устойчивости к болезням и неблагоприятным факторам окружающей среды.

Четвертым направлением биотехнологии является криосохранение растительного материала: семян, меристем, культивируемых клеток. Глубокое их замораживание при температуре минус 196 °C, когда все процессы жизнедеятельности останавливаются, позволяет поддерживать в неизменном виде ценные штаммы культивируемых тканей-продуцентов экономически важных веществ, элитные сорта и уникальные гибриды, сохранять семена редких и исчезающих видов растений.

Современное развитие биотехнологии немыслимо без генетической инженерии, использующей различные свойства клеток, например способность к синтезу разнообразных веществ, и заставляющих биологические молекулы, такие как ДНК и белки, работать на достижение целей, поставленных человеком. Перенос генов, контролирующих полезные признаки, в перспективе должен обеспечить направленное изменение растений. Помимо прикладного значения генетическая инженерия играет очень большую роль в изучении функции отдельных генов и их значения в регуляции биологических процессов.

Все это подчеркивает важное значение биотехнологии растений не только как фундаментальной науки, но и важной составляющей многих прикладных работ, столь необходимых для сохранения биоразнообразия растительного царства на нашей планете, а также для поддержания жизни всего человечества.

В результате изучения данного курса студенты будут:

знать

• • историю развития биологии культивируемых клеток растений;
• • получение культур клеток и их свойства;
• • основы генетической инженерии растений;
• • вторичные соединения растений и их образование в условиях in vitro;
• • криосохранение и его применение к клеточным культурам растений;

уметь

• • правильно подбирать ферменты для конструирования векторных плазмид;
• • оценивать степень риска при использовании трансгенных организмов;
• • применять технологии выращивания культур клеток;
• • использовать методы криосохранения живых организмов;

владеть

• • навыками проведения биотехнологических работ;
• • способами культивирования клеток растений in vitro;
• • методами получения каллусных и суспензионных культур;
• • механическим методом для получения изолированных протопластов,