Өсімдіктердің биотехнологиясы. Өсімдік жасушаларын мәдени өсіру

Пән: Биология
Жұмыс түрі: Реферат
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 13 бет
Таңдаулыға:

Оңтүстік Қазақстан Мемлекеттік Фармацевтика Академиясы
Фармакогнозия және химия кафедрасы

Реферат
Тақырыбы: Өсімдіктердің биотехнологиясы. Өсімдік жасушаларын мәдени өсіру. Дәрілік өсімдік шиізатын дайындау шаралары.

Орындаған:
Тобы: 504 А ФК
Қабылдаған:.

Шымкент 2017 ж.

Жоспар
1.Кіріспе
2.Негізгі бөлім
А) Өсімдіктердің биотехнологиясы.
Б) Өсімдік жасушаларын мәдени өсіру.
В) Дәрілік өсімдік шиізатын дайындау шаралары.
3. Қорытынды
4. Пайдаланған әдебиеттер

Кіріспе
Өсімдіктер биотехнологиясы - ғылым мен өндірістің өсімдік органдары мен оларда жүретін биологиялық процестердің негізінде түбегейлі жаңа технологиялар құрып, адамға қажетті өнімдерді алуға мүмкіндік беретін жаңа саласы.
Өсімдіктер биотехнологиясы саласындағы алғашқы зерттеулерді 19 ғасырдың аяғында неміс ғалымдары К.Рехингер мен Х.Фехтинг жүргізді. Қазақстанда Өсімдіктер биотехнологиясы жөніндегі зерттеулер 20 ғасырдың аяғында Бас ботаникалық бақта, Молекулдық биология және биохимия, Ботаника және фитоинтродукция, Өсімдік физиологиясы, генетикасы және биоинженериясы, Фитохимия институттарында, ҚазҰУ-да, т.б. жоғары оқу орындарындағы арнаулы кафедраларда жүргізілді.
Негізгі бағыттары
Бұл зерттеулердің негізгі бағыттары:
* гендік және клеткалық инженерия
* гаплоидты биотехнология
* клондық көбейту
* биологиялық активті заттар алу, фиторемедиация, гендік банк жасау, т.б.
Өсімдіктер биотехнологиясын қолданып көптеген жоғары өнімді өсімдік сорттары мен линиялары, дигаплоидтар, каллустық және клеткалық дақылдар, протопластар, вируссыз өркендер, дәрі-дәрмектер, белоктар, вакциналар, витаминдер, т.б. биологиялық активті қосындылар алынуда. Қазақстанда Өсімдіктер биотехнологиясының негізін салғандар: академиктері
* М.Ә.Айтхожин
* І.Рақымбаев
* М.Қарабаев
* профессор Г.Уәлиханова
Қазір Өсімдіктер биотехнологиясы саласында биол. ғылым докторы Б.Б.Әнәпияев, Б.Ысқақов, К.Жамбакин, т.б. ғалымдар еңбек етуде
* .Өсімдіктер биотехнологиясының даму тарихы.
* Биотехнология - экономикалық маңызды заттар өндіру үшін, өсімдіктердің жаңа сорттарын, жануарлардың жаңа түрлерін, микроорганизмдердің штаммаларын алу үшін биологиялық процестер мен объектілерді пайдаланатын ғылым мен өндірістің жаңа саласы.
* Биотехнологияның негізгі мақсаты - мәдени өсімдіктердің жаңа сорттарын шығаруға қажет селекциялық материалды аз уақыт ішінде алу үшін өсімдік жасушаларын өсіру.

Өсімдіктердің биотехнологиясы
Өсімдік клеткаларын қолдан өсіру дегеніміз өсімдіктің жеке жасушаларын, ұлпаларын, мүшелерін асептикалық жағдайда жасанды қоректік ортада өсіру.
Өсімдік ұлпасының стерилденген кішкене бөлшегін Петри чашкасының немесе пробиканың ішіне агаризонды қоректік ортаға орналастырады. Содан кейін ұлпада жасушалар белсенді түрде бөліне бастайды. Жасушалық түзілім тез өсіп каллус түзеді. Каллус дегеніміз дифференцияланбаған жасушалардың жинақталып ерекше ұлпа түзуі. Егер осы каллустың бөліктерін балғын қоректік ортаға отырғызса, онда олар шектеусіз өсе алады.
Өсімдік жасушасын қолдан өсіру термині ауқымды және ыңғайлы ұғымға айналды, ол бөлініп алынған жасушаны, ұлпаны, мүшелерді, ұрықты және тұтас өсімдік-регенерантты қолдан өсіретін in vitro-ның барлық жұмыстарын қамтиды. In vitro термині (лат.- шыныда, әйнекте) стерильді жасанды қоршаған ортада өтетін процестердің жағдайларын сипаттау үшін қолданылады. In vivo (лат. - тіршілікте) организмнің тіршілік процестерінің табиғи стерильді емес ортада өтуі. Өсімдік-регенерант дегеніміз асептикалық түрде алынған, тамыры мен өркені мәдени ортада қалыптасқан өсімдік, демек in vitro.
Теориялық түрде кез келген өсімдік жасушасы өзін бөліп алған организмге дейін дамуға потенциалды түрде қабілетті және ол белгілі бір жағдайларда қолдан өсірілген. Бұл қасиет тотипатенттілік деп аталады. Тотипатенттілік (лат. totus - барлық, тұтас, potential - күш) - тұтас организмге дейін дамуын қамтамасыз ететін өзіне тән генетикалық ақпаратты сақтап, үйлестіретін жасушаның қасиеті. Әдетте, әмбебап тотипатенттілік қасиетке өсімдіктің және жануардың ұрықтанған жұмыртқа жасушасы ие. Ал сомалық жасушалардан тотипатенттілік қасиетке тек қана өсімдік жасушалары ғана ие, әрі ол in vitro жағдайында ғана. Қолдан өсірілетін жануарлар жасушасы тотипатенттілік қасиеттен айырылған.
XIX-XX ғасырларда алғаш рет неміс ғалымдары өсімдіктің бөлініп алынған бөліктері мен мүшелерін өсіре бастады. 1883 жылы К.Рехингер бүршіктерді, тамыр мен сабақтың телімдерін ылғалды құмда өсіруге тырысқан. Ол кейбір тәжірибелерінен каллустың түзілгенін байқаған, алайда қорекпен қамтамасыз етілмегендіктен және стерильді жағдайлар сақталмағандықтан ұзақ өсетін өсімдіктерді ала алмаған. Мұндай тәжірибелерді Х.Фехтингте жүргізген.
1902 жылы Г.Габерланд жасушаларды қолдан өсіру принциптерін алғаш рет нақты қалыптастырды. Ол бірқатар жабық тұқымды өсімдіктердің жапырағынан бөліп алынған паренхима жасушаларымен тәжірибе істеді және қоректік орта ретінде сахароза, аспарагин, пептол қосылған Кноп ерітіндісін қолданды. Г.Габерланд өсімдіктің кез келген тірі жасушасы тотипатенттілік қасиетке ие деген гипотезаны алға тартты және жалғыз бір жасушадан ұлпа өсіруге тырысты. Бірақ ол өзінің керемет жаңалығын экспериментті түрде дәлелдей алмады, өйткені ол қолайсыз объектілерді тандаған болатын: белсенді түрде бөліну мен эмбриональды өсу қабілеттерін жоғалтқан жіңішке дифференцияланған арнайы жасушалар. Кейіннен белгілі болғандай жас ұлпалардың меристемалық және белсенді қызмет жасайтын жасушалары ғана қолдан сәтті өсіріледі.
Сонымен қатар өсімдік жасушаларын организмнен тыс өсіру жануар объектілерімен айналысушы ғалымдарды да қызықтыра бастады. Алғаш рет жануардың бөлініп алынған жасушасын өсіру мүмкін екендігі дәлелденді. 1904-1907 жж Р.Харрисон бақаның нейробластын лимфа сұйықтығында өсірді. Осыдан кейін жануарлардың жасушасын қолдан өсіру әдістері жасала бастады, қоректік орта ретінде лимфа, қан плазмасы, ұрық сұйықтығы пайдаланылды. Организмде жануарлар жасушасы қанмен және лимфамен қоректенеді, сондықтан оларды осындай қоректік ортада өсіру табиғиға ұқсас болып келеді. Ал өсімдік организмінің қоректік заттарға бай болып келетін мұндай сұйық ортасы жоқ, тіпті флоэма экссудатыда мұндай талаптарға сай келмейді.
Ботаниктер өсімдіктердің бөлініп алынған мүшелері мен бөліктерін өсіру үшін қолданған қоректік орталарының құрамы алғашында қарапайым болды, қоректік орталарының құрамы негізінен минералды тұздардың қосылыстарынан ғана тұратын. 1922 жылы бір мезгілде Германияда В.Котте мен АҚШ-та В.Роббинссон өсімдік ұлпаларын қолдан өсіру жетістігіне жетті. Олар меристемалық жасушалары бар ұлпаларды қолданды - бүршіктер мен тамыр ұштары. В.Котте жүгері мен бұршақтың тамыр ұштарын қолдан сәтті өсірді. Ол құрамында Кноп ерітіндісі, глюкоза, кейбір аминқышқылдары және пептон бар әртүрлі қоректік орталарды қолданды. В.Роббинсон жүгерінің тамырын өсіріп, қоректік ортаға ашытқы сығындысын қосты. Алайда тамыр мынадай қоректік ортада ұзақ тіршілік етпеді. 10 жылдан кейін АҚШ-та Филипп Уайт В.Роббинсонның тәжірибесін қайталады, бірақ ол қызанақтың тамыр ұштарын қолданып, жақсы нәтижелер алды.
Ф.Уайттың қызанақтың тамыр ұштарына жасаған тәжірибесі мен француз ғалымы Роже Готренің шілік пен сәбіздің камбий ұлпаларына жасаған тәжібесі 30-шы жылдары ұлпаларды қолдан өсірудің қазіргі заманғы әдістердің негізіне айналды. Ф.Уайт тамыр ұштарын қолдан өсіру тәжірибесін 30 жыл бойы үздіксіз жүргізді, ал Р.Готре сәбіз тамырының камбиі мен флоэмасынан каллусты клондар өсірді. Ол қоректік ортаға ауксин қосып және ауксиннің камбий жасушаларының бөлінуіне әсер ететін қабілеті бар екендігін көрсетті Ф.Уайт пен Р.Готре өсімдік ұлпаларын қолдан өсірудің заманауи әдістеріне өте бағалы жаңалық енгізді және осы уақыттан бастап өсімдіктердің эксперименттік биологиясының жаңа бағыты белсенді түрде дами бастайды. Көптеген қоректік орталардың құрамы жасалынды және макроэлементтердің, микроэлементтердің, витаминдердің, өсімдіктердің өсуін реттеушілердің (кокос жаңғағының, каштантың, жүгерінің эндорспермдері, ашытқының гидролизты және т.б.) маңызы зерттелді. Осы соңғы күрделі органикалық қосылыстар бөлініп алынған ұлпаларға қосылмаса жасушалардың бөлінуі мүмкін болмайды. Бұл осы қосылыстарда жасушалардың бөлінуін реттейтін фактор бар деген ойға әкелді.
Америкалық ғалым Ф.Скуг қызметкерлерімен бірге темекі сабағының телімінде бүршіктердің өсуін зерттеді және құрамында минералды тұздары, көмірсулары және витаминдері бар қоректік ортаға өсірді. Каллустың түзілуі, кейде бүршіктердің қалыптасуы байқалған. Қоректік ортаға ауксиннің қосылуы бүршіктердің өсуі мен қалыптасуын тежеді. Ал ортаға аденин керісінше бүршіктердің қалыптасуына әсер етті және ол ауксиннің тежеушілік әсеріне бөгет жасады. Бұл зерттеушілерді кокос сүтінің өсу факторында қандай да бір пуриндік заттар бар деген ойға әкелді. Сондықтан олар алдымен нуклеин қышқылдарын зерттеуді бастайды. Содан кейін сельд спермасының ДНҚ-сы темекі жасушаларының бөлінуіне әкелетіні анықталады. Осы нәтижені ұзақ уақыт бойы сақталған ДҚН-ның ескі препараты тапты - соған қарағанда өсу факторы ДНҚ бұзылуының өнімі болғанға ұқсайды. Ф.Скуг пен оның қызметтестері темекі сабағының паренхима клеткаларының бөлінуіне және ауксиннің қатысуымен бүршіктердің дамуына әсер ететін затты ашытқыдан бөліп алды. Бұл өсуді реттейтін затты олар кинетин деп атап, ал кинетин жататын өсуді қамтамасыз етуші класты цитокининдер (жасушаның бөлінуін қамтамасыз ететін заттар) деп атады. Осы жаңалықтың арқасында Т.Мурасиге мен Ф.Скуг 1962 жылы темекі каллусының өсуіне қажет атақты қоректік ортаның құрамын жасады. Бұл қоректік орта көптеген өсімдік түрлерінің әртүрлі ұлпалары мен мүшелерін қолдан өсіруге бірден бір лайық орта болып саналды және қазіргі уақытта осы орта кеңінен қолданылады.
Адам тірі организмдерді өзіне қажет өнімдерді алу үшін ежелден пайдаланып келеді. Мысалы, ауыл шаруашылығында жеке организмдер мен олардың популяциялары қолданылады. Жалпы айтқанда, бүкіл ауыл шаруашылығын биотехнология деп есептеуге де болар еді. Себебі, бұл салада да биологиялық объектілер мен процесстер пайдаланылады. Жаңа биотехнологияда керекті өнімдерді алу үшін in vitro жағдайында өсірілетін клеткалар (микроорганизмдер, өсімдіктер мен жануарлар клеткалары), клетка органоидтары, ферменттер мен мультифермент жүйелері, гендік және клеткалық инженерия әдістерімен құрастырылған жасанды тіршілік формалары қолданылады.
In vitro жағдайында өсірген өсімдік клеткалары табиғи өсімдікке тән биосинтездік қасиетін сақтайды, сондықтан оларды экономикалық маңызы бар заттарды өндіру үшін пайдалануға болады. Сөйтіп, өсімдік клеткаларын өнеркәсіпті технологияларда қолданудың әр түрлі жолдары бар. Маңызды заттарды синтездеумен қатар оларды тағы биотрансформацияға, яғни арзан заттарды басқа бағалы заттарға айналдыру үшін пайдаланады.
Өсімдіктерде алуан түрлі қосымша заттар синтезделеді. Қосымша заттар деп аталса да олардың өсімдіктегі зат алмасудағы орны зор. Олардың көптегені медицинада, техникада, тамақ және парфюмерия өнеркәсібінде, ауыл шаруашылығында кең пайдаланылады.
Маңызды заттарды синтездейтін клеткаларды өсіру биотехнологияның жаңа саласы. Дағдылы биотехнологиялар бағалы биологиялық активті заттарды алу үшін бүтін организмдерді пайдаланса (өсімдіктерді, жануарларды), осы заманғы биотехнологиясы ерікті немесе иммобилизденген өсімдік клеткаларын өсіруге сүйенген клеткалық технологияларға негізделген. Өсірілетін клеткаларды биосинтездік өнеркәсіпте қолданудың 3 жолы бар: клеткалардың in vitro жағдайында биотрансформация жүргізуге мүмкіншілігі болатындығы дәлелденген, яғни кейбір биологиялық активті заттар арзан қарапайым бастаушы заттардан синтезделеді және бұл қарапайым бастаушы заттар химиялық немесе микробиологиялық жолмен өзгертіле алмайды, тек қана өсірілетін клеткалардың ферменттерінің ықпалымен ақырғы бағалы өнімге айналып кетеді.
Өсімдіктер көптеген маңызды заттардың бірден бір қайнар көзі болып келеді. Бірақ өсімдік шикі затының қоры табиғатта таусылып бара жатыр. Осыны еске алғанда, клеткалық техналогияардың орны болашақта ерекше зор екенін түсінуге болады. Клеткалық техналогиялардың ғылыми лабораториялық зерттеулерден соң өнеркәсіпте қолданылуы қазір ғана басталып келе жатыр. Тиімділігі жоғары технологиялардың жасалуы өсімдіктерде қосымша зат алмасу процестерінің генетикалық, биохимиялық, физиологиялық реттелу жөніндегі теориялық білімнің жетіспеушілігімен шектеліп тұр. Себебі бүтін өсімдіктегі зат алмасуында қосымша заттардың қызметі толық зерттеліп бітпеген. Көпшілігінің негізгі функциясы өсімдікті әр түрлі стресс факторларынан қорғау, яғни олар реттеушілер ретінде организмнің тіршілік әрекетін қамтамасыз етуі мүмкін. 1-ші кестеде қосымша метаболиттердің бүтін өсімдік клеткаларында синтезделу және жинақталу орны көрсетілген.
1-кесте. Қосымша метаболиттердің клеткада синтезделу және жинақталу орны

Клеткалық метаболиттер
Синтезі
Жинақталуы
Алколоидтар
Пластидтер, цитоплазма
Вакуоль, хлоропластар, бос кеңістік
Терпеноидтар
Монотерпендер
Тритерпендер
Лейкопластар
Хлоропластар, лейкопластар
Бос кеңістік
Вакуоль, бос кеңістік, цитоплазма
Фенолдар
Флавоноидтар
Таниндер
Кумариндер
Оксикоричтік қышқылдары

Хлоропластар

Вакуоль, пластидтер
Вакуоль, ЭПТ хлоропластар
ЭПТ, хлоропластар, митохондриялар
Бос кеңістік, вакуольдер, хлоропластар
Вакуоль, бос кеңістік, ЭПТ
Вакуоль
Вакуоль, бос кеңістік, хлоропластар
Цианогендік гликозидтер
ЭПТ
Вакуоль
Гликозинолаттар
ЭПТ
Вакуоль
Бетаиндер
Болжамалы цитоплазмада
Вакуоль

In vitro жағдайында өсетін клеткалар - жаңа жасанды жүйе, оның ерекшеліктері әлі аз зерттелген. Кейде өсірген клеткалардың зат алмасудын филогенез тұрғысыннан бұрын дамыған өсімдіктер тобына тән немесе өсімдіктің ювенильді кезеңіне тән ерекшеліктері байқалады.
З. Б. Шамина қызметтестерімен әпиын көкнар (Papaver somniferum) клеткаларын изогендік өсімдіктер линиясынан шығарып алған. Сабақ ұшындағы меристема клеткаларын бір мезгілде әр түрлі, бірақ жасы бірдей өсімдіктерден бөліп алып, бірдей ортада өсірді. Сондағы шыққан каллустардың өсу және алкалоидтарды синтездеу жағынан айырмашылықтары айтарлықтай болған.
А. Киннесли мен Д. Дугэлл екі темекі өсімдігінен (Nicotiana tabacum) шығарған каллустарда никотин синтезін зерттеді. Сол екі өсімдік бір бірінен тек никотин мөлшерінен айырмашылығы болған, басқа локустары изогендік еді. Никотинді көбірек синтездейтін өсімдіктен шыққан каллус сол қабілетін сақтап қалған.
Өсірген клеткалардың қосымша метаболизмінде бүтін өсімдікпен салыстырғанда едәуір өзгерістер пайда болуы мүмкін. Кейбір өсімдіктердің өсірген клеткаларында бүтін өсімдікте кездеспейтін заттар анықталған, мысалы, рутада (Ruta graveolens) эдулинин мен рутакультин, стефанияда (Stephania ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.