Kaedah kultur tisu adalah salah satu alat utama bioteknologi moden, membolehkan menyelesaikan masalah praktikal fisiologi tumbuhan, biokimia dan genetik. Penanaman buatan bahan dijalankan tertakluk kepada syarat tertentu: pensterilan, kawalan suhu dan pendedahan kepada medium nutrien khas.
Esen
Kaedah kultur tisu ialah pemeliharaan jangka panjang dan / atau penanaman buatan dalam keadaan makmal pada medium nutrien. Teknologi ini membolehkan anda mencipta model biologi untuk mengkaji pelbagai proses dalam sel yang wujud di luar badan tumbuhan, manusia dan haiwan.
Pembiakan kultur tisu tumbuhan adalah berdasarkan sifat totipotensi - keupayaan sel untuk berkembang menjadi keseluruhan organisma. Pada haiwan, ini hanya berlaku dalam telur yang disenyawakan (kecuali beberapa jenis coelenterate).
Sejarah pembangunan
Percubaan pertama untuk memupuk tisu tumbuhan telah dibuat oleh saintis Jerman pada permulaan abad ke-19-20. Walaupun fakta bahawa mereka tidak berjaya, beberapa idea telah dirumuskan, yang disahkan kemudian.
Pada tahun 1922, W. Robbins dan W. Kotte, secara bebas antara satu sama lain, dapat menumbuhkan hujung akar jagung dan tomato pada medium nutrien buatan. Kajian terperinci tentang teknik kultur sel dan tisu bermula pada tahun 1930-an. abad ke-20 R. Gautre dan F. White membuktikan bahawa dengan pemindahan kultur tisu secara berkala ke dalam medium nutrien yang segar, ia boleh tumbuh tanpa had.
Menjelang 1959, 142 spesies tumbuhan sedang ditanam di bawah keadaan makmal. Pada separuh kedua abad XX. penggunaan sel tersebar (terpisah) juga telah bermula.
Jenis bahan ujian
Terdapat 2 jenis utama kultur tisu tumbuhan:
- Dihasilkan tanpa pemusnahan dan mengekalkan ciri ciri yang wujud dalam organisma hidup.
- Diekstrak melalui degradasi (kimia, enzim atau mekanikal) daripada tisu primer. Boleh dibentuk daripada satu atau lebih kultur sel.
Kaedah berikut dibezakan mengikut kaedah penanaman:
- pada "lapisan makan", di mana bahan yang merangsang pertumbuhan tisu dirembeskan dengan membahagikan sel-sel spesies tumbuhan yang sama;
- menggunakan tisu jururawat di sebelah sel kultur;
- penggunaan medium nutrien daripada kumpulan sel pembahagi terpencil;
- sel tunggal individu yang tumbuh dalam satu mikrotitis tepu dalam komposisi.
Penanaman daripada sel tunggal penuh dengan kesukaran tertentu. Untuk "memaksa" mereka untuk membelah secara buatan, mereka mesti menerima isyarat daripada sel jiran yang berfungsi secara aktif.
Salah satu jenis tisu utama untuk penyelidikan fisiologi ialah kalus, yang berlaku di bawah faktor luaran yang buruk (biasanya kecederaan mekanikal). Mereka mempunyai keupayaan untuk kehilangan ciri khusus yang wujud dalam tisu asal. Akibatnya, sel kalus mula membahagi secara aktif dan bahagian tumbuhan terbentuk.
Syarat yang diperlukan
Kejayaan kaedah kultur tisu dan sel bergantung kepada faktor berikut:
- Pematuhan terhadap kemandulan. Untuk pemindahan, kotak khas dengan udara bersih yang dibekalkan, dilengkapi dengan lampu ultraviolet, digunakan. Alat dan bahan, pakaian dan tangan kakitangan hendaklah tertakluk kepada pemprosesan aseptik.
- Penggunaan media nutrien terpilih khas yang mengandungi sumber karbon dan tenaga (biasanya sukrosa dan glukosa), mikro dan makronutrien, pengawal selia pertumbuhan (auksin, sitokinin), vitamin (tiamin, riboflavin, askorbik dan asid pantotenat dan lain-lain).
- Pematuhan suhu (18-30 ° C), keadaan cahaya dan kelembapan (60-70%). Kebanyakan kultur tisu kalus ditanam di bawah cahaya ambien kerana ia tidak mengandungi kloroplas, tetapi sesetengah tumbuhan memerlukan pencahayaan latar.
Sedang siap sediabarisan komersial (Murasige dan Skoog, Gamborg dan Eveleg, White, Kao dan Mikhailyuk dan lain-lain).
Kebaikan dan keburukan
Kelebihan kaedah kultur sel dan tisu ialah:
- kebolehulangan yang baik bagi hasil yang diperolehi;
- peraturan interaksi antara sel;
- penggunaan reagen yang rendah;
- kehomogenan genetik garisan sel;
- kemungkinan mekanisasi proses pertumbuhan;
- kawalan ke atas keadaan sangkar;
- penyimpanan suhu rendah kultur hidup.
Kelemahan bioteknologi ini ialah:
- perlu mematuhi syarat asepsis yang ketat;
- ketidakstabilan sifat sel dan kemungkinan pencampuran yang tidak diingini;
- kos bahan kimia yang tinggi;
- kesetaraan tidak lengkap tisu dan sel kultur dalam organisma hidup.
Permohonan
Kaedah kultur tisu yang digunakan untuk penyelidikan:
- memproses di dalam sel (sintesis DNA, RNA dan protein, metabolisme dan pengaruh ke atasnya dengan bantuan ubat);
- tindak balas antara sel (laluan bahan melalui membran sel, kerja kompleks reseptor hormon, keupayaan sel untuk melekat antara satu sama lain, pembentukan struktur histologi);
- interaksi dengan alam sekitar (penyerapan nutrien, penghantaran jangkitan, proses asal dan perkembangantumor dan lain-lain);
- hasil manipulasi genetik dengan sel.
Bidang biologi dan farmakologi yang menjanjikan, dalam pembangunan teknologi ini digunakan, ialah:
- mendapatkan racun herba yang berkesan, pengawal selia pertumbuhan untuk tanaman agronomik, sebatian aktif secara biologi untuk digunakan dalam pengeluaran ubat-ubatan (alkaloid, steroid dan lain-lain);
- mutagenesis terarah, pembiakan kacukan baharu, mengatasi ketidakserasian pascagami;
- pembiakan klon, yang membolehkan anda mendapatkan sejumlah besar tumbuhan yang serupa secara genetik;
- pembiakan tumbuhan tahan virus dan bebas virus;
- cryopreservation of the pool gen;
- pembinaan semula tisu, penciptaan sumber sel stem (kejuruteraan tisu).
