Biotechnologia roślin
Pojęcie „biotechnologia”
Metody otrzymywania form haploidalnych i linii podwojonych haploidów
Wykład 1
Warunki zaliczenia
l Kolokwium zaliczeniowe z laboratorium
– wg zasad podanych przez panią mgr Katarzynę Głowacką
l Zaliczenie wykładów – dla wszystkich bez wyjątku pisemne (w obecności także Pani mgr K. Głowackiej) i ustne (u mnie)
l Na kolokwium zaliczeniowym z wykładów obowiązują dodatkowo wybrane zagadnienia z hodowli roślin
Biotechnologia -definicja
l Biotechnologia – zastosowanie wiedzy naukowej i inżynierii do przetwarzania organizmów , komórek lub ich części oraz molekularnych analogów w celu pozyskania dóbr i usług.
l Biotechnologia jest równocześnie nauką i techniką
l Najszerzej wykorzystywanymi metodami biotechnologicznymi w świecie roślinnym są:
l Kultura in vitro komórek i tkanek
l Molekularna diagnostyka i selekcja
l Przenoszenie genów na drodze pozageneratywnej (uzyskiwanie organizmów transgenicznych)
Kultura in vitro
l Kultura in vitro jest specyficznym sposobem uprawy materiału roślinnego w warunkach sterylnych, w różnego rodzaju pojemnikach.
l Technika ta pozwala na odtworzenie z małego fragmentu a nawet pojedynczych komórek całej rośliny i jej rozmnożenie .
Technika in vitro znalazła zastosowanie do:
- otrzymywania form haploidalnych
-rozmnażania wegetatywnego cennych materiałów
-otrzymywania roślin wolnych od patogenów
- kultury zarodków
-kultury protoplastów (tworzenie mieszańców somatycznych)
-selekcji w kulturach in vitro
-produkcji metabolitów wtórnych, mikropropagacji i produkcji biomasy w bioreaktorach
-otrzymywania roślin transgenicznych
Niezbędnymi warunkami prowadzenia kultury in vitro jest dobór właściwego materiału roślinnego, pożywki do jej uprawy i warunków zewnętrznych - oświetlenia i temperatury.
Redyferencjacja
l Bodźcem wyzwalającym odróżnicowanie w kulturach in vitro jest odizolowanie komórek i tkanek od rośliny matecznej oraz wpływ regulatorów wzrostu zastosowanych w pożywce
Mikrorozmnażanie roślin
l Materiał dotyczący tego zagadnienia zostanie szczegółowo omówiony na ćwiczeniach.
Haploidy
l Haploidy - organizmy o gametycznej liczbie chromosomów
l Monoploidy - haploidy powstałe z organizmu diploidalnego
l Polihaploidy - haploidy powstałe z organizmu poliploidalnego
Wykorzystanie form haploidalnych
l Wykorzystanie form haploidalnych i linii podwojonych haploidów w hodowli umożliwia skrócenie cyklu hodowlanego oraz zapewnia homozygotyczność form wyjściowych
l Są idealnym materiałem do badań cech poligenicznych i molekularnych
Linie DH
Linie podwojonych haploidów (linie DH) są to formy powstałe w wyniku podwojenia liczby chromosomów u haploidów.
l
l Podwajanie liczby chromosomów u haploidów przeprowadza się najczęściej przy użyciu kolchicyny.
Formy haploidalne u roślin można także uzyskać:
-wykorzystując geny stymulujące proces powstawania form haploidalnych
- metodami chemicznymi
l Rośliny haploidalne dla celów komercyjnych uzyskuje się poprzez:
- kultury pylników i mikrospor
- wykorzystując zjawisko eliminacji chromosomów w zarodkach mieszańców oddalonych
l Haploidy można wykorzystać w hodowli roślin jeśli:
l - metodyka produkcji haploidów jest wydajna
l - rośliny haploidalne powstają w sposób losowy (odpowiadają losowej segregacji gamet)
l -znane są efektywne metody podwajania liczby chromosomów
Otrzymywanie haploidów w kulturach pylnikowych
l Istnieją dwa zasadnicze kierunki rozwoju androgenicznego
- Bezpośredni rozwój mikrospory w zarodek. W ciągu 4-8 tygodni z zarodków pojawiają się rośliny
- Pośredni poprzez kalus
Androgeneza
Jest to proces złożony, zależny od wielu czynników:
§ stanu fizjologicznego rośliny, z której pobierane są pylniki
§ sposobu traktowania ściętych kwiatostanów przed wyłożeniem pylników na pożywkę
§ stadium rozwojowego pyłku
§ komponentów pożywek indukcyjnych i regeneracyjnych
§ warunków fizycznych hodowli pylników
1. Metody otrzymywania form haploidalnych, cd 2. Kultury in vitro zarodków, zalążków i zalążni w hodowli roślin ozdobnych
Wykład 2
Metody otrzymywania form haploidalnych z wykorzystaniem zjawiska eliminacji chromosomów
l Zjawisko eliminacji chromosomów zachodzi w komórkach zarodka uzyskanego z krzyżowań międzygatunkowych
l Z początkowo normalnie rozwijającego się zarodka mieszańcowego eliminowane są chromosomy tylko jednego gatunku
l Eliminacja chromosomów zachodzi również w bielmie, co powoduje jego złe funkcjonowanie i zamieranie
l Brak bielma uniemożliwia rozwój zarodka (zarodek pozbawiony jest substancji odżywczych)
l Technika ta wymaga więc prowadzenia zarodków w kulturze in vitro
l Przenoszenie zarodka na pożywkę sztuczną zastępującą bielmo wykorzystywane jest również w celu uzyskania mieszańców między-gatunkowych.
Kultura niezapłodnionych zalążków
Jest to metoda alternatywna do techniki uzyskiwania haploidów drogą androgenezy. Wykorzystuje się tu zjawisko gynogenezy, czyli rozwoju zarodków z niezapłodnionych komórek gametofitu żeńskiego w warunkach kultury in vitro zarodków). U roślin ozdobnych stosunkowo łatwo jest uzyskać haploidy tą techniką u Gerbery
Zapylanie in vitro zalążni i zalążków
l Niezgodność gatunkowa często uniemożliwia uzyskanie metodami klasycznymi interesujących hodowcę form
l Bariery niekrzyżowalności można omijać poprzez zapylanie in vitro zalążni lub zalążków
l Pozwala to na:
- ominięcie barier samoniezgodności i uzyskanie nowych rekombinantów roślin
- uzyskanie poprzez indukcję partenogenezy form haploidalnych
Przygotowanie materiału
l Zapobieżenie niekontrolowanemu zapyleniu
l Sterylizacja materiału (odpowiednich dla danego gatunku eksplantatów np. słupki, słupki z szypułką kwiatową i fragmentami okwiatu
l Przygotowanie pyłku do zapylenia
Przykłady wykorzystania kultury in vitro zarodków, zalążków i zalążni w hodowli roślin ozdobnychLILIE
l Krzyżowania międzygatunkowe w hodowli lilii prowadzi się w celu:
- Uatrakcyjnienia barwy i kształtu kwiatów
- Podwyższenia odporności na choroby
- Podwyższenia odporności na stresy abiotyczne.
Przykłady wykorzystania kultury in vitro zarodków, zalążków i zalążni w hodowli roślin ozdobnych Lilie, cd
l Krzyżowano odmiany lilii uprawnych między innymi z następującymi gatunkami:
- L. candidum – z uwagi na czystą biel kwiatów, zapach, tolerancję na niskie temperatury i małą intensywność światła
- L. longiflorum – ze względu na możliwość całorocznego pędzenia, tolerancję na krótki dzień, dobrą jakość przechowalnicza cebul, siłę wzrostu i atrakcyjny zapach
- L. henryi – odporność na choroby wirusowe i grzybowe
Przykłady wykorzystania kultury in vitro zarodków, zalążków i zalążni w hodowli roślin ozdobnych Lilie , cd
l Dla otrzymania mieszańców stosowano szereg zintegrowanych technik, między innymi kulturę całych zalążni, zalążków lub zarodków.
l Z 500 wyłożonych na pożywkę zalążków otrzymuje się średnio 1 roślinę mieszańcową
l Wśród uzyskanych mieszańców znajdowano formy o podwyższonej odporności na choroby, ciekawym pokroju i barwie kwiatów
Przykłady wykorzystania kultury in vitro zarodków, zalążków i zalążni w hodowli roślin ozdobnych Tulipan
l Uprawiane na kwiat cięty tulipany należą do gatunku Tulipa gesenariana
l Pomimo zróżnicowanej gamy kolorów, wysokości i kształtu kwiatów brakuje u tego gatunku źródeł odporności na choroby
l Odporność na choroby próbuje się wprowadzić między innymi poprzez krzyżowania z T. kaufmaniana
l Uzyskanie form mieszańcowych jest możliwe tylko poprzez kulturę in vitro zarodków (7-9 tygodniowych)
Przykłady wykorzystania kultury in vitro zarodków, zalążków i zalążni w hodowli roślin ozdobnych Róża
l Podstawowymi problemami w hodowli róż są trudności w uzyskaniu nasion zarówno z krzyżowań między –jak i wewnątrzgatunkowych, niska żywotność i słabe kiełkowanie nasion.
l Pomocne w przezwyciężeniu tych technik są: kultura zalążków i zarodków
Inne przykłady wykorzystania
l Larix
l Picea
l Pinus
l Cayophyllaceae
l Liliaceae
l Malvaceae
l Primulaceae
Kultura zarodków u roślin z prawidłowo rozwijającym się bielmem
l Kulturę zarodków prowadzi się w celu:
Przerwanie okresu spoczynkowego nasion
l ...
kiosk18