Приветствую друзья, продолжаю делиться историями с работы и сегодня я бы хотел рассказать Вам о том как выращивают растения в лабораторных условиях.
Как обычно постараюсь показать всё максимально наглядно и обойтись без сложных терминов.
Размножать растения в лаборатории стоит очень дорого. Помимо специального помещения с особой системой вентиляции (чистой зоны) и кучи оборудования (ламинаров, стерилизаторов, автоклавов и т.д.) нужны специалисты с опытом и профильным образованием.
Поэтому в лаборатории работают только с растениями, которые имеют наибольшую коммерческую или научную ценность. Например выращивать обычную продовольственную пшеницу или картофель никто не будет (объёмы и трудозатраты не позволят окупить предприятие), в поле это можно сделать в тысячи раз дешевле.
А вот получить новый сорт, оздоровить культуру от бактерий и вирусов, получить качественный семенной материал или вырастить очень прихотливые экзотические растения можно порой только в лабораторных условиях.
Тара
Процесс начинается с подбора подходящей тары. К ней предъявляется ряд специфичных требований: она должна пропускать свет, герметично закрываться и выдерживать высокие температуры (до +121 градуса).
Обычно это стеклянные пробирки, банки и полипропиленовые контейнеры различных форм и размеров.
Субстрат
Большинство растений на Земле растут в почве. Не смотря на то, что растения самостоятельно производят питательные вещества за счёт фотосинтеза им всё-равно нужны микро и макроэлементы для протекания биохимических реакций. Основным их источником в природе служит почва.
Однако при работе с почвой в лабораторных условиях возникает много проблем, очень сложно постоянно контролировать её состав, кислотность, влажность и отсутствие патогенов.
К тому же почва непрозрачна и в ней очень трудно наблюдать за динамикой роста корневой системы, поэтому со временем учёные разработали специальные питательные среды.
Питательные среды
Питательные среды для растений можно условно разделить на две группы: жидкие и твёрдые. Первые обычно используются в биореакторах (расскажу про них в следующий раз), а вторые как раз чаще всего встречаются в лабораториях.
В ходе длительных экспериментов, двумя физиологами растений Тосио Мурасигэ и Фольке К. Скугом в 1962 году была подобрана оптимальная для большинства растений концентрация веществ в питательной среде.
Чтобы ускорить рост растения, в среду также добавляют сахара (глюкозу или сахарозу), а для того, чтобы сделать её плотной используют агар. Чем больше его концентрация, тем плотнее получается питательная среда. Стандартное значение 5 - 7 грамм агара на 1 литр питательной среды.
Со временем стали появляться и другие варианты питательных сред, в них отличаются концентрации химических соединений (больше / меньше азота) и могут присутствовать дополнительные вещества (например аминокислоты).
Сейчас почти на каждом предприятии есть биотехнолог, который занимается подбором оптимальной среды для каждой конкретной культуры.
Гормоны
Помимо минеральных и питательных веществ в питательную среду могут добавлять различные растительные гормоны, для того, чтобы повлиять на его рост.
Одни гормоны могут вызывать активный рост корней, другие побегов, третьи удлинять поверхность листьев и т.д.
Приготовление и розлив среды
Приготовление питательной среды очень важный и ответственный процесс. Всего одна ошибка в концентрации вещества может привести к ухудшению роста или даже гибели всей партии растений.
За простой разговор со специалистом во время его работы на некоторых предприятиях можно получить серьёзный штраф.
Среду обычно готовят в больших колбах, добавляя все необходимые вещества по очереди, а после доведения pH (кислотности) ставят на плитку с магнитной мешалкой, чтобы агар как следует разошёлся.
Очень важно контролировать процесс. Необходимо следить, чтобы вещества не выпали в осадок, а среда не закипела и не начала выливаться из колбы.
После того как среда приготовилась, её необходимо разлить в посуду. Для этого можно использовать мерные цилиндры, пипетки или специальные дозаторы.
В пике наша лаборатория разливает до 80 000 пробирок в неделю. Конечно перед этим их все необходимо тщательно помыть и прополоскать дистиллированной водой, чтобы смыть остатки солей и других веществ содержащихся в водопроводной воде.
Стерилизация
После того как среда разлита, а тара закрыта (для пробирок мы используем ватные пробки), её необходимо простерилизовать. Как бы мы не старались поддерживать чистоту, условия при розливе очень далеки от стерильных, в воздухе всё-равно находится большое количество грибных спор и бактерий для которых питательная среда идеально подходит для жизни.
Если не простерилизовать среду, то микроорганизмы размножаться и
подавят своей жизнедеятельностью растение.
Для стерилизации пробирки составляют в закрытые корзины (биксы - 16) и отправляют на стерилизацию в специальный прибор (автоклав - 15), где они стерилизуются горячим паром 20 минут при температуре примерно 120 градусов.
После стерилизации среда застывает, поскольку верхняя часть пробирки закрыта ватной пробкой, то все споры и бактерии оседают на ней. Внутреннюю часть пробирки можно считать абсолютно стерильной до момента открытия пробки.
В дальнейшем в эту среду в стерильных условиях будут посажены растения.
Приемущества
Благодаря оптимальной концентрации элементов, гормонов и питательных веществ, растения в среде растут намного быстрее, чем в почве, поэтому методами микроклонального размножения можно очень быстро увеличить их количество.
Подробнее про это я писал вот тут.
Однако есть и недостатки, по причине того, что условия в питательной среде могут сильно отличаться от естественных, культура может начать вырождаться. Это проявляется в ухудшении роста, образовании не характерных структур (корней на листьях, побегах) и другие виды соматической (телесной) изменчивости.
Спасибо, что дочитали, если будут вопросы, то можете задать их в комментариях, постараюсь по возможности ответить. В следующей статье подробнее расскажу про жидкие питательные среды и устройство биореактора для растений.
Другие соц.сети проекта:
Ютуб
Вконтакте
Boosty (бонусы от автора за поддержку проекта)
