Приветствую, друзья! Продолжаю делиться историями из нашей лаборатории, которая занимается клонированием растений.
Если вы пропустили прошлые статьи, то очень рекомендую ознакомиться, чтобы быть в курсе того, чем мы занимаемся.
Показываю как мы клонируем растения в нашей лаборатории. Технология микроклонального размножения.
Желе вместо почвы. Как учёные выращивают растения в лаборатории?
Биореакторы для выращивания растений. Обзор самой интересной и перспективной технологии в растениеводстве.
Финальный отчёт эксперимента по клонированию Венериной мухоловки.
Сегодня я хотел бы рассказать и объяснить, как работает технология создания искусственных семян. Пока она существует больше в теории, но я уверен, что у неё есть огромный потенциал. Возможно, именно вы сможете найти ей практическое применение.
Для начала, как обычно, нам потребуется немного вспомнить школьный курс биологии.
Растения, в отличие от других царств живой природы, обладают способностью к неограниченному росту. У них имеется особый тип ткани — меристема, которая способна образовывать любые части растения (клетки стебля, листьев, побегов, корней и т. д.).
Меристема обычно располагается в почках, корнях и новых побегах растения.
Клетки меристемы очень хрупкие и быстро погибают вне растения. Но учёные нашли способ использовать их. Они осторожно, с помощью скальпеля и микроскопа, вырезают ткани меристемы и помещают их в специальную питательную среду.
Находясь в благоприятных условиях внутри желеобразной питательной среды, меристема даёт начало новому организму. Сначала клетки активно делятся, затем появляются первые побеги, корни и листочки.
Примерно так же развивается растение из обычного семени, за исключением, что наше растение будет генетически полностью идентично тому, с которого мы отобрали меристему.
Но и этим процессом можно манипулировать. В природе растения регулируют своё развитие и рост с помощью фитогормонов. Одни гормоны стимулируют развитие листьев, другие побегов, третьи участвуют в созревании семян, плодов и т. д.
Если добавить эти гормоны в питательную среду, то меристема «забивает» на свою природную биологическую программу и начнёт образовывать те структуры, за образование которых отвечают те или иные растительные гормоны.
В итоге, манипулируя концентрациями гормонов и другими параметрами (температура, свет, влажность, состав питательной среды), мы можем заставить меристему образовывать большое количество недифференцированных клеток. Эта структура ещё называется каллусом.
В лабораторных условиях из каллуса можно получить неограниченное количество растений. Для этого каллус разрезают на части и обрабатывают клетки соответствующими гормонами.
Кстати, в природе каллус может образовываться на раненой поверхности растений. Каллусная ткань способствует зарастанию ран, срастанию прививок и служит для восстановления (регенерации) утраченных органов.
Это свойство очень крутое, только представьте, у нас есть возможность бесконечно размножать нужное нам растение. Однако применять это в сельском хозяйстве пока невозможно.
К сожалению, если просто посадить кусочки каллуса в землю, то новое растение на этом месте не вырастет. Его клетки очень слабые и быстро уничтожаются почвенной микрофлорой.
Искусственные семена
Закономерным этапом развития данной технологии стала идея создания искусственных семян. Если клетки меристемы способны образовывать любые ткани и органы растения, то, значит, нужно заставить их образовывать зародыши, из которых смогут развиваться полноценные растения, а затем поместить их в защитную оболочку, чтобы противостоять агрессивной почвенной микрофлоре на ранних этапах развития растения.
Получается, у нас есть план (надёжный, как швейцарские часы), как можно сделать искусственные семена.
Отбираем меристему с нужного нам растения. Это может быть редкий вид, особо урожайный куст конопли, картофеля или просто дорогой сердцу вашей мамы фикус.
В лабораторных условиях или с помощью биореактора увеличиваем биомассу меристемы, создаём каллусную ткань.
Обрабатываем каллус фитогормонами, чтобы получить зародыши.
Вводим зародыши в состояние покоя (охлаждение, сушка, гормоны)
Помещаем зародыши в искусственную оболочку.
Упаковываем и храним семена в холодильнике до момента высадки.
Высаживаем искусственные семена в землю и получаем из них растения, которые генетически будут абсолютно идентичны тому, с которого мы отобрали меристему для их производства. Сортовые и индивидуальные признаки сохранятся.
Профит?
Поздравляю, теперь вы находитесь на переднем крае современной науки. К сожалению, практическая реализация этого проекта оказалась невероятно трудной. Естественные семена — это продукт эволюции, у природы были миллионы лет, чтобы отточить их свойства и жизнеспособность до совершенства. Человек пока не достиг такого уровня биологического инжениринга.
Основные проблемы: неоднородность эмбрионов, низкая жизнеспособность, маленький срок годности семян, низкий процент всхожести (менее 10%), соматические мутации из-за применения растительных гормонов, плохо растворимые оболочки.
Однако учёные не опускают руки и стараются совершенствовать данную технологию. Ведутся поиски более совершенных материалов для оболочки, а также методы введения зародышей в состояние покоя, подобное тому, в котором пребывают их естественные собратья.
Успешная реализация данной технологии открывает огромные перспективы в сельском хозяйстве, и, возможно, именно у вас получится предложить по-настоящему прорывную идею, войти в историю науки и заработать миллионы долларов на патентах.
Процесс изготовления синтетических семян в лабораторных условиях.
Спасибо, друзья, больше материалов про биологию и микромир Вы можете найти в моём профиле. Подписывайтесь на канал и до скорых встреч.
Мой блог про биологию на Дзен | Моя группа в ВК | Ютуб канал | Телеграм-канал.
