Шпаргалки для студентов

готовимся к сессии

  • Увеличить размер шрифта
  • Размер шрифта по умолчанию
  • Уменьшить размер шрифта

Шпаргалки: культура тканей и клеток растений - Способы регулирования роста суспензионной культуры

 

 


Способы регулирования роста суспензионной культуры

Для развития методов глубинного выращивания культур клеток высших растений большое значение имеют достижения микробиологии. Разработанные ею способы выращивания применяются и для глубинного культивирования растительных клеток. В настоящее время используют закрытые и открытые системы культивирования в виде периодического или различных вариантов проточного (непрерывного) выращивания.

1. Закрытая система периодического режима выращивания (ранее упот­реблялся термин «накопительное выращивание»). Наиболее простой и распро­страненный способ выращивания клеток высших растений. Суть его в том, что определенный объем инокулюма помещают в константный объем питательной среды и до последующего субкультивирования система остается закрытой по всем параметрам, кроме газов.

2. Закрытая система проточного режима выращивания (система «за­крытого» протока). Этот режим занимает промежуточное положение между периодическим и открытым проточным выращиванием. Сущность его состоит в том, что в систему периодически (например, один раз в неделю) подают све­жую питательную среду, а старую удаляют в том же объеме. Клетки при этом остаются в системе в течение всего цикла выращивания. Такой способ позволя­ет проводить исследования при высоких плотностях клеточной биомассы.

3. Открытая система проточного выращивания (система открытого протока). В систему периодически или непрерывно поступает свежая пита­тельная среда, при этом отбирается старая среда с клеточной массой (биомас­са).

Различают два основных типа регуляции открытых проточных систем: по принципу турбидостата и хемостата.

Турбидостат - биореактор, в котором подачу свежей питательной среды и отбор суспензии производят после достижения клеточной популяцией опре­деленной плотности. Биореактор автоматически регулирует плотность клеточ­ной суспензии благодаря наличию светочувствительного устройства, которое измеряет оптическую плотность культуры. При увеличении плотности автома­тически включается проток, то есть происходит слив культуральной среды и одновременно поступление свежей питательной среды. После достижения культурой заданной оптической плотности слив прекращается. В настоящее время турбидостат практически не используется в связи с гибелью части клеток суспензии при отводе их в оптическую систему.

Хемостат - биореактор, в который с определенной скоростью подается свежая питательная среда и с такой же скоростью отбирается суспензия клеток, т. е. скорость протока задает экспериментатор. При этом скорость роста кле­

точной массы зависит от скорости протока, поскольку питательная среда лими­тируется по одному из факторов, необходимых для роста (по фосфору, азоту или углеводу). Здесь при фиксированной скорости разбавления поддерживает­ся постоянная скорость деления и плотность клеток в культуре. Изменяя ско­рость протока, можно перевести культуру из одного стационарного состояния в другое, что можно видеть на основании отношения между размножением кле­ток и скоростью протока:

g = ln2/М, где g - время генерации (период удвоения) клеточной популяции; М — удельная скорость роста, рассчитываемая по различным параметрам (критериям): МM — удельная скорость роста по сухому весу биомассы; Ммс — удельная скорость роста по сырому весу биомассы; МN удельная скорость роста по числу клеток. При этом МM,Mc,N = (In Xi - In Xh) / dt, где Хi и Хь- биомасса в определенные промежутки времени dt (dt - ti-tb).

Скорость протока D (разбавление) рассчитывают по формуле D = S/V, где S - проток, л/сут (объем питательной среды, поступившей в биореактор, равный количеству отобранной суспензии); V - объем суспензии (культуральной жидкости) в биореакторе. Например, если V= 10 л, a S - 1 л/сут, тогда D = 1/10 == 0,1 сут Зависимость между скоростью роста и протоком выражается уравнением:

dx/dt=Mx-Dx

При использовании хемостата необходимо, чтобы скорость протока была равна максимальной удельной скорости роста клеточной популяции, т. е. D = /и. В этом случае биомасса по всем критериям роста будет иметь константную ве­личину - находиться в стабильном состоянии.

Если D M, величина биомассы падает (значения критериев роста уменьшаются).

Важным показателем суспензионной культуры является ее индекс роста (Г) по различным критериям (1м - по сухой массе; 1Мс— по сырой биомассе; In - по числу клеток):

1м> Mo N~ (Хтах~Х0) / Ха, где Хтах и Х0 - максимальное и минимальное значения критерия роста (М, Мс, N). Индекс роста размерности не имеет.

Растительные клетки, в отличие от микробных, имеют специфические особенности: длительный период удвоения (сутки и более), несбалансирован­ность роста по основным его критериям, наличие целлюлозно-пектиновой обо­лочки и вакуолизации, что придает им одновременно жесткость и хрупкость, и др. Однако установлено, что глубинные культуры гетеротрофных клеток выс­ших растений подчиняются тем же законам роста, что и микробные клетки.