Введение к работе
Актуальность темы. Естественные ресурсы многих ценных видов растений ограничены, что делает актуальным поиск альтернативного источника сырья для медицины, парфюмерии. В настоящее время одним т таких перспективных сырьевых источников !:.-.л"ся кульг-ра ;с;сіс!: ::;.:сшнх растений. Биомассу культуры клеток можно получать промышленным путем, выращивая ее в биореакторах. Это полностью исключает загрязнения как получаемой биомассы поллютаптами, так и окружающей среды нитратами, гербицидами. Поэтому производство биомассы культивируемых клеток является экологически чистым.
При широкомасштабном развитии биотехнологии на основе культур клеток высших растений особое значение приобретает исследование и теоретическое обоснование бпосинтетических свойств длительно культивируемых штаммов-продуцентов. Интерес к )той проблеме об\словлен также тем, что во многих случаях культуры растительных клеток представляют широкие возможности для изучения физиологических закономерностей регуляции биосинтеза вторичных метаболитов высших растений.
Особое место среди культивируемых клеток растений занимает женьшень настоящий P.ginseng С.А.Меу. Культура клеток женьшеня (штамм ИФР Ж-1), впервые в мире была получена в 1960 г. из дикорастущего корня P.ginseng Р.Г.Бутенко.
Многолетние биохимические и фармакологические исследования культуры клеток женьшеня Panax ginseng показали перспективность использования ее в качестве источника ценных биологически активных веществ, прежде всего пшзенозидов (панаксозидов) -гритерпеновых гликозидов даммаранового ряда (Брехман, 1957; Еляков, Стригина, 1964; Shibata, Furuja 1984, 1987, 1996).
К началу исследования культура клеток женьшеня (ИФР Ж-1) находилась в состоянии субкультпвирований более 30 лет. являясь уникальным объектом, позволяющим изучать закономерности биосинтеза вторичных метаболитов в популяциях клеток длительно пассируемых в условиях in vitro. На ранних стадиях получения штамма ИФР Ж-1 было проведено только качественное подтверждение присутствия пшзенозидов. При более
4 позднем исследовании анализ тритерпенових гликозидов в этой культуре показал, что их содержание на 1-2 порядка ниже, по сравнению с корнями интактных растений. В то же время ряд относительно молодых культур женьшеня, полученных различными исследователями, являются активными продуцентами даммарановых гликозидов. Следовательно, синтез гинзепозидов в клетках in vitro может находиться некоторое время на достаточно высоком уровне.
Исходя из этого, принципиально важно установить, является ли невысокий уровень содержания гинзепозидов в длительно культивируемом штамме, закономерным или случайным фактом. Важное значение, при этом, имеет выяснение возможности повышения их накопления.
Наряду с этим расширению наших знаний о популяциях растительных клеток могут способствовать нетривиальные подходы к анализу интегральных характеристик популяции. В частности, представляет интерес использование определенного математического аппарата.
Цель исследовании - изучение физиологической регуляции процессов роста культуры клеток P.ginseng и накопления в ней гинзенозидов.
В соответствии с целью исследования были поставлены следующие задачи исследования:
-
Изучение количественных параметров роста и определение состава гинзенозидов в популяции клеток штамма ПФР Ж-1 в стандартных условиях.
-
Изучение влияния типа углеводного питания на рост культуры и содержание в клетках индивидуальных гинзепозидов. Применение для анализа ростовых процессов математических подходов, в частности, разностных функций Ферхюльста и Гомпертца.
3. Изучение влияния различных факторов культивирования (изменение состава
фіпогормоиоіі. применение двухстадннного выращивания) на качественное и
количественное содержание тритерпенових соединений.
5 4. Анализ изменчивости качественного и количественного содержания пшзенозидов в длительно субкультивируемой популяции женьшеня в разных условиях выращивания.
Научная новизна работы. Впервые проведено изучение закономерностей роста клеточной популяции P.ginseng с использованием разностных функций Ферхюльста и Гомпертца. Анализ характера кривых роста и сопоставление их между собой позволяет предложить физиологическую интерпретацию роста, основанную на своеобразных закономерностях изменения скорости и ускорения роста, длительности фаз роста, а также запуска и соотношения процессов деления и растяжения клеток.
Изучен качественный и количественный состав пшзенозидов в суспензионной культуре клеток женьшеня и выявлен уровень их накопления в зависимости от природы уїлеводного и гормонального факторов в среде. Впервые проведено двухфазное культивирование культуры для изучения возможности повышения количественного содержания индивидуальных пшзенозидов. Впервые проведен анализ изменчивости длительно пассируемой культуры женьшеня по признаку содержания тритерпеновых глнкозидов дам.мараноього ряда.
Практическая ценность работы. В результате проведенных исследований получены новые данные о наличии и накоплении пшзенозидов длительно пассируемой культуры, используемой в промышленности для получения биомассы. В работе использован удобный алгоритм и разработана специальная программа для необходимых расчетов основных параметров- ростовых процессов исследуемого объекта.
Апробация работы. Основные положения работы докладывались на еже;одных семинарах Отдела биологии клетки и биотехнологии ИФР и отчетах кафедры физиологии растений Биологического факультета МГУ.
Публикации. Основные результаты исследований опубликованы в у печатных работах.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора
литературы, описания объектов и методов исследования, результатов экспериментальных
исследований. Работа завершена общими выводами и заключением. Работа изложена на
страницах машинописного текста и иллюстрирована рисунками и таблицами.
