Физические факторы, влияющие на развитие клеточных культур

На рост и развитие растительных тканей in vitro, а так же на синтез ими вторичных метаболитов большое влияние оказывают физические факторы - свет, температура, аэрация.

Свет. Большинство каллусных тканей могут расти в условиях слабого освещения или в темноте, так как их клетки лишены хлоропластов и не способны к фотосинтезу. Вместе с тем свет может выступать как фактор, обеспечивающий морфогенез и активирующий или подавляющий процессы синтеза вторичных метаболитов. Решающее значение могут иметь такие характеристики света как его мощность и длина волны. В качестве источника света обычно используют люминесцент­ные лампы дневного света. Так, в культурах чайного растения под действием света увеличивался биосинтез полифенолов. Напротив, в культуре клеток Scopolia parviflora свет подавлял образование алкалоидов. Кроме интенсивности освещенности на культуру ткани и ее физиологические особенно­сти влияет качество света, т.е. длина световой волны. Так, более 20 флавонов и флавоноловых гликозидов образуется в культурах клеток петрушки после освеще­ния ее непрерывным люминесцентным светом «холодный белый». Вместе с тем синтез флавоновых гликозидов активируется при по­следовательном облучении ультрафиолетовым светом, а затем све­том, лежащим в области «красный - длинноволновый красный». Такая зависимость биосинтеза тех или иных соединений от длины волны может быть объяснена тем, что некоторые химические реакции, протекающие в клетках являются фотоиндуцируемыми, т.е. происходят только после того как с поглощенным светом они получают вполне определенное количество энергии.

Температура. Для большинства каллусных культур оптимальна температура 26 "С. В то же время каллусы и культуры клеток диоскореи дельтовидной хорошо растут даже при температуре 32°С. В отличие от роста культур клеток и тканей, индукция их морфоге­неза требует более низких температур (18 - 20°С). Влияние тем­пературы на метаболизм клеток in vitro изучено слабо. Есть дан­ные, что в каллусных культурах максимальное образование алка­лоидов наблюдалось при температуре 25°С, а при повышении тем­пературы резко снижалось. В суспензионных культурах клеток Ipomoea содержание жирных кислот значительно увеличивалось, если их выращивали при субоптимальных температурах роста (15°С). Поэтому при выращивании культуры in vitro необходимо тща­тельно изучать влияние всех абиотических факторов, в том числе температурного, на рост и метаболизм клеток.

Аэрация. Для выращивания суспензионных культур большое значение имеет аэрация. Особенно важно снабжение воздухом куль­тивируемых клеток в больших объемах ферментеров.

При сравнении разных типов ферментеров было показано, что синтез вторичных метаболитов в суспензионной культуре был наи­большим при подаче воздуха снизу. При выращивании клеток в малых объемах (в колбах) нормальная аэрация достигается при постоянном перемешивании суспензии.