А.Т. ИВАЩЕНКО, Г.Ж. ВАЛИХАНОВА, И.Р. РАХИМБАЕВ
реклама
А.Т. ИВАЩЕНКО, Г.Ж. ВАЛИХАНОВА, И.Р. РАХИМБАЕВ* НАУЧНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ И ПОДГОТОВКА БИОТЕХНОЛОГОВ НА КАФЕДРЕ БИОТЕХНОЛОГИИ, БИОХИМИИ, ФИЗИОЛОГИИ РАСТЕНИЙ КАЗГУ (Казахский национальный университет имени аль-Фараби, *Институт физиологии, генетики и биоинженерии растений) В работе приведен обзор направлений научных исследований, проводимых по биотехнологии на кафедре биотехнологии, биохимии, физиологии растений. Анализируется связь научных исследований и процесса преподавания биотехнологии студентам биологического факультета. Рассмотрены перспективы научных работ и подготовки специалистов по различным отраслям биотехнологии Биотехнология стремительно выдвинулась на передовые позиции научно-технического прогресса. Она является новой отраслью науки и производства, основанной на применении фундаментальных биологических знаний в практической деятельности человека. Объектами принципиально новых биотехнологий, обеспечивающих высокую рентабельность и экологическую безопасность производства, являются представители всех групп живых организмов микроорганизмы, растения, животные, а также изолированные из них клетки, субклеточные компоненты и биомолекулы. Одним из приоритетных направлений биотехнологии растений является экспериментальная гаплоидия. Эта технология позволяет за короткое время получать в культуре изолированных пыльников и микроспор гомозиготные линии, использование которых в селекционных программах значительно сокращает время выведения новых высокопродуктивных сортов. Однако, использование гаплоидии ограничивают такие факторы, как низкая частота эмбриоидогенеза и регенерации растений, высокий процент альбиносов среди получаемых регенерантов, а также потеря каллусом морфогенетической потенции при длительном культивировании. Решение этих проблем непосредственно связано с изучением цитоэмбриологических, физиологических и биохимических закономерностей процессов морфогенеза и регенерации растений в культуре репродуктивных клеток зерновых злаков. В ряде работ по результатам цитоэмбриологических исследований описаны основные морфологические пути, приводящие к регенерации растений в культуре изолированных пыльников и микроспор у злаков. Однако, нет единого мнения о возможных путях деления микроспор, эмбриоидогенеза, о фазах (этапах) андрогенеза, на которых возможна регенерация зеленых гаплоидных или дигаплоидных проростков. Также до конца не выяснен вопрос о возникновении регенерантов-альбиносов и принципиальной возможности восстановлении у них фотосинтетического аппарата до или после колхицинирования. Остается открытым вопрос о генетической детерминации микроспор по реализации спорофитной программы in vitro. В связи с этим на кафедре была начата разработка нового научного направления по теме "Регенерация растений в культуре репродуктивных клеток зерновых злаков на основе методов клеточной инженерии". Были поставлены следующие задачи исследований: индукция процессов морфогенеза и регенерации растений в культуре изолированных пыльников и микроспор; изучение процессов деления и эмбриоидогенеза в культуре изолированных микроспор пшеницы; исследование биохимических закономерностей морфогенетических процессов в культуре клеток и тканей пшеницы и ячменя; создание эффективной технологии получения дигаплоидов пшеницы и ячменя на основе андрогенеза in vitro /1, 2, 3, 4/. Полученные экспериментальные данные можно сформулировать в виде следующих выводов. Показано, что для повышения частоты индукции андрогенных структур in vitro для зерновых злаков большое значение имеют следующие факторы: генотип и физиологическое состояние донорных растений, стадия развития микроспор, предобработка образцов низкими положительными температурами, питательные среды и условия культивирования. Установлено, что максимальный эффект при культивировании пыльников и микроспор ячменя и пшеницы отмечен для гибридных форм и для повышения эффективности получения гаплоидов предлагается использование техники дигаплоидов не из F1, а из F2, хотя при этом наблюдается некоторый проигрыш во времени, но повышается вероятность отбора лучших рекомбинантов. Показано, что максимальный выход андрогенных структур получен при культивировании пыльников пшеницы на средне-поздней стадии развития микроспор, а для ячменя на ранней одноядерной стадии развития микроспор. При этом существенное значение имеет плотность посадки пыльников на питательные среды. К повышению частоты андрогенеза приводит культивирование пыльников пшеницы и ячменя на жидкой питательной среде №6 с различными органическими добавками и оптимальным сочетанием фитогормонов. Для ячменя характерна высокая индукция андрогенных структур, но низкая регенерационная способность и высокий процент альбиносов среди полученных регенерантов. Использование крахмала, как гелеобразующего компонента вместо агара и мальтозы, в качестве трофического фактора среды вместо сахарозы, позволило повысить выход зеленых регенерантов в культуре пыльников ячменя. При изучении путей деления и эмбриоидогенеза в культуре изолированных микроспор пшеницы высокорегенерационного генотипа Казахстанская 4 установлено, что деление микроспор осуществляется тремя основными путями. Путь А - деление вегетативной клетки с последующим образованием морфогенного каллуса, проэмбрио и регенерации гаплоидного проростка. В этом случае генеративная клетка претерпевает один или два цикла деления и (или) дегенерирует. Путь Б - деление генеративной клетки наблюдается с меньшей частотой и приводит к образованию морфогенного каллуса, состоящего из мелких хорошо окрашиваемых клеток. Деление вегетативной клетки в этом случае не происходит. Путь В - равное деление исходного ядра микроспор. При этом возможно слияние ядер и образование диплоидных регенерантов. Цитоэмбриологическими исследованиями процессов морфогенеза установлено наличие прямого эмбриоидогенеза в культуре изолированных пыльников и микроспор пшеницы и ячменя. Также установлено, что в определенных условиях культивирования пыльников пшеницы прямой эмбриодогенез не всегда приводит к регенерации и формированию гаплоидного проростка. Эмбриоиды на исходной среде могут пролиферировать каллус и в этом случае регенерация растений происходит через дифференциацию вторичных меристематических зон (вторичный эмбриоидогенез), либо путем органогенеза (гемморизогенез). Показано, что развивающиеся in vitro андрогенные структуры (каллусы, глобулы и эмбриоиды) отличаются биохимической гетерогенностью. Морфогенные и неморфогенные каллусные линии существенно отличались по составу суммарных цитоплазматических белков. В то же время состав цитоплазматических белков соматического эмбриоида вторичной эмбриогенной зоны и зиготического зародыша (2n) электрофоретически идентичен. При изучении активности ферментов утилизации неорганического азота в культуре изолированных пыльников и микроспор ячменя и пшеницы установлено, что активность конститутивной НАДНзависимой нитратредуктазы проявляется в морфогенных каллусах без индукции регуляторными факторами. В неморфогенных каллусных линиях после часовой индукции светом и нитратами обнаруживается короткоживущая НАДН-нитратредуктаза. При исследовании коферментной специфичности глутаматдегидрогеназы (ГДГ) в культуре изолированных пыльников и микроспор пшеницы показано, что в морфогенных каллусных линиях проявляется НАДФ - специфичная ГДГ. В неморфогенных каллусах эта форма фермента не обнаружена. Можно предположить, что активность изученных ферментов, проявляющаяся в морфогенных каллусных линиях до процессов органогенеза, может быть использована в качестве биохимических маркеров ранних этапов морфогенеза в культуре изолированных микроспор злаков. В культуре изолированных колосьев ячменя процессы эмбриогенеза, эндоспермагенеза и формирования семени в целом протекают нормально на основе тех же закономерностей, которые характерны для интактных растений. Отличительной особенностью развития зерновки in vitro является ускорение на 7-10 дней сроков достижения полной спелости /5/. Разработана технология получения дигаплоидных линий на основе андрогенеза in vitro для высокорегенерационных генотипов ячменя и пшеницы /6/. Созданы и переданы для использования в селекционных программах 93 дигаплоидные линии, в т.ч. 78 дигаплоидных линий пшеницы. Еще одним биотехнологическим подходом улучшения растений и ускорения селекционного процесса является культура неоплодотворенных завязей и семяпочек. Однако, в работах этого направления много эмпирики и пока нет глубокого теоретического знания сущности биологических процессов, присущих культивируемому женскому гаметофиту. В частности, недостаток знаний о закономерностях морфогенеза в культуре изолированных завязей в значительной мере тормозит разработку метода. При этом в ряду других проблем наиболее актуальной является изучение факторов, "переключающих" женский гаметофит на незапрограммированный путь развития. Этот вопрос остается открытым для такой важной сельскохозяйственной культуры, как пшеница. Поэтому целью работ, проводимых на кафедре, было изучение развития неоплодотворенных завязей пшеницы in vitro /7/. Решались следующие задачи: подбор оптимальных питательных сред по их минеральному и гормональному составу; выявление отзывчивых генотипов; установление оптимальных сроков изолирования женского гаметофита; цитоэмбриологическое изучение возможных путей развития культивируемого женского гаметофита пшеницы. В результате проведенных исследований определены основные факторы, контролирующие процессы морфогенеза в культуре неоплодотворенных завязей пшеницы. Установлено, что минеральный и гормональный составы питательных сред играют ведущую роль в регуляции роста и развития культивируемых завязей. Из нескольких испытанных питательных сред наиболее оптимальными для выше указанных процессов являлись агаризованные среды Мурасиге и Скуга и №6 с высоким общим содержанием минеральных солей. Изменяя содержание и соотношение фитогормонов в среде, можно было направлять морфогенетические процессы в сторону каллусогенеза, эмбриоидогенеза и ризогенеза. Так, при высоких концентрациях кинетина индуцировался эмбриоидогенез. При этом интересно отметить, что если суммарная концентрация ауксинов была равна концентрации кинетина, то зародыши образовывались из соматических тканей нуцеллуса и внутреннего интегумента. Если содержание кинетина в среде было большим, чем ИУК и 2,4-Д вместе взятых, наблюдалось образование зародышей из клеток женского гаметофита. При высоком отношении ИУК к 2,4-Д и кинетину обнаруживалась тенденция к индукции роста корней. Другим фактором, оказывающим влияние на формирование морфогенетических структур, является генотип. В процессе культивирования неоплодотворенных завязей у исследованных генотипов большинство их были способны формировать каллусные структуры, но частота индукции каллусогенеза была высокой только лишь у двух генотипов - Саратовская 29 (19 %) и Безостая 1 х ЦГ 634 (F2) (20 %). Установлено, что гибриды обладали более высокой частотой индукции каллусогенеза по сравнению с сортами, однако, по мере стабилизации линий в последующих поколениях этот показатель снижался. Одним из лимитирующих факторов, регулирующих морфогенетические процессы в культуре репродуктивных органов, является стадия развития растений доноров и воздействие низкими положительными температурами. В отличии от культуры пыльников и микроспор женский гаметофит пшеницы способен к индукции новообразований на различных стадиях развития. Для озимых форм лучшие результаты получены при вычленении завязей из растений, находящихся в фазе колошения. У яровых форм оптимальной оказалась фаза выколашивания. Показано, что холодовая предобработка донорных растений приводит к положительному эффекту в зависимости от продолжительности действия. Выявлено, что озимые формы нуждаются в более длительной холодовой инкубации в сравнении с яровыми формами. Однако, выдерживание материала при низких положительных температурах свыше оптимальных сроков оказывает ингибирующее действие. При культивировании неоплодотворенных завязей пшеницы необходимо учитывать влияние ориентации экспланта и плотности посадки на рост и развитие женского гаметофита. Обобщая результаты цитоэмбриологических исследований, можно отметить, что развитие женского гаметофита вне материнского растения связано с сильными нарушениями, происходит потеря присущего им типа организации, рост завязей сопровождается разрушением элементов зародышевого мешка, образованием каллусной ткани. При определенных условиях в культуре неоплодотворенных завязей наблюдается индукция апомиксиса: гиногенез, апогаметия, нуцелярная и интегументальная эмбрионии. Однако, во всех случаях зародыши остаются недоразвитыми, не достигают стадии дифференцировки. Цитоплазматическая мужская стерильность (ЦМС), вызванная цитоплазматическими факторами, в настоящее время обнаружена у многих видов растений. ЦМС обуславливается определенными ядерно-цитоплазматическими отношениями и выражается в дегенерации большинства пыльцевых зерен и пыльников на определенных этапах их развития. Это явление широко используют для получения эффекта гетерозиса в первом поколении гибридных семян. Отцовская линия несет доминантные гены и при массовой гибридизации восстанавливает фертильность в потомстве. Гибридные семена дают гетерозисное потомство и фертильные семена, дающие высокий урожай растений. По данному направлению на кафедре было изучено влияния техасского и молдавского типов ЦМС кукурузы, а также линий - закрепителей ЦМС и восстановителей фертильности на индукцию процессов каллусо- и эмбриоидогенеза в культуре неоплодотворенных завязей. Тестированию были подвергнуты 8 линий кукурузы (Т, М, И913, И1902, И1263, И1296, И1457, И1475). Неоплодотворенные завязи изолировали на двух этапах формирования початка: I-IV этап завершение процесса формирования генеративных органов цветка и рост нитей рылец и II-VIII этап - выход нитей из обертки листьев, окружающих початок (классификация по Куперман). В качестве питательной среды использовали модифицированные среды МС1 с 1 мг/л 2,4-Д и 120 г/л сахарозы и МС2 с 3 мг/л 2,4-Д и 120 г/л сахарозы. Плотность посадки на одну пробирку колебалась в зависимости от размеров завязей от 4 до 10. Культивирование проводили в условиях термостата при температуре 26 ұ 2оС. В процессе культивирования завязи значительно увеличивались в размерах и в большинстве случаев наблюдался разрыв наружной оболочки завязей. Через 30-40 дней от начала культивирования во всех вариантах опыта были отмечены процессы каллусо- и эмбриоидогенеза. Во всех каллусных тканях наблюдался активный ризогенез. Других видов морфогенеза обнаружено не было. Все тестируемые линии кукурузы обладали эмбриогенным потенциалом. Наиболее высокая частота регенерации была отмечена у линий И1902 (10,7%), И1286(10,4%), И1475 (7,8%). У линий М, И1263, Т, И913 частота регенерации соответственно равнялась 5,2%, 5,0%, 2,5%, 1,3%. Через 30-40 дней от начала культивирования завязи пересаживали на свежие питательные среды. При этом у завязей удаляли наружные покровы, что способствовало индукции процессов регенерации. Растения-регенеранты на стадии 3-х листьев пересаживали в грунт. Цитологический анализ меристематической зоны корешков показал диплоидный уровень регенерантов (2n=20). По-видимому, в условиях in vitro происходит спонтанная диплоидизация хромосомного набора, что позволяет избегать процедуру колхицинирования. Растениярегенеранты характеризовались низкорослостью, отсутствием метелки, уменьшенным размером початков. Следует отметить, что между растениями-регенерантами и полевыми растениями наблюдался разрыв в сроках формирования початков. У растений-регенерантов эти процессы протекали ускоренно. Таким образом, результаты экспериментов показали наличие высокого эмбриогенного потенциала у всех протестированных линий кукурузы. Частота каллусогенеза была незначительной. В каллусах отмечен активный процесс ризогенеза. В связи с полученными данными была продолжена разработка этого направления - проводилось изучение взаимодействия геномов растительной клетки in vitro и in vivo. Задачей исследований на первом этапе разработки НИР было выяснение роли цитоплазмы в процессе морфогенеза и регенерации растений в культуре репродуктивных и соматических клеток зерновых злаков; отработка методов идентификации биохимических маркеров органелл растительной клетки. Для изучения широкого круга вопросов взаимодействия ядерных и цитоплазматических геномов в качестве объекта были использованы аллоплазматические линии яровой пшеницы Siete cerros с цитоплазмой родов: Aegilops cilindrica; Aegilops kotsehyci; Aegilops ventricose; Triticum spelta v. vavilov; Triticum dicocum; Agropyron glaucum. Были использованы разработанные на кафедре способы культивирования клеток и тканей зерновых злаков. Влияние чужеродных цитоплазм на экспрессию физиологических признаков - частота индукции каллусов, интенсивность и направленность морфогенетических признаков, частота регенерации растений и др. изучали на 26 линиях сортов Siete cerros и Ленинградка, а также на межвидовых и межродовых гибридах пшеницы ранних поколений. В качестве эксплантов для культивирования in vitro служили зрелые и незрелые зародыши, а также пыльники. Обнаружено, что каллусообразующая и регенерационная способность была значительно выше в опытах с незрелыми зародышами. Были подобраны питательные среды и выяснены наиболее отзывчивые к каллусогенезу аллоплазматические линии - Aegilops cilindrica / Siete cerros, Aegilops ventricose / Siete cerros, Triticum spelta / Siete cerros, Triticum turanicum / Siete cerros. Из морфогенных каллусов регенерировано более 60 зеленых растений. В культуре изолированных пыльников большинство испытанных генотипов на стандартных питательных средах не способны развиваться по спорофитному пути. Индуцированные каллусы в ряде случаев не обладают достаточным морфогенным потенциалом для регенерации зеленых растений за исключением линий - Aegilops potshyi, Triticum spelta v. vavilovi, у которых путем соматического эмбриогенеза удалось получить регенеранты. Одновременно проводилась работа по культуре пыльников отдаленных гибридов яровой, озимой, твердой пшениц с целью создания гомозиготных диплоидных линий для селекционных работ. Показана регенерационная способность гибридов ранних поколений сортов мягкой, яровой и озимой пшеницы. Так, по комбинациям Казахстанская 10 х Triticum timopheevi (F1), Алма-Атинская полукарликовая х Aegilops triaristata процент выхода эмбриоидов, способных к регенерации растений, составил 15,3% и 3,9%. При культивировании всех типов эксплантов выявлено, что цитоплазма рода Aegilops оказывает существенное влияние на индукцию и интенсивность морфогенеза in vitro. В культуре незрелых зародышей амфиплоидов создано более 60 сомаклональных линий. Этот материал представляет интерес для научно-практической работы в помощь селекции пшеницы и для изучения проблем взаимодействия растительных органелл. Передано селекционным учреждениям 65 сомаклональных аллоплазматических линий пшеницы, 15 линий межродовых (отдаленных) гибридов пшеницы. Для использования клеточных технологий применительно к злакам особую актуальность приобретает создание экспериментальных систем, обеспечивающих надежную регенерацию растений в культуре соматических тканей. В связи с этим на кафедре проводились исследования для выяснения ключевых факторов, определяющих морфогенетические процессы и стабильную массовую регенерацию в культуре тканей ячменя и пшеницы /8,9/. С использованием световой и сканирующей электронной микроскопии, выявлены особенности строения каллусов ячменя различных морфологических типов в связи с их морфогенетическими реакциями. Выявлено десять типов каллусов, различающихся по морфологическим признакам и по типу морфогенеза. Установлен факт взаимной обратимости морфогенных и неморфогенных типов тканей. Показано, что наряду с плотными тканями, рыхлые каллусы ячменя могут быть морфогенными. Независимо от способности к морфогенезу, рыхлые ткани наиболее стабильны при длительном субкультивировании. Проведена типизация клеток и показаны пути их взаимных превращений при культивировании. Выявлены различия между морфогенными и неморфогенными тканями по типу клеток, плотности их упаковки, взаимной ориентации и наличию на поверхности ткани тяжей или покровного слоя. Получены неморфогенные, органогенные, эмбриогенные, органо-эмбриогенные каллусы. Показано, что высокие концентрации 2,4-Д и низкие концентрации зеатина способствуют переключению программы морфогенеза на эмбриоидогенный путь развития. Подобраны оптимальные для каллусогенеза и органогенеза экспланты и разработаны способы их культивирования. Выявлены генотипы, которые рекомендуется использовать в технологиях, требующих получения соматических эмбриоидов (Черниговский 5, Днепровский 435). Впервые разработаны приемы получения рыхлых интенсивно растущих тканевых линий ячменя, способных к эмбриоидогенезу и регенерации растений в течение года (12 пассажей). Указанные линии рекомендуются для быстрого получения эмбриогенных клеточных суспензий, которые могут быть использованы в клеточной селекции и в исследованиях по клеточной и генной инженерии. Получены гистологические доказательства формирования эмбриоидов в каллусных культурах из незрелых зародышей пшеницы. Показано, что способность к соматическому эмбриогенезу определяется, главным образом, эпигенотипом. Впервые для оценки сомаклональной изменчивости растений-регенерантов в качестве биохимических маркеров наряду с глиадинами были использованы и другие запасные белки эндосперма пшеницы - высокомолекулярные глютеины. Новой информацией можно считать исследование поведения мейотических хромосом в материнских клетках пыльцы у регенерантов. Установлено, что фенотипические изменения у части полученных растений-регенерантов являются результатом структурных перестроек хромосом. Полученные эмбриогенные каллусные ткани могут быть использованы в исследованиях по клеточной и генной инженерии в качестве экспериментальных систем. Разработанные приемы получения эмбриогенных культур могут быть применены для быстрого размножения ценных генотипов. Оценка растений-регенерантов по электрофоретическому спектру глютеинов совместно с глиадинами расширяет возможность обнаружения изменчивости на биохимическом уровне. Полученные сомаклональные варианты с отклонениями мейотического процесса могут включаться в качестве исходного материала в селекционные программы для создания новых сортов пшеницы. Результаты работы с зерновыми злаками обобщены в монографии /10/. В течение последних лет на кафедре успешно ведутся работы по введению в культуру in vitro ценных сортов кормовых злаков и получению растений-регенерантов с улучшенными хозяйственно-ценными признаками /11, 12/. При разработке этой проблемы установлены генотические особенности процессов каллусогенеза, морфогенеза и регенерации в культуре in vitro кормовых злаков: житняка гребневидного (Agropyron pectinatum), житняка гребенчатого (Agropyron cristatum), житняка сибирского (Agropyron desertotum) и ломкоколосника ситникового (Psathyrostachys juncea). Выявлена широкая цитогенетическая гетерогенность в культивируемых клетках кормовых злаков, которая выражалась в изменении числа и структуры хромосом. Разработаны способы культивирования in vitro ценных генотипов кормовых злаков. Для каждого сорта подобраны оптимальные модификации питательной среды для каллусогенеза и регенерации в культуре зрелых зародышей кормовых злаков, которые рекомендуются использовать в технологиях, требующих получения растений-регенерантов. Получены сомаклональные варианты кормовых злаков, отличающиеся от исходных форм удвоенной плоидностью и улучшенными хозяйственно-ценными признаками, которые могут включаться в качестве исходного материала в генетико-селекционные программы. Закономерности каллусогенеза и морфогенеза изучались также в культуре соматических тканей амаранта зернового (Amaranthus hyrochondriacus) и амаранта метельчатого (Amaranthus paniculatus) - перспективных кормовых культур с ценными хозяйственно-биологическими признаками /13/. Установлено, что оптимальной для каллусообразования является среда Мурасиге и Скуга, дополненная 2 мг 2,4-Д и 0,1 мг кинетина. Впервые было получено четыре типа каллусных тканей амаранта, характеризующихся различным морфогенетическим потенциалом. Это типы каллусов стабильно сохраняют способность к развитию по определенному пути и могут служить удобными модельными системами для экспериментов по управляемому морфогенезу. Показано, что соматический эмбриогенез в культуре тканей амаранта протекает по двум путям развития: 1) прямой эмбриоидогенез - из паренхимоподобных клеток; 2) косвенный эмбриоидогенез - из меристематических клеток. Обнаружены явления полиэмбрионии и вторичного эмбриоидогенеза, в культуре эмбриогенных тканей амаранта. Разработаны биотехнологические приемы получения соматических зародышей в культуре тканей амаранта, включающие средующие процедуры: 1) получение эмбриогенного каллуса путем культивирования гипокотилей амаранта метельчатого на среде Мурасиге и Скуга с 2 мг 2,4-Д и 0,1 мг кинетина; 2) поддержание эмбриогенного потенциала путем пассирования первичного каллуса на безгормональную среду Мурасиге и Скуга; 3) гистологический контроль и отбор эмбриоидов. На кафедре совместно с лабораторией химии природных соединений Института органического синтеза и углехимии НАН РК проводилось исследование терпеноидных соединений, в частности, сесквитерпеновых лактонов в культуре тканей полыни и хартолеписа с целью выявления возможности биотехнологического получения биологически активных соединений /14/. Впервые показано, что высокой каллусообразующей способностью обладают экспланты из листьев асептических проростков хартолепсиса среднего, полыни Сиверса и стеблей полыни гладкой. Установлено, что в процессе культивирования каллусных тканей полыни гладкой и хартолепсиса среднего в них сохраняется способность к синтезу сесквитерпеновых лактонов. Впервые получена длительно культивируемая фототрофная тканевая линия полыни Сиверса, имеющая морфологию "волосяного корня". Оптимизирован состав питательной среды для поддержания высокой ростовой активности данной тканевой линии. Показано, что спиртовые экстракты из каллусных тканей полыни Сиверса обладают биологической активностью. При длительном культивировании тканевой линии полыни Сиверса доказан синтез g- ситостерола. Таким образом, подобраны экспланты и оптимизированы питательные среды для каллусообразования из полыни гладкой, хартолеписа среднего и полыни Сиверса, которые могут быть использованы для экспериментов при изучении механизма биосинтеза вторичных соединений в культуре тканей. Фототрофная тканевая линия полыни Сиверса, может быть в дальнейшем применена для создания автотрофной ткани. Под руководством член-корр. НАН РК И.Р.Рахимбаева на кафедре ведутся работы по фотобиотехнологии с микроводорослями /15/. Использование водорослей, отличающихся значительной лабильностью и технологичностью, открывает широкие возможности получения высокоценных физиологически активных соединений и увеличения дополнительных объемов продуктов для животноводства, ветеринарии, фармацевтической, пищевой, микробиологической и других видов промышленности. Целью исследований, проводимых на кафедре, было изучение биологически активных метаболитов, продуцируемых водорослями в моно- и двухвидовых культурах. Установлено, что в смешанных культурах с антагонистическим типом взаимовлияния одним из видов водорослей в окружающую среду продуцируются аллелопатические агенты, вызывающие гибель вида-партнера. Одним из таких соединений является полипептид, состоящий из 12 аминокислот. Такие соединения весьма распространены в альгоценозах и, по-видимому, участвуют в процессах доминирования видов, а также ответственны за сезонные сукцессии фитопланктона. Исследования в данном направлении продолжаются. Коллекция микроводорослей расширена. В настоящее время исследования ведутся в двух направлениях: изучение биологически активных соединений водорослей и изучение физиолого-биохимических характеристик видов водорослей, являющихся активными адсорбентами тяжелых металлов. Одновременно с развитием биотехнологических исследований на кафедре происходила организация преподавания биотехнологии и внедрение полученных результатов в учебный процесс. В Казахском государственном национальном университете имени аль-Фараби преподавание спецкурса "Культура клеток и биотехнология растений" на кафедре ведется с 1983 года. Профессором И.Р.Рахимбаевым и доцентом Г.Ж.Валихановой была разработана программа спецкурса для студентов 4-го курса дневного отделения и студентов 5-го курса вечернего отделения. В других вузах страны, насколько известно, в то время такой спецкурс не преподавался. В МГУ в те годы Р.Г.Бутенко читала для студентов 5-го курса кафедры физиологии растений несколько лекций по культуре тканей. В 1995г Редакционно-издательский кабинет Министерства образования Республики Казахстан издал программу этого спецкурса на казахском языке (Г.Ж.Валиханова "?niiaie eeaoeaea?ui ?anaiau ?i?aeoie i?oaaa ?ni?o ??ia ?niiaieoa? aeioaoiieiaeynuiu"" aa?aa?eaianu ) и разослал в вузы страны. С 1992-93 учебного года кафедра осуществляет специализацию биологов по биотехнологии на казахском и русском языках. В 1983 г было издано "Методическое руководство к практическим занятиям по культуре тканей растений". В 1995г РИК Министерства образования выпустило аналогичное руководство на казахском языке (Г.Ж.Валиханова "?niiaieoa? oeceieiaeynuiu" ?eeai i?aeoeeoiuia a?iae?ai ?ainoaiaeie i?n?ao"). В 1985г И.Р.Рахимбаевым были опубликованы "Методические рекомендации по спецкурсу Растительные гормоны", в 1989г - "Методическое руководство по применению ЭВМ в НИРС по культуре тканей" (Г.Ж.Валиханова и др.). В 1989г Г.Ж.Валихановой и И.Р.Рахимбаевым было опубликовано учебное пособие "Культура клеток и биотехнология растений". В 1993г в КазГУ было издано ещё одно учебное пособие: И.Р.Рахимбаев, С.Ж.Колумбаева, С.А.Джокебаева "Культура клеток и клеточная инженерия растений". Никакой другой учебной литературы по биотехнологии растений в начале обучения не имелось. Для подготовки к семинарским занятиям, зачету, экзамену, при написании курсовых и дипломных работ мы предоставляли студентам свои собственные книги, так как в библиотеках даже научную литературу, монографии найти было трудно. Позже Г.Ж.Валихановой был написан учебник "Биотехнология растений", который был рекомендован Решением коллегии Министерства образования Республики Казахстан в качестве учебника для студентов университетов, сельскохозяйственных, педагогических институтов и издан в 1996 году на средства Фонда СоросКазахстан тиражом 1000 экз и в качестве учебного гранта разослан многим вузам РК. В настоящее время издается аналогичный учебник на казахском языке. Также опубликованы учебные пособия "Эмбриология растений" (С.К.Мухамбетжанов, И,Р,Рахимбаев, А.Е.Ережепов, 1997 г). Следует отметить, что кафедра постоянно осуществляет подготовку научных кадров через стажировку и аспирантуру для вузов Казахстана. Кроме того, кафедра оказывает методическую помощь в преподавании биотехнологии растений в других вузах РК, предоставляя свои рабочие программы, учебно-методическую литературу и делясь своими знаниями в организации учебного процесса. Так, оказана существенная помощь в составлении учебного плана подготовки биотехнологов растений агроуниверситете. и разработке госстандарта в Казахском государственном Биотехнологические учреждения Казахстана по направлениям деятельности значительно отличаются друг от друга. Часть из них ориентированна на развитие фундаментальных биотехнологических исследований, являющихся основой интегрирования в мировое сообщество. Другие реализуют производственные биотехнологические проекты отраслевого характера, и некоторые решают задачи регионального масштаба. В связи с этими особенностями развития биотехнологии в Казахстане КазГУ им.аль-Фараби готовит специалистов по многоступенчатой системе, учитывающий мировые и национальные тенденции развития биотехнологии, а также региональную компоненту. Для восполнения дефицита специалистов биотехнологов в Республике на биологическом факультете КазГУ им. альФараби была открыта специальность "1201 - Биотехнология", разработаны государственные стандарты и типовые учебные планы для двухступенчатой системы обучения - бакалавриат (4 года) и магистратура (2 года). Таким образом в рамках специальности "1201-Биотехнология" реализуется концепция многоуровневого университетского образования, которая обеспечивает как фундаментальность профессиональной подготовки, так и глубокую научную специализацию, позволяющую полнее реализовать творческий потенциал каждого студента. Для выполнения биотехнологических проектов требуются квалифицированные специалисты, имеющие хорошую теоретическую подготовку, владеющие современными методами биотехнологии, способные решать актуальные вопросы производства. Такие специалисты биотехнологи нужны научно-производственным учреждениям биотехнологического, биологического, медико-биологического, сельскохозяйственного профиля, научноисследовательским лабораториям технологического профиля, предприятиям микробиологической, фармацевтической, пищевой, перерабатывающей промышленности, лабораториям, связанным с космическими и военно-стратегическими исследованиями, ботаническим садам, станциям защиты и селекции растений, отделам экологии министерств и ведомств. В связи с этим представляется целесообразным также начать подготовку в КазГУ дипломированных специалистов - биотехнологов по различным отраслям и областям применения со сроком обучения 5 лет. Такая форма обучения дает возможность подготовить специалиста для работы как на производстве, так и в науке. ЛИТЕРАТУРА 1. Тивари Ш. Морфогенез в культуре пыльников изолированных микроспор ячменя. // Автореф.канд.дисс. -Москва1989.-22 с 2. Искакова К.М. Морфогенез в длительно поддерживаемой культуре андрогенных каллусов ячменя. // Автореф.канд.дисс. Алма-Ата-1991.-21 с 3. Анапияев Б.Б. Морфогенез в культуре изолированных пыльников и микроспор пшеницы. // Автореф.канд.дисс. Алма-Ата-1992.22 с 4. Балабатыров Е.Б. Андрогенез в культуре изолированных пыльников пшеницы. // Автореф.канд.дисс. Алматы-1993.22 с 5. Азимова Е.Д. Развитие зерновки в культуре изолированных колосьев и эмбриогенез in vitro. // Автореф.канд.дисс. Душанбе1990.22 с 6. Кударов Б.Р., Ш.Тивари, Рахимбаев И.Р. Методические рекомендации по культуре пыльников и изолированных микроспор ячменя и пшеницы.Москва-1990.-34с. 7. Мухамбетжанов С.К. Рост и морфогенез в культуре неоплодотворенных завязей пшеницы. // Автореф.канд.дисс. Алма-Ата-1992.22 с 8. Бишимбаева Н.К. Морфологическая гетерогенность и регенерационная способность каллусных тканей ячменя. // Автореф.канд.дисс. Душанбе-1989.22 с 9. Кушнаренко С.В. Морфогенез и регенерация в культуре тканей пшеницы. // Автореф.канд.дисс. Душанбе1990.22 с 10. Рахимбаев И.Р., Тивари Ш., Бишимбаева Н.К., Кушнаренко С.В., Азимова Е.Д. Биотехнология зерновых культур. Алма-Ата-Изд. Галым1992239 с 11. Асанова Д.К. Культура кормовых злаков in vitro. // Автореф.канд.дисс. - Алматы-1996.- 20 с 12. Жексембекова М.А. Соматический эмбриогенез в культуре тканей амаранта. // Автореф.канд.дисс. Алматы1996.22 с 13. Харасов Р.М. Терпеноидные соединения в культуре тканей полыни и хартолеписа. // Автореф.канд.дисс. Алматы-1993.23 с 14. Джокебаева С.А. Биологически активные вещества циано-бактерий и их действие на рост зеленых водорослей и высших растений. // Автореф.канд.дисс. - Душанбе-1988.- 23 с SUMMARY This article is a review of scientific biotechnological trends, carring out at the chair of biotechnology, biochemistry, physiology of plant. The connection between scientific researches and the process of teaching biotechnology to the students of biological department is analysed. The perspectives of scientific works and training specialists in the various sphere of biotechnology have considered.
