BioScience Blog – Научный Биологический блог

Суспензионная культура растительных клеток является удобной модельной системой для изучения различных физиологических процессов, происходящих на клеточном уровне. Важнейшим процессом, обеспечивающим энергетические потребности клетки, является дыхание. В то же время, особенности процесса дыхания в клетках in vitro изучены недостаточно. В частности, практически не известно соотношение интенсивности общего и цианидрезистентного (альтернативного) дыхания в разные фазы роста культуры, а также влияние особенностей процесса дыхания клеток на биосинтетические способности клеток (в том числе синтеза вторичных метаболитов). Одной из наиболее интересных культур клеток – продуцентов вторичных метаболитов является Dioscorea deltoidea W. Клетки этой культуры синтезируют фуростаноловые гликозиды, содержание которых в высушенной биомассе достигает 10%. В качестве объекта исследования использовали мутантный штамм ДМ-0,5, полученный в Отделе биологии и биотехнологии ИФР РАН. Культивирование проводили в колбах на качалке по стандартной методике на жидкой среде Мурасиге-Скуга, с добавлением витаминов по Стаба, 2,4-D и кинетина. Для характеристики роста и физиологического состояния культуры использовали сырую и сухую массу клеток, их концентрацию в суспензии и жизнеспособность. В процессе выращивания проводили количественное определение фуростаноловых гликозидов спектрофотометрическим методом. Общую скорость дыхания и вклад различных его путей в общее поглощение кислорода на разных стадиях культивирования проводили на полярографической установке, используя ингибиторный анализ. В результате проведенных экспериментов были получены характерные S-образные кривые роста по всем исследуемым параметрам. Максимальная удельная скорость роста в экспоненциальной фазе достигала 0,393 к концу цикла накопление биомассы по сухому весу достигало 9,31, показатели жизнеспособности культуры колебались от 87% в начале цикла до 65% в конце цикла. Содержание фурастоноловых гликозидов к концу цикла составляло 6-8% к сухой массе клеток. Максимальная интенсивность дыхания наблюдалась на стадии экспоненциального роста (856,9±81,6 мгО2/ч*гсыр.массы). На стадии замедления роста и отмирания клеток наблюдалось снижение общей интенсивности дыхания (697,9±66,5 мгО2/ч*гсыр.массы) на фоне увеличения вклада остаточного дыхания в общее поглощение кислорода, что коррелирует с общим снижением всех ростовых и биосинтетических характеристик (жизнеспособность, сырой и сухой вес).