Підвищення продуктивності сільськогосподарських рослин

Одна із цілей культивування рослинних клітин – одержання важливих для медицини і ряду галузей промисловості речовин. Для того, щоб виробництво було рентабельним, необхідно культивувати їх на простих за складом поживних середовищах. В той же час, середовища достатньо складні за складом і включають в себе вітаміни, гормони, джерела вуглеводного живлення, так як клітини в культурі являються гетеротрофами або володіють обмеженою здатністю до фотосинтезу. Суміщення в культивованих клітинах здатності до фотосинтезу і біосинтезу специфічних продуктів – малоймовірне. Тому введення в такі культури мікроорганізмів, які синтезують субстрати для росту рослинних клітин або попередники для біосинтезу корисних речовин являється досить привабливим.

В мікробіології досвід змішаного культивування є. Він показує, що системи мікроорганізмів більш ефективні, ніж монокультури. Їх використовують для очистки стічних вод, одержання ферментів, біологічно активних речовин (ауксини, вітаміни, антибіотики). Вважається, що в біотехнології знайдуть застосування змішані популяції, які включають як сполучення кількох штамів мікроорганізмів, так і представників царств рослин і тварин.

Покращення сільськогосподарських рослин передбачає одержання рослин, здатних до фіксації молекулярного азоту.

При внесенні добрив використовується від 30 до 50 % внесеного азоту. Інший шлях постування азоту в грунт – біологічна фіксація молекулярного азоту. Більша частина здійснюється азотфіксуючими симбіонтами, але цей процес характерних лише для деяких видів вищих рослин і мікроорганізмів. Для підвищення частки біологічної фіксації азоту застосовують з підходи:

– інокуляція азотфіксуючими мікроорганізмами (бактеріальні добрива). Недолік – низька виживаємість інтродукуємих чистих культур і витіснення їх природною мікрофлорою;

– створення азотфіксуючих рослин методами генної інженерії. При цьому пропонується вводити гени nif в протопласти вищих рослин. Перешкоди на цьому шляху: процес потребує великої кількості енергії, якої немає в рослинній клітині, немає також систем транспорту, запасів заліза і молібдену, необхідних для синтезу нітрогенази, немає систем захисту нітрогенази від інактивації киснем;

– введення цілих азотфіксуючих організмів в рослини. Такі асоціації повинні враховувати особливості організації природних азот фіксуючих симбіозів: цілісність обох партнерів; інтеграція партнерів в межах організму макросимбіонту; відносна відокремленість макросимбіонту.

За допомогою клітинної інженерії можна здійснити життєдіяльність азотфіксуючих організмів в клітинах і тканинах культурних рослин. При цьому можлива перевірка більшої кількості сполучень партнерів. В процесі культивування можлива також адаптація партнерів одне до одного. Крім того, бактеріальні симбіонти можуть бути інтегровані в тканини рослин зі збереженням їх інтактності, що дозволить захистити нітрогеназу від кисню, який виділяється рослиною в процесі фотосинтезу.

В даний час ці положення можуть бути підтверджені рядом експериментів.