Криосохранение

Рассмотрим процессы, происходящие в клетке при охлаждении. Точка замерзания чистой воды 0°С, но ее можно охладить до более низких температур (вплоть до -38°С), при этом льда не образуется. Такая вода называется переохлажденной. Снизить точку замерзания можно добавлением растворяющихся веществ, например хлорида натрия, или криопротекторов (глицерин, диметилсульфоксид, полиэтиленгликоль). При охлаждении водного раствора происходит постепенное образование чистого льда. В результате постепенного удаления из раствора воды (за счет перехода ее в лед) все растворенное вещества концентрируются в оставшемся растворе, вследствие чего заметно снижается его температура замерзания. По мере дальнейшего охлаждения вода из раствора будет продолжать удаляться до тех пор, пока, наконец, не будет достигнута температура плавления, при которой и этот концентрированный раствор твердеет.

Как клеточная стенка, так и плазматическая мембрана выступают в качестве барьеров для роста льда. Так как цитоплазма клетки по отношению к внеклеточной среде изначально гипертонична, то лед сначала образуется вне клетки. Внеклеточные растворы становятся концентрированными, и осмотический градиент через мембрану клетки меняет свое направление. В результате клетки начинают терять воду, постепенно обезвоживаясь, а растворы внутри клетки становятся более концентрированными, что является одной из главных причин повреждения клеток в процессе охлаждения (осмотический стресс). Другой причиной является образование внутриклеточного льда. Опасен рост центров кристаллизации в крупные кристаллы (более 0,1 мкм), чьи грани разрушают мембраны. Полностью рост и перестройка кристаллов льда прекращается в чистой воде только при температуре около -140°С. Вот почему длительное уверенное хранение возможно только при низких температурах. Таким образом, повреждение клеток при замораживании и последующем оттаивании зависит, с одной стороны, от образования льда внутри них (механический стресс), а с другой - от их обезвоживания (осмотический стресс). Процесс криосохранения очень сложен и требует глубинного изучения, но без него мы рискуем потерять очень важные и полезные сорта растений.

Литература

1. Артамонов В.И. Биотехнология – агропромышленному комплексу. М.: Наука, 1989. 160 с.

2. Артамонов В.И. Сельские профессии биотехнологии. М.: Изд-во МСХА, 1992. 127 с.

3. Атанасов А. Биотехнология в растениеводстве. Новосибирск: ИЦ и Г СО РАН, 1993. 241 с.