Практично важливі технології in vitro розроблені з використанням об'єктів різної складності організації, починаючи з ізольованих протопластів і закінчуючи ізольованими органами або зародками. Однак культивовані клітини відіграють при цьому центральну роль. Основним типом культивованої рослинної клітини є калусних.
Калусних тканиною. або каллусов називають тканину, що виникла шляхом неорганізованої проліферації клітин рослин. У свою чергу, проліферація це новоутворення клітин і тканин шляхом розмноження.
Для отримання каллуса фрагменти тканин різних органів рослин, звані експлантов, поміщають на штучне живильне середовище в пробірки, колби або чашки Петрі. Процес отримання та культивування каллуса вимагає абсолютної асептики. Експланти обробляють різними стерилізують розчинами, що містять найчастіше активний хлор або ртуть (гіпохлорити, сулема, діацід), до яких для кращого змочування додані детергенти. Живильні середовища і посуд перед використанням стерилізують гарячою парою в автоклавах. З'єднання, що руйнуються при високій температурі, стерилізують шляхом фільтрації через спеціальні фільтри, розмір пор яких не перевищує 0,2 мкм.
До складу поживних середовищ у вигляді солей входять основні елементи, необхідні для підтримки життя рослин: калій, кальцій, азот, магній, фосфор, сірка, а також мікроелементи: залізо, цинк, бор, мідь, марганець, кобальт та інші. Культивовані клітини не здатні до фотосинтезу, тому до складу поживних середовищ в якості джерела енергії включений цукор, найчастіше сахароза або глюкоза. Калусних клітини потребують також у вітамінах. Потреба в органічному азоті задовольняється за рахунок введення до складу середовища гідролізату казеїну або окремих амінокислот. Дуже важливим компонентом поживних середовищ є природні фітогормони (ІУК, ІМК, зеатин) або синтетичні регулятори росту з гормональною активністю: ауксинового - нафтілуксусная кислота (НУК), 2,4-діхлорфеноксіуксусная кислота (2,4-Д) або цитокініновою - бензіламінопурін (БАП ), кинетин і ін. Розроблено кілька варіантів стандартних поживних середовищ.
Тканина, що утворюється на живильному середовищі з клітин експлантов, називається первинним каллусов. Для підтримки його зростання у міру виснаження елементів живлення частина каллуса періодично переносять на свіже живильне середовище. Час між пересадками (субкультівірованія) варіює залежно від швидкості росту тканин від 3 до 6 тижнів. Каллус, постійно підтримуваний в культурі in vitro, називається пассіруемим.
Культивування каллуса на твердому живильному середовищі називається поверхневим. Крім поверхневої культури можна отримати суспензійну культуру клітин, що вирощується в рідкому поживному середовищі. Склад рідкого середовища, як правило, такий же, як і твердої, але без агару. Для отримання суспензійний культури більше підходять пухкі каллусов, розпадаються в рідкому середовищі на окремі клітини і групи з 5-50 клітин - агрегати. Суспензійні культури вирощують в колбах при обов'язковому перемішуванні на гойдалках, щоб забезпечити нормальне постачання клітин киснем. Періодично частина суспензії переносять в свіжу живильне середовище для підтримки безперервного зростання. Клітини в рідкому поживному середовищі розмножуються зазвичай швидше, ніж на твердій, тому проміжок часу між пересадками скорочується до 2-3 тижнів.
Стан культивованих тканин оцінюють за часткою живих клітин, швидкості росту і активності клітинних поділів. Життєздатність клітин визначають під мікроскопом з використанням спеціальних барвників, наприклад, синьою Еванса або метиленової синьої, феносафраніна, еозину і ін. Барвник не проникає в живі клітини, які зберегли цілісність плазматичноїмембрани, тому фарбуються тільки мертві клітини.
Зростання культур оцінюють по збільшенню сирої або сухої маси тканини в циклі вирощування або по збільшенню числа клітин в 1 мл. Останній показник частіше використовують для суспензійних культур. Зростання тканин складається з ділення і розтягнення клітин. Для характеристики активності поділу використовують показник званий мітотичним індексом. Це частка клітин, що знаходяться в даний момент часу в фазі мітозу. Визначають мітотичний індекс під мікроскопом на роздавлений препаратах або зрізах тканин, пофарбованих ацетоорсеіном або ацетокарміном, як відсоток діляться від загального числа клітин.
Зростання тканини в культурі in vitro описується S-подібної кривої. Весь цикл зростання прийнято розділяти на кілька фаз: латентна (лаг-фаза), де видимий зростання не спостерігається; експоненціальна, де зростання йде з прискоренням; лінійна, де швидкість росту постійна; фаза уповільнення зростання, стаціонарна фаза, під час якої маса тканини і число клітин не змінюються і фаза деградації, що супроводжується загибеллю клітин. Залежно від виду рослини, використовуваного експлантов, складу живильного середовища або умов вирощування співвідношення тривалості окремих фаз ростового циклу може змінюватися.
Клітини рослин, вирощені поза організмом, мають унікальну здатність не тільки ділитися, утворюючи неорганізовано зростаючу масу, але і переходити до вторинної диференціювання, даючи початок елементам судинної системи, зачатків органів або зародишеподобним структурам, які в подальшому розвиваються в цілу рослину. Властивість ізольованих клітин повністю реалізувати свій потенціал розвитку з утворенням нового організму називається тотипотентностью. Сукупність процесів диференціювання клітин з утворенням спеціалізованих органів і тканин об'єднується поняттям морфогенез в культурі in vitro.
Основним чинником, що викликає перехід неорганізовано розмножується клітини до морфогенезу, є зміна набору або кількості гормональних чинників в живильному середовищі. Поряд з гормонами на індукцію морфогенезу впливають цукру, окремі амінокислоти і інші трофічні речовини. Мають значення також інтенсивність і якість освітлення, температура, аерація і інші фізичні фактори.
Розрізняють декілька видів морфогенезу: гистогенез, органогенез і соматичний ембріогенез. Гістогенез. або гістологічна диференціація калусних клітин, це утворення в каллусе різних тканин: елементів судинної системи, молочних судин, волокон, трихом. Органогенез - це диференціація калусних клітин в цілі органи. Залежно від типу утворюються органів розрізняють гіногенез - освіту стеблових апексів, ризогенезу - ятати зачатків коренів і флоральний морфогенез - формування квіткової меристеми. Соматичний ембріогенез - це утворення в калусних або суспензійний культури ембріоїдів - зародишеподобних структур, здатних розвиватися в дорослу рослину.