Interested Article - Микроклональное размножение растений

Микроклональное размножение растений — один из способов вегетативного размножения в условиях « in vitro ».

Общая информация

Для семенных растений характерны два способа размножения : и вегетативный. Оба эти способа имеют как преимущества, так и недостатки. К недостаткам семенного размножения следует отнести, в первую очередь, генетическую пестроту получаемого и длительность . При вегетативном размножении сохраняется генотип материнского растения и сокращается продолжительность ювенильного периода. Однако для большинства видов (в первую очередь для ) проблема вегетативного размножения остаётся до конца не решённой. Это обусловлено следующими причинами:

не все породы, даже на ювенильной стадии, могут размножаться вегетативным способом с требуемой эффективностью ( дуб , сосна , ель , и др.);
практически невозможно с помощью черенкования размножать многие виды древесных пород в возрасте старше 10—15 лет;
не всегда удаётся получать стандартный посадочный материал (возможность накопления и передачи инфекции);
трудоемкостью и сложностью операций при размножении взрослых (древесных) растений с помощью прививок ;
неэффективностью разработанных технологий для получения достаточного количества генетически однородного материала в течение года.

Достижения в области культуры клеток и тканей привели к созданию принципиально нового метода вегетативного размножения — клонального микроразмножения (получение в условиях in vitro (в пробирке ), растений, генетически идентичных исходному экземпляру). В основе метода лежит способность растительной клетки реализовывать присущую ей тотипотентность, то есть под влиянием экзогенных воздействий давать начало целому растительному организму .

Преимущества

Метод микроклонального размножения имеет ряд преимуществ перед существующими традиционными способами размножения:

получение генетически однородного посадочного материала;
освобождение растений от вирусов за счёт использования меристемной культуры ;
высокий коэффициент размножения: 10⁵—10⁶ — для травянистых растений , 10⁴—10⁵ — для кустарников , 10⁴ — для хвойных растений);
сокращение продолжительности селекционного процесса ;
ускорение перехода растений от ювенильной к репродуктивной фазе развития;
размножение растений, трудно размножаемых традиционными способами;
возможность проведения работ в течение года и экономия площадей, необходимых для выращивания посадочного материала.

Недостатки

трудоемкость технологии , сложный технологический цикл
высокие требования к квалификации персонала
высокая стоимость оборудования
трудоемкость адаптации клонов к естественным условиям выращивания.

История

Первые достижения в области клонального микроразмножения были получены в конце 50-х годов XX столетия французским учёным , которому удалось получить первые растения-регенеранты орхидей .

Успеху Ж. Мореля в микроразмножении способствовала уже разработанная к тому времени техника культивирования апикальной меристемы растений в условиях in vitro . Как правило, исследователи в качестве первичного экспланта использовали верхушечные меристемы травянистых растений: гвоздики , хризантемы , подсолнечника , гороха , кукурузы , одуванчика , салата и изучали влияние состава питательной среды на процессы регенерации и формирования растений. Ж. Морель в своих работах также использовал верхушку цимбидиума (сем. орхидные ) состоящую из конуса нарастания и двух-трёх листовых зачатков, из которой при определённых условиях наблюдал образование сферических сфер — протокормов . Сформировавшиеся протокормы можно было делить и затем культивировать самостоятельно на вновь приготовленной питательной среде до образования листовых примордиев и корней . В результате им было обнаружено, что этот процесс бесконечен и можно было получать в большом количестве высококачественный и генетически однородный, безвирусный посадочный материал.

В России работы по клональному микроразмножению были начаты в 60-х годах в лаборатории культуры тканей и морфогенеза Института физиологии растений им. К. А. Тимирязева РАН . Под руководством чл.-корр. РАН, академика РАСХН Бутенко Р. Г. были изучены условия микроразмножения картофеля , сахарной свеклы , гвоздики , герберы , фрезии и некоторых других растений и предложены промышленные технологии. Таким образом, первые успехи в клональном микроразмножении связаны с культивированием апикальных меристем травянистых растений на соответствующих питательных средах, обеспечивающих в конечном итоге получение растений-регенерантов.

Однако область применения микроразмножения разнообразна и имеет тенденцию к постоянному расширению. Это в первую очередь относится к размножению in vitro взрослых древесных пород, особенно хвойных, и использование техники in vitro для сохранения редких и исчезающих видов лекарственных растений.

Первые работы по культуре тканей древесных растений были опубликованы в середине 20-х годов XX столетия и связаны с именем французского учёного Готре. В них сообщалось о способности камбиальных тканей некоторых видов вяза и сосны к каллусогенезу in vitro . В последующих работах 40-х годов было выяснено о способности различных тканей вяза листового к образованию . Однако дальнейший рост и формирование побегов авторами не были получены. Лишь к середине 60-х годов Матесу удалось получить первые растения-регенеранты осины , которые были доведены до почвенной культуры. Культивирование тканей хвойных пород in vitro долгое время использовалось как объект исследования. Это было связано со специфическими трудностями культивирования ювенильных и тем более взрослых тканей, изолированных с растения. Известно, что древесные, и особенно хвойные, характеризуются медленным ростом, трудно укореняются, содержат большое количество вторичных соединений ( фенолы , терпены и другие вещества), которые в изолированных тканях окисляются различными . В свою очередь, продукты окисления фенолов обычно ингибируют деление и рост клеток что ведёт к гибели первичного экспланта или к уменьшению способности тканей древесных пород к регенерации адвентивных почек которая с возрастом растения-донора постепенно исчезает полностью. Однако, несмотря на все трудности, учёные все чаще используют в качестве объектов исследований различные ткани и органы древесных растений. Насчитывается более 200 видов древесных растений из 40 семейств, которые были размножены in vitro ( каштан , дуб , берёза , клен , осина , гибриды тополей с осиной, сосна , ель , секвойя и др.), а работы в этом направлении ведутся в научных учреждениях Москвы, Санкт-Петербурга, Воронежа, Уфы, Новосибирска, Архангельска, Киева, Одессы, Ялты и др.

Этапы и методы клонального микроразмножения

Саженцы бананов переносятся в субстат с вермикомпостом из питательной среды. Этот процесс сделан для акклиматизации саженцев к почве, поскольку они были ранее выращены в стерильной питательной среде при высокой влажности. После выращивания в течение нескольких дней саженцы переносят на поле

Процесс клонального микроразмножения можно разделить на четыре этапа:

выбор растения-донора, изолирование эксплантов и получение хорошо растущей стерильной культуры;
собственно микроразмножение, когда достигается получение максимального количества мериклонов;
укоренение размноженных побегов с последующей адаптацией их к почвенным условиям, а при необходимости депонирование растений-регенерантов при пониженной температуре (+2°, +10 °C);
выращивание растений в условиях теплицы и подготовка их к реализации или посадке в поле.

См. также

Примечания

Отдел растениеводства и защиты растений ФАО. (рус.) . www.fao.org (2008). Дата обращения: 26 декабря 2019. 26 декабря 2019 года.
(рус.) . Цветоводы Москвы . Дата обращения: 26 декабря 2019. 26 декабря 2019 года.

Литература

Бутенко Р. Г. Биология культивируемых клеток высших растений in vitro и биотехнологии на их основе, Монография. — Москва, ФБК-Пресс, 1999. — 159 с.
Катаева Н. В., Бутенко Р. Г. Клональное микроразмножение растений. — М., 1983.
Культура клеток растений / под ред. Р. Г. Бутенко. — М., 1986.