Схема микроклонального размножения земляники

Добавил пользователь Morpheus
Обновлено: 19.09.2024

Федеральное государственное бюджетное учреждение

РОССИЙСКИЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЙ ЦЕНТР

Микроклональное размножение земляники

Земляника садовая очень широко распространенная и популярная ягода в мире и ценится за низкокалорийные углеводы и высокое содержание волокон, она очень хороший источник натуральных антиаксидантов, включая каратеноиды, витамины, фенолы, ароматизаторы. В настоящее время не просто вырастить качественную рассаду земляники без болезней и вредителей.

Специалисты Ленинградского филиала начали освоение микроклонального размножения земляники с целью получения оздоровленного посадочного материала от вирусных болезней.

Микроклональное размножение дает возможность получения огромного количества однородных здоровых растений за короткое время. Сокращаются сроки создания внедрения новых сортов в производство.

Оздоровленные растения земляники обеспечивают высокий и устойчивый урожай, увеличивают силу роста и способность к вегетативному размножению и используют для закладки маточников.

Во многих странах мира таким образом производят посадочный материал плодовых растений - банана, цитрусовых, ананаса, клубники, а также таких культур как сахарный тростник, картофель, батат и маниока. Среди декоративных растений микроклональным путем размножают различные виды антуриума, гербер, орхидей, роз.

Сегодня метод размножения и культивирования in vitro также широко используется для решения задач сохранения и восстановления генофонда редких и исчезающих видов растений.

Крошечные кусочки листа, побега или другой части растений (экспланты) культивируют на специально подобранной питательной среде в стерильных условиях (Рисунок 1). Затем микрорастения черенкуют и укореняют уже на среде другого состава. Далее следует очень важный этап адаптации, в ходе которого нежные растительные клоны приучают к жизни в условиях атмосферы и почвогрунта. Теоретически все растения могут быть подвергнуты микроразмножению, но на практике лабораторные протоколы (точные методики с четко определенными составами сред и другими условиями) для многих растений не разработаны. Часто требуются серьезные исследования, чтобы выяснить, как именно размножать определенные культуры микроклональным путем.

Схема процесса микроклонального размножения растений в декоративном и сельскохозяйственном растениеводстве: 1 – стерилизация эксплантов, 2 – культивирование в стерильных условиях, 3 - микрочеренкование, 4 – укоренение, 5 – повторное размножение, 6 – адаптация микроклонов, 7 – высадка в грунт

Почему микроклональное размножение растений – удобный и широко используемый в мире подход для применения в сельскохозяйственном производстве? Этот способ имеет ряд серьезных преимуществ перед традиционным размножением семенами или черенкованием:

Получение генетически однородного посадочного материала;
Радикальное оздоровление растений путем удаления возбудителей вирусных, грибных, бактериальных и других инфекций;
Высокий коэффициент размножения, а значит быстрое получение большого количества посадочного материала;
Возможность проведения работ в круглогодичном режиме.

Благодаря своим особенностям микроклональное размножение растений подходит для решения специфических задач сельскохозяйственного растениеводства и садоводства:

Микроклональное размножение земляники садовой определенных сортов с получением посадочного материала для промышленного культивирования

Массовое выращивание растений с заданными качествами: микроразмножение иногда используется для получения растений с более высокой скоростью роста (которую также связывают с более низким содержанием возбудителей болезней растений в искусственно выращенном материале), образующих более компактные кусты и др.

В России сегодня работает меньше десятка предприятий, специализирующихся на микроклональном размножении растений и адаптации микроклонов. Потребности рынка при этом очень велики. При наличии квалифицированных кадров, необходимого оснащения биотехнологической лаборатории и при умелой организации процесса микроклональное размножение может стать частью технологического процесса непрерывного производства посадочного материала для сельхозпроизводителей и садоводов.

Для каждого огородника, хоть профессионала, хоть любителя, важно знать, каким образом можно размножать свои посадки. Способов существует достаточно много, и одним из наиболее интересных и действенных является метод микроклонального размножения. Что это такое, как работает и все основные его премудрости - в нашем материале.

Что же это?

Начнем сразу с самого главного. В словосочетании "микроклональное размножение" второе слово понятно всем, а вот первое - только избранным. Проясним ситуацию. Что же есть такое "микроклональное"?

Если говорить "умным" научным языком, то это особый подвид вегетативного размножения с использованием техники под названием "инвитро" (in vitro), который дает возможность получить растения в более короткие сроки. Понятнее и подробнее будем разбираться дальше, и для этого сначала напомним о том, что представляет собой вегетативное размножение, и поясним, что означает термин "инвитро".

В научных дебрях

Из курса школьной биологии нам известно, что размножать растения можно двумя путями: семенным (когда мы разбрасываем в почву семена) и вегетативным. Вегетативное размножение является бесполым, оно происходит с помощью отделения некой части от растения-родителя. Почкование, укоренение молодых побегов, пересадка луковиц - все это вегетативное размножение.

Казалось бы, с помощью семян увеличивать численность растений гораздо проще - нет такой мороки. Однако у этого метода есть немало минусов; в отдельных случаях воспользоваться семенами вообще невозможно - и вегетативный способ, неоспоримое преимущество которого перед первым состоит в сохранении совокупности генов растения-родителя, остается единственно доступным и удобным. Но к сожалению, недостатков хватает и у него. Например, отсутствие нужной эффективности (у таких, допустим, растений, как дуб, сосна и так далее), "пожилые" древесные породы (которым больше 15 лет) не способны размножаться черенкованием, подобные процедуры довольно трудоемки и энергозатратны, не всегда полученные растения соответствуют норме и образцу (могут быть зараженными) - ну и так далее.

И именно для этих случаев существует технология микроклонального размножения растений, которая, как Чип и Дейл, спешит на помощь. Как уже говорилось выше, она осуществляется в технике "инвитро", что с латинского языка переводится как "в пробирке". Таким образом, данная методика позволяет "клонировать" в "пробирке" растение с генами точь-в-точь такими, как и у родительской особи. Это происходит благодаря тому, что клетка способна давать жизнь новому организму под влиянием внешних факторов.

У технологии микроклонального размножения есть, бесспорно, целый ряд достоинств и преимуществ. О них далее и поговорим.

Чем метод микроклонального размножения лучше

Многим! И в первую очередь отсутствием вирусов и инфекций у выведенных растений (потому, что для этого используются особые клетки - они называются меристемными, особенность их заключается в непрестанном делении и наличии физиологической активности на протяжении всей жизни). Также у растений, "добываемых" таким способом, присутствует достаточно высокий объем размножения, а весь селекционный процесс проходит гораздо быстрее. С помощью технологии микроклонального размножения возможно осуществить эту процедуру и для тех растений, для которых обычными, "традиционными" методами это сделать крайне проблематично. Наконец, в технике "инвитро" выращивать растения можно в течение всего года, не ограничиваясь каким-либо одним промежутком. Так что плюсов у подобной методики действительно много. И прежде чем углубляться в суть микроклонального размножения растений, коснемся немного истории возникновения данного способа. Кому и как пришла в голову такая идея?

История метода

Первым успешный опыт над орхидеями произвел ученый-француз еще в пятидесятых годах прошлого столетия. При этом не он стал изначально заниматься техникой "инвитро" - ее разрабатывали и до него, и вполне успешно. Однако именно Жан Морель - таково имя француза-экспериментатора - решился на подобный опыт и осуществил его вполне удачно. Работы же, рассказывающие про данную технику, появились еще на несколько десятилетий до него - в двадцатых годах прошлого же столетия.

"Пробирочный клон" древесного растения - конкретно осины - был получен в шестидесятых годах. Работать с деревом оказалось труднее, нежели с цветами и иными видами растений, однако и эти трудности через определенный промежуток времени были преодолены. В настоящее время более 200 видов деревьев из более чем сорока семейств можно получать "пробирочным" способом. Технология микроклонального размножения растений оправдывает себя и дает свои плоды.

Подробнее о методе

Как уже можно было догадаться, в разработке и применении микроклонального размножения растений существует много своих тонкостей. Так, например, есть особые этапы у данной технологии, соблюдать которые для получения желаемого результата просто необходимо. Нужно понимать, что пренебрежение последовательностью действий или каким-то этапом может принести абсолютно не тот итог, на который рассчитывает селекционер. Итак, об этапах данной методики мы и поговорим далее.

Этапы микроклонального размножения растений

Подобная технология предполагает четыре "ступеньки" на пути к получению заветных "клонов". Постараемся рассказать о них как можно более ненаучно, поскольку термины биотехнологии - вещь все же не самая понятная для широкой аудитории. И, кстати, один из этих терминов тут же и поясним: эксплант - так ученые в данной области именуют отделенный от родительского организма новый организм. То есть тот самый "подопытный", который и будут выращивать далее.

Итак, перейдем к нашим "ступенькам". Первый шажок - это выбор собственно родителя - или донора. К этому вопросу следует подойти с максимальной серьезностью и ответственностью, потому что для получения хорошего, крепкого, здорового растения мы и "оригинал" должны подобрать такой же. Яблоко-то от яблони, как известно, недалеко падает.

На этом же этапе необходимо изолировать и стерилизовать экспланты, после чего организовать такие условия, чтобы рост этих самых эксплантов в технике "инвитро" происходил максимально комфортно.

Вторая "ступенька" проще некуда - это само размножение. Оно возможно через месяц-полтора, когда мини-череночки уже достигли размера горошинок и имеют зачатки всех вегетативных органов. За ним, в свою очередь, следует укоренение побегов, которые получились на предыдущем этапе. Его проводят, когда растение уже образовало хорошую корневую систему.

Последний шаг - помощь растениям в адаптации к "жизни" в почве, выращивание их в теплице, последующая пересадка в землю либо реализация - так сказать, "отправление в большой мир". Этот этап, как это ни странно, наиболее трудоемкий и многозатратный, поскольку очень часто, к сожалению, бывает такое, что, оказавшись в почве, растение начинает терять листья, останавливаться в росте – а затем и вовсе оно может погибнуть. Все это происходит потому, что пробирочные растения при пересадке в грунт теряют очень много воды. Следовательно, необходимо в процессе пересаживания предотвратить подобную возможность – для чего рекомендуется опрыскивать листья 50-процентным водным раствором глицерина или смесью парафина. Делать это необходимо на протяжении всего акклиматизационного периода. Кроме того, в некоторых случаях целесообразной является намеренная микоризация – то есть искусственное внедрение в ткани растения грибов, которые заражают его. Проводится это для того, чтобы растение получило как можно больше полезных питательных и органических веществ, а также было защищено от различных патогенов.

Вот и все этапы микроклонального размножения, в которых, как мы видим, нет ничего глобально сложного или сверхъестественного, однако, повторим еще раз, все это мероприятие требует большой ответственности и внимания.

Влияющие факторы

Сортовые, видовые и физиологические особенности растения-родителя – оно должно быть здоровым, интенсивно расти, при необходимости обработано температурным воздействием.
Возраст, строение и происхождение экспланта.
Длительность культивирования.
Эффективность стерилизации.
Удачная питательная среда.
Гормоны, минеральные соли, углеводы, витамины.
Температура и освещение.

Что нужно для микроразмножения

К растениям, которые будут размножать вышеуказанным образом, предъявляется одно очень важное требование - помимо того, что они должны быть здоровы. Это непременное сохранение генетической стабильности на протяжении всех вышеупомянутых этапов. Такому требованию лучше всего отвечают апикальные меристемы, а также пазушные почки стеблевого происхождения, поэтому именно их и предпочитают использовать для интересующей нас процедуры.

Вышеупомянутые термины должны быть непонятны простому обывателю. Ниже попробуем растолковать, что это за звери такие и с чем их подавать к столу.

Апикальные меристемы

Выше мы уже упоминали о существовании особых меристемных клеток - иначе говоря, образовательных. Это клетки, которые непрестанно делятся, всегда находятся в состоянии физической активности - благодаря чему нарастает масса растения и образуется особая ткань этого самого растения. Она и называется меристемой. Видов меристем бывает много разных. В целом их можно поделить на общие и специальные. В понятие общих меристем входят три группы, которые как бы вытекают одна из другой. Самая первая меристема у растения - меристема зародыша, из которой как раз-таки и берет начало интересующая нас апикальная меристема.

Слово "апикальный" произошло от латинского "апикс" и переводится оно как "вершина". Таким образом, это верхушечная система тканей, находящаяся на самом кончике зародыша - и именно из нее впоследствии формируется побег и начинается его рост и развитие. Значит, говоря об апикальной меристеме как об объекте для микроклонирования, мы должны понимать, что берем для наших нужд верхушечку зародыша.

С пазушными почками немного проще. Что такое почки, знают все. Пазушная почка - та, что родилась из пазухи листа. Пазуха листа, в свою очередь, это угол между листом и его стеблем; оттуда будет как раз и расти почка либо же побег. Вот эту самую часть, то есть будущий боковой побег, и берут тоже для последующего микроразмножения.

Теперь, когда свет над завесой тайны немного пролит, можно перейти, наконец, и к методам микроклонального размножения растений.

Способы размножения микро-образом

Микроклональное размножение тем еще хорошо, что предполагает в своей основе возможность использования сразу нескольких различных техник. Постараемся как можно проще осветить каждую из них. Всего насчитывается четыре метода микроклонального размножения растений.

Первый. Активация уже существующих в растении меристем

Что это значит? В растении, даже таком крошечном микрокусочке, уже заложены определенные меристемы. Это верхушка стебля и пазушные его почки. Для того чтобы микроклонировать растение, можно "в пробирке" "разбудить" эти спящие доселе меристемы. Достигается это либо удалением верхушечной меристемы микроросточка, вернее, его стебля, а затем черенкованием побега в технике "инвитро" либо же внедрением в питательную среду растения особых веществ, которые активизируют рост и развитие пазушных побегов. Метод активации "спящих" меристем является основным, наиболее популярным и действенным, а разработан он был еще в семидесятых годах минувшего столетия. Первым "подопытным кроликом" в применении микроклонального размножения растений подобного типа стала земляника. Важно заметить, впрочем, что бесконечно размножать культуры подобным образом запрещено, поскольку это чревато потерей способности к укоренению, а в некоторых случаях – гибелью растения.

Второй. Появление адвентивных почек силами самого растения

У любой изолированной части растения есть поистине волшебная способность, своя суперсила. Если при микроклональном размножении питательная среда растения и все прочие условия жизни благоприятны и комфортны, то оно может восстанавливать недостающие части. Происходит своеобразная регенерация - ткани растения образуют адвентивные, или придаточные почки - то есть такие, что возникают как бы "из старых запасов", а не из новых тканей. Такие почки необычны тем, что появляются, как правило, в тех местах, откуда их возникновения никак не ждешь - на корнях, к примеру. Именно подобным способом часто размножают многие цветы, опять же - землянику. Это второй по популярности и действенности метод микроклонального размножения растений.

Третий. Соматический эмбриогенез

Активно подобным методом микроклонального размножения растений пользуются при размножении масличной пальмы. Все дело в том, что, поскольку у нее нет ни побегов, ни боковых ростков, вегетативное размножение ее невозможно (ну или, во всяком случае, весьма и весьма затруднительно), как невозможно и черенкование. Таким образом, вышеуказанная методология единственная из всех наиболее доступна и оптимальна при работе с данным растением.

Четвертый. Работа с каллусной тканью

Данный метод из всех четырех вышеприведенных является, пожалуй, наименее востребованным. В первую очередь, это связано с тем, что слишком частое разделение клеток каллусной ткани способно привести к генным нарушениям и мутациям разного уровня. Поскольку сохранение генотипа очень важно для микроклонального размножения, и культура тканей должна соблюдаться на высшем уровне. Кроме того, при вышеуказанных нарушениях проявляются и иные недостатки: низкорослость, восприимчивость к болезням и так далее. Впрочем, в некоторых случаях исключительно подобным способом и возможно размножение – например, для сахарной свеклы иного метода попросту не подобрать.

Далее мы для примера скажем пару слов о клонировании конкретных растений, но прежде –нужно поделиться информацией об оздоровлении растений, использующихся в качестве посадочного материала. Каким образом этого можно добиться?

Оздоровление

О клонировании картофеля

При микроклональном размножении картофеля его выращивают в пробирках по два черенка, пробирки помещаются под свет люминесцентных ламп силой от шести до восьми тысяч люкс, температура сохраняется ночью в пределах восемнадцати градусов, днем – приблизительно двадцать пять. В России именно картофель выращивают с помощью клонирования наиболее активно.

О клонировании яблони: что нужно знать

В микроклональном размножении яблони широко применяется первый способ – размножение с помощью пазушных почек. Отмечается высокая способность данной культуры к укоренению и приживаемость большего количества эксплантов.

Их помещали в жидкую питательную среду, которая постоянно – ежедневно – обновлялась. Температура для пробирочных растений также поддерживалась на уровне двадцати пяти градусов днем, эксперимент проводился в течение трех-четырех недель.

Интересные факты

Такова информация о микроклональном размножении растений – теме насколько сложной, настолько и интересной.