Установите последовательность этапов размножения растений с помощью культуры ткани
Обновлено: 08.07.2024
Воспроизведение организмов, его значение. Способы размножения, сходство и различие полового и бесполого размножения. Оплодотворение у цветковых растений и позвоночных животных. Внешнее и внутреннее оплодотворение .
Онтогенез и присущие ему закономерности. Эмбриональное и постэмбриональное развитие организмов. Причины нарушения развития организмов.
Закономерности изменчивости. Ненаследственная (модификационная) изменчивость . Норма реакции . Наследственная изменчивость: мутационная, комбинативная. Виды мутаций и их причины. Значение изменчивости в жизни организмов и в эволюции .
Селекция , ее задачи и практическое значение. Вклад Н.И. Вавилова в развитие селекции: учение о центрах многообразия и происхождения культурных растений; закон гомологических рядов в наследственной изменчивости. Методы селекции и их генетические основы. Методы выведения новых сортов растений, пород животных, штаммов микроорганизмов. Значение генетики для селекции. Биологические основы выращивания культурных растений и домашних животных.
Биотехнология , ее направления. Клеточная и генная инженерия, клонирование . Роль клеточной теории в становлении и развитии биотехнологии. Значение биотехнологии для развития селекции, сельского хозяйства, микробиологической промышленности, сохранения генофонда планеты. Этические аспекты развития некоторых исследований в биотехнологии (клонирование человека, направленные изменения генома).
Заданий относится к повышенному уровню, за правильное выполнение можно получить 2 балла.
Разбор типовых заданий №8 ЕГЭ по биологии
- Воспроизведение организмов/Биотехнология
- Закономерности наследственности и изменчивости
- Онтогенез. Жизненный цикл растений/ Зародышевые листки
Выглядит сложно, но, если разобраться, то все не так плохо. Можно выделить 20 типов заданий, это не так много, потому что несколько заданий могут относиться к одной теме.
Воспроизведение организмов и Биотехнология
Половое и бесполое размножение
А) происходит без образования гамет
Б) участвует лишь один организм
В) происходит слияние гаплоидных ядер
Г) образуется потомство идентичное исходной особи
Д) у потомства проявляется комбинативная изменчивость
Е) происходит с образованием гамет
Запишите в ответ цифры, расположив их в порядке, соответствующем буквам:
Основная черта полового размножения — участие в процессе гамет (половых клеток) двух разнополых организмов, потомство притом получается разнородным, так как проявляется наследственная изменчивость, а именно — комбинативная.
У бесполого размножения, соответственно, все наоборот: потомство идентичное, участвует одна особь.
| А | Б | В | Г | Д | Е |
| 1 | 1 | 2 | 1 | 2 | 2 |
Установите соответствие между способом размножения и конкретным примером: к каждой позиции, данной в первом столбце, подберите соответствующую позицию из второго столбца.
А) спорообразование папоротника
Б) образование гамет хламидомонады
В) образование спор у сфагнума
Г) почкование дрожжей
Запишите в ответ цифры, расположив их в порядке, соответствующем буквам:
Читаем дальше. Нерест рыбы. Это просто. Ну, конечно же, это половое размножение.
Почкование — однозначно бесполое. Очень известный пример данного типа размножения, поэтому вряд ли вызовет вопросы.
И у мха, и у папоротника есть зиготы. В ответах этого слова нет, так что относится к половому размножению эти варианты не могут.
| А | Б | В | Г | Д |
| 1 | 2 | 1 | 1 | 2 |
Гаметогенез
Установите соответствие между процессом, происходящим при сперматогенезе, и зоной, в которой происходит данный процесс.
А) митотическое деление первичных половых клеток
Б) образование диплоидных сперматогониев
В) образование сперматоцитов 1-го порядка
Г) мейотическое деление клеток
Д) образование гаплоидных сперматид
2) зона размножения
3) зона созревания
Запишите в ответ цифры, расположив их в порядке, соответствующем буквам:
Гаметогенез -процесс развития и созревания половых клеток: сперматозоидов и яйцеклеток.
На каждой стадии у клеток есть свои названия:
Клетки, получившиеся в результате митозов называются сперматогонии и овогонии.
Клетки, которые делятся первый раз мейозом- сперматоцит и овоциты I порядка.
Второй раз мейоз — сперматоциты и овоциты II порядка.
После второго мейоза сперматоциты становятся сперматидами, а потом- сперматозоидами.
После второго мейоза 3 клетки отмирают, а одна становится яйцеклеткой.
Рассмотрим еще одну схему. Стадия размножения охватывает многократное деление митозом первичных половых клеток.
Увеличение размеров клеток и первый мейоз- стадия роста.
Второй мейоз и до конца – созревание.
Соединим данные с названиями клеток, стадиями и делениями:
| А | Б | В | Г | Д |
| 2 | 2 | 1 | 3 | 3 |
Типы развития насекомых
- Прямое – ребенок похож на родителя, только меньше по размерам и у него недоразвиты некоторые органы (млекопитающие, птицы).
- Непрямое (с превращением, с метаморфозом) – ребенок (личинка) сильно отличается от родителя (лягушки, насекомые).
При непрямом развитии уменьшена конкуренция между детьми и взрослыми, поскольку они живут в разных местах и питаются разной пищей.
У всех насекомых развитие непрямое, превращение может быть полное и неполное.
Полное: из яйца развивается личинка, она питается, растет, затем превращается в покоящуюся стадию куколку, внутри которой происходит полная перестройка всех органов, из куколки выходит взрослое насекомое ( имаго ).
Неполное: стадия куколки отсутствует.
Установите соответствие между насекомым и типом его развития: к каждой позиции, данной в первом столбце, подберите соответствующую позицию из второго столбца.
А) медоносная пчела
В) азиатская саранча
Г) капустная белянка
Д) зеленый кузнечик
1) с неполным превращением
2) с полным превращением
Запишите в ответ цифры, расположив их в порядке, соответствующем буквам:
Для выполнения этого задания нужно не только выучить что такое полное\неполное превращение, но и отряды насекомых (или как минимум по представителю).
| А | Б | В | Г | Д |
| 2 | 2 | 1 | 2 | 1 |
Различные методы
Установите соответствие между методом селекции и его использованием в селекции растений и животных.
А) массовый отбор
Б) отбор по экстерьеру
В) получение полиплоидов
Г) искусственный мутагенез
Д) испытание родителей по потомству
1) селекция растений
2) селекция животных
Запишите в ответ цифры, расположив их в порядке, соответствующем буквам:
Массовый отбор, наверно, больше характерен для растений нежели, для животных. Растений просто больше и они занимают большие площади территории.
Экстерьер — внешний вид . Это относится к селекции животных. Выведение новых пород основано и на этом тоже, на внешнем виде.
Полиплоидов скорее легче получить у растений, чем у животных. Они проще.
Животных не подвергают искусственному мутагенезу из-за смертности.
Родители, потомство — явно говорится о животных.
| А | Б | В | Г | Д |
| 1 | 2 | 1 | 1 | 2 |
Установите соответствие между методами и областями науки и производства, в которых эти методы используются: к каждой позиции, данной в первом столбце, подберите соответствующую позицию из второго столбца.
А) получение полиплоидов
Б) метод культуры клеток и тканей
В) использование дрожжей для производства
белков и витаминов
Г) метод рекомбинантных плазмид
Д) испытание по потомству
Запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.
Разберемся с терминологией:
Биотехнология — это производство необходимых человеку продуктов и материалов с помощью живых организмов, культивируемых клеток и биологических процессов.
Селекция: получение полиплоидов; испытание по потомству; гетерозис. Биотехнология: метод культуры клеток и тканей; использование дрожжей для производства белков и витаминов; метод рекомбинантных плазмид.
Гетерозис — увеличение жизнеспособности гибридов вследствие унаследования определённого набора аллелей различных генов от своих разнородных родителей.
По простому, если обобщить, то в биотехнологии из одного генерируют другое, а при селекции используют существующие материалы и работают с ними.
| А | Б | В | Г | Д | Е |
| 1 | 2 | 2 | 2 | 1 | 1 |
Установите соответствие между приёмами и методами биотехнологии: для этого к каждому элементу первого столбца подберите соответствующий элемент из второго столбца.
А) работа с каллусной тканью
Б) введение плазмид в бактериальные
В) гибридизация соматических клеток
Г) трансплантация ядер клеток
Д) получение рекомбинантной ДНК и РНК
1) клеточная инженерия
2) генная инженерия
Запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами:
Здесь все совсем легко: где клетка — там клеточная инженерия, где не клетка- генная. Ну и ткань состоит из клеток.
| А | Б | В | Г | Д |
| 1 | 2 | 1 | 1 | 2 |
Закономерности наследственности и изменчивости
Наследственность — способность организмов передавать свои признаки и особенности развития потомству. Благодаря этой способности все живые существа сохраняют в своих потомках характерные черты вида.
Изменчивость — разнообразие признаков среди представителей данного вида, а также свойство потомков приобретать отличия от родительских форм
Генная мутация — изменения ДНК в пределах одного гена.
Геномная мутация— мутация, в результате которой происходит изменение числа хромосом .
- Гаплоидия— уменьшение в кариотипе соматических клеток числа хромосом вдвое.
- Полиплоидия — увеличение в кариотипе соматических клеток числа хромосом в какое-то количество раз.
- Анеуплоидия— изменение в кариотипе соматических клеток числа хромосом на какое-то число.
- Полисомия— появление в генотипе дополнительных половых хромосом (X,Y).
Хромосомные мутации— изменения в структуре хромосом.
- Делеция — утрата участка хромосомы.
- Дупликация — удвоение участка хромосомы.
- Инверсия — поворот на 180 градусов участка хромосомы
Транслокация — перестановка участка хромосомы на другое место.
Мутации
Установите соответствие между характеристикой мутации и ее типом.
А) включение двух лишних нуклеотидов в молекулу ДНК
Б) кратное увеличение числа хромосом в гаплоидной клетке
В) нарушение последовательности аминокислот в молекуле белка
Г) поворот участка хромосомы на 180 градусов
Д) уменьшение числа хромосом в соматической клетке
Е) обмен участками негомологичных хромосом
Запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.
2.кратное увеличение числа хромосом-геномная
3.аминокислоты, состоящие из триплетов нуклеотидов- генная
4.поворот хромосомы- хромосомная
5.уменьшение числа хромосом- геномная
6.обмен участками хромосом- хромосомная
| А | Б | В | Г | Д | Е |
| 2 | 3 | 2 | 1 | 3 | 1 |
Установите соответствие между характеристикой изменчивости и её примерами: к каждой позиции, данной в первом столбце, подберите соответствующую позицию к рисунку из второго столбца.
А) изменчивость носит групповой характер
Б) приводит к созданию новых генотипов
Г) проявляется в новых комбинациях признаков
Д) изменения носят только фенотипический характер
Е) изменения определяются нормой реакции
Запишите в ответ цифры, расположив их в порядке, соответствующем буквам:
Если у растения листья вытянулись из-за недостатка света, но растение изменилось только внешне, то есть фенотипически. В генотипе у него ничего не изменилось. Это был пример ненаследственной изменчивости, она же фенотипическая, она же модификационная.
Модификационная изменчивость носит групповой характер, а комбинативная- индивидуальный.
| А | Б | В | Г | Д | Е |
| 1 | 2 | 2 | 2 | 1 | 1 |
Норма реакции
Установите соответствие между признаком и диапазоном его нормы реакции : к каждой позиции, данной в первом столбце, подберите соответствующую позицию из второго столбца.
А) строение глаза насекомого
Б) удойность коровы
В) урожайность пшеницы
Г) масса тела человека
Д) количество пальцев на руках
1) узкая норма реакции
2) широкая норма реакции
Запишите в ответ цифры, расположив их в порядке, соответствующем буквам
Норма реакции — это та максимальная доля от фенотипического значения признака, на которую может изменить признак среда.
Глаз одного вида насекомых не будет кардинально отличаться, норма реакции узкая.
Корова может дать в один день много молока, а в другой- всего ничего, норма широкая.
Один год может быть урожайным, а другой — нет, норма широкая.
Человек весил 55 кг, набрал до 100кг, норма широкая.
Количество пальцев в норме 5, бывают аномалии, но +-1, норма узкая.
| А | Б | В | Г | Д |
| 1 | 2 | 2 | 2 | 1 |
Онтогенез. Жизненный цикл растений и зародышевые листки.
Стадии развития
Каждый зародышевый листок дает начало чему-то
| Зародышевый листок | Системы органов |
| Эктодерма | Кожа, нервная система, органы чувств |
| Мезодерма | Пищеварительный канал, печень, поджелудочная железа, легкие, хорда |
| Энтодерма | Мышцы, кровь , сосуды, кости, хрящи, гонады |
Установите соответствие между процессами, происходящими на разных стадиях развития зародыша трёхслойных животных, и стадиями, на которых эти процессы происходят: к каждой позиции, данной в первом столбце, подберите соответствующую позицию из второго столбца.
А) образуется однослойный зародыш
Б) формируется мезодерма
В) образуется двуслойный зародыш
Г) образуется вторичная полость тела
Д) образуется однослойный зародышевый пузырёк
Е) начинается органогенез
Запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами
Однослойный зародыш — это бластуляция.
Образование мезодермы происходит в стадию нейрулы.
Двуслойный зародыш — гаструляция.
Вторичная полость — нейрула.
Первичный пузырек — бластула.
| А | Б | В | Г | Д | Е |
| 1 | 3 | 2 | 3 | 1 | 3 |
Жизненный цикл мха
Жизненные циклы остается только выучить.
На схеме видно, что взрослые растения гаплоидны, а это значит, что гаплоидны и листья.
Культура тканей — это способ искусственного вегетативного размножения растений из клеток образовательной ткани.
Клетки помещают в пробирки или специальные контейнеры и создают благоприятные условия для их быстрого деления. Через некоторое время развиваются маленькие растения. Так размножают многие декоративные растения. Используется культура тканей при выведении новых сортов картофеля, для получения лекарств из женьшеня.
Ключевые слова: размножение растений, способы размножения, бесполое, половое размножение, вегетативное размножение
Размножение растений — это воспроизведение особями себе подобных. Оно позволяет поддерживать преемственность между поколениями и поддерживать численность популяций на определенном уровне.
Бесполое размножение осуществляется с помощью спор. Спора — это специализированная клетка, прорастающая без слияния с другой клеткой. Споры могут быть диплоидными (образуются в результате митоза) и гаплоидными (образуются в результате мейоза); они могут иметь жгутики для передвижения (у водорослей) или распространяться с помощью ветра и воды (папоротник, мхи).
Половое размножение — связано со слиянием специализированных половых клеток — гамет с образованием зиготы. Гаметы могут быть одинаковыми и разными в морфологическом отношении. Изогамия — слияние одинаковых гамет; гетерогамия — слияние разных по размеру гамет; оогамия — слияние подвижного сперматозоида с крупной неподвижной яйцеклеткой.
Для всех высших растений характерно чередование в жизненном цикле полового и бесполого размножения и связанное с этим чередование поколений (фаз развития) гаплоидной (n) (гаметофит) и диплоидной (2n) (спорофит). На спорофите возникают мешковидные образования спорангии (органы бесполого размножении), в которых в результате спорогенеза, сопровождающегося мейотическим делением, формируются гаплоидные споры. Из спор развивается гаметофит. На нем формируются особые половые структуры — гаметангии (органы полового размножения), в которых образуются гаметы.
Мужские половые органы, где формируются сперматозоиды, называются антеридии. Женские половые органы, где формируются яйцеклетки, называются архегонии. Если на гаметофите развиваются и архегонии, и антеридии, то он называется обоеполым. Если только антеридии, то мужским; если только архегонии, то женским. При слиянии гамет образуется зигота. Из зиготы развивается спорофит.
Эволюция растений шла в направлении увеличении размеров бесполого поколении (спорофита) и редукции полового поколения (гаметофита). У подавляющего большинства высших растений (за исключением моховидных) в жизненном цикле преобладает спорофитная фаза.
Вегетативное размножение
Вегетативное размножение не связано с формированием специальных органов размножения и клеток. Оно осуществляется с помощью вегетативных органов растения: стебля (черенками и отводками), листьев, почек, корневищ, ползучих побегов, луковиц, корневых отпрысков (так размножаются растения, способные образовывать почки на корнях), листовых черенков и культурой ткани (выращивание в пробирке). Вегетативное размножение в естественных условиях биологически тогда выгодно, когда в борьбе за существование необходимо быстро освоить новые места обитания, захватить большие площади для расселения и питания. Так у ландыша и майника это единственный способ размножения из-за отсутствия благоприятных условий для семенного размножения.
Значение вегетативного размножения:
- Образование дочерних особей, идентичных с материнскими по наследственным признакам
- Обеспечение быстрого увеличения численности вида и его расселения
- Получение большого количества посадочного материала
- Сохранение у потомков ценных наследственных свойств материнской особи (сорта, формы).
В сельском хозяйстве и садоводстве используют ряд методов искусственного размножения растений. Первые три из описанных ниже методов, а именно — черенкование, прививки и размножение отводками, — традиционные способы, однако на коммерческом уровне они постепенно вытесняются современными методами с применением культуры ткани.
21.3.1. Черенкование
Это несложная процедура, при которой отрезают часть растения и помещают ее в подходящую для роста среду. Со временем черенок пускает корни и вырастает в новое растение. Окоренение можно ускорить гормонами, стимулирующими образование корней. Таким способом обычно размножают широко распространенные комнатные растения — герань и пеларгонию. Другое распространенное комнатное растение — узамбарскую фиалку, или сенполию, размножают отрезанными листьями. Черенкованием размножают черную смородину, отрезая осенью побеги на продажу. Так же размножают хризантемы.
21.3.2. Прививки черенками и почками
Прививка черенками производится путем переноса части растения — привоя — на нижнюю часть другого растения — подвоя. Первоначально прививки делали на яблонях, потому что эти деревья не удавалось выращивать из черенков, а у яблонь, выращенных из семян, наблюдалась слишком сильная изменчивость, так как семена получали путем полового размножения. Теперь эти прививки используют также для размножения других плодовых деревьев, например персиковых, а также слив. Привой выбирают по качеству плодов, а подвой — за такие качества, как устойчивость к болезням и к неблагоприятным условиям.
Розы обычно размножают одним из вариантов этого метода — так называемой окулировкой, при которой в качестве привоя используют не побег, а почку. Новые сорта создают путем полового размножения, однако, как и в случае плодовых деревьев, получить таким способом чистый сорт не удается. Поэтому для сохранения желаемых сортов приходится прибегать к тем или иным способам вегетативного размножения.
21.3.3. Размножение отводками
Отводками размножают растения, выбрасывающие плети, или усы, например землянику. Усы пришпиливают, пока они еще сохраняют связь с родительским растением, а после того, как на них образуются собственные корни, отрезают от него.
21.3.4. Культура ткани, или микрорепродукция
Рис. 21. 11. Культура ткани. А. Растение первоцвета с хорошо развитыми листьями, которые можно разрезать на много мелких частей для клонирования. Б. Фрагменты листа перенесены на агар с соблюдением стерильности. В. Один из фрагментов листа, на котором образовался каллус и новый побег. Г. Побег отделили от фрагмента листа и поместили на достаточно толстый слой агара, чтобы стимулировать рост корней. Д. Молодые клоны пере несли в рыхлую культуральную среду, чтобы усилить развитие корней. Е. Идентичные растения, полученные из одного фрагмента листа путем клонирования.
В начале шестидесятых годов прошлого века было показано, что ядра зрелых растительных клеток содержат всю информацию, необходимую для кодирования целого организма. Проф. Ф. Стьюард из Корнеллского университета (США) показал, что зрелые клетки моркови, помещенные в подходящий культуральный раствор, можно вновь заставить делиться и образовывать новые растения моркови. Эти клетки назвали тотипотентными, поскольку они, даже после достижения зрелости и специализации, сохраняют способность при наличии подходящих условий начать делиться, образуя новые растения.
Преимущества культуры ткани
Ниже перечислены некоторые из важных достоинств метода культуры ткани. Более подробные сведения изложены в конце этого раздела.
1. В ряде случаев можно быстро размножить растения с желаемыми признаками, получая много идентичных копий. Этого нелегко добиться, используя традиционные методы, основанные на половом размножении, особенно если растения адаптированы к перекрестному опылению и аутбридингу (см. далее). Метод культуры ткани имеет важное значение при выращивании ряда зерновых и других сельскохозяйственных растений. Он позволяет быстро размножать новые сорта, полученные путем скрещивания растений.
3. Культивирование клеток не требует много места.
4. Условия культуры ткани исключают возможность заражения растений какими- либо болезнями. Вирусы устраняют описанными ниже методами.
5. Разработаны новые методы создания гибридов путем слияния протопластов, т. е. клеток, освобожденных от своих оболочек. Таким способом удалось получить межвидовые гибриды (например, гибрид картофеля и томата).
6. Эти методы могут оказаться эффективными для получения из растений ценных химических веществ, например лекарств.
Культуральная среда обычно содержит соответствующие питательные вещества и гормоны (см. разд. 16.2). Стандартная среда должна содержать неорганические ионы, необходимые для роста растений, в том числе азот, магний, железо и калий (см. табл. 7.7). Кроме того, нужны сахароза, как источник энергии, и витамины. Эти химические вещества обычно смешивают с агаром, получая желеобразную питательную среду, сходную с той, которую используют для выращивания бактерий и грибов. В культуральной среде должны содержаться незаменимые гормоны — ауксин, стимулирующий рост корней, а также рост клеток в продольном направлении, и цитокинин, стимулирующий рост побегов и клеточное деление. Различные соотношения ауксина и цитокинина оказывают разное влияние на характер развития неспециализированных клеток. Культуру ткани выращивают на поверхности агара в колбах или в чашках Петри.
Температуру, интенсивность и качество света, продолжительность светового дня и влажность регулируют, выращивая культуры в специальных помещениях. Все процедуры проводят в стерильных условиях, так как в культурах могут поселиться бактерии и грибы, растущие быстрее и, следовательно, способные выйти победителями в конкуренции с растениями. Саму растительную ткань стерилизуют, обрабатывая ее поверхность разведенным белильным раствором; остальные материалы также стерилизуют перед употреблением. При работе со всей установкой следует постоянно обеспечивать стерильность, как это делают при микробиологических исследованиях (разд. 12.3).
На рис. 21.12 кратко охарактеризованы основные методы выращивания новых растений с использованием культуры тканей. Фрагменты, взятые от растения, подлежащего размножению, называют эксплантатами. Самый обычный метод состоит в использовании меристематической ткани из верхушечных или пазушных почек. Меристемой называют ткань, в которой клетки все еще продолжают делиться. Другой способ состоит в создании каллуса из немеристематической ткани (рис. 21.13). Каллус — это масса недифференцированных (неспециализированных) клеток. Рост корней или побегов из каллуса или из немеристематической ткани можно стимулировать добавлением ауксинов или цитокининов. На рис. 21.13 видны молодые проростки, возникающие из каллуса. Иногда появляются не побеги и не корни, а зародыши; если поместить их на агаровое желе, они могут дать начало маленьким растеньицам. На рис. 21.11 показаны дальнейшие стадии этого процесса.
Рис. 21.12. Методы получения клонов от одного исходного растения.
Рис. 21.13. Крошечные растения табака, развившиеся из культуры каллусной ткани на стерильном агаре.
Растения, свободные от вирусов
Вирусы могут распространиться по всему растению, и предотвратить их переход с одного растения на другое при размножении традиционными методами очень трудно. Однако обычно вирусы не проникают в верхушечную меристему. Поэтому для получения растений, свободных от вирусов, методом клонирования можно использовать меристемы. Тепловая обработка меристем позволяет повысить уверенность в отсутствии вирусов. Следует создавать фонды меристем, свободных от вирусов, с тем чтобы можно было по мере надобности получать новые растения. Это позволяет снизить расходы по созданию защищенных от инфекций теплиц и служит более надежным способом предотвращения распространения болезней, чем традиционные методы. Так размножают картофель, плодовые деревья, некоторые луковичные и декоративные растения.
Получение безвирусного картофеля
Культуру ткани используют в широких масштабах для разведения декоративных растений, плодовых деревьев и в плантационных хозяйствах, выращивающих такие культуры, как масличная и финиковая пальмы, сахарный тростник или бананы; однако в отношении сельскохозяйственных культур этот метод применяли мало. Единственное исключение составляет картофель (табл. 21.1). Одной из причин этого была возможность получить таким образом растения, свободные от вирусов. Повторные пересевы меристемы позволяют получать большое число маленьких растений, используемых затем для получения мини-клубней, величиной с горошину (рис. 21.14), которые можно высевать подобно семенам. Одно растение способно давать в год свыше полумиллиона мини-клубней. Это позволяет ускорить процесс интродукции новых сортов картофеля, обладающих, например, устойчивостью к серьезной вирусной болезни — скручиванию листьев.
Таблица 21.1. Сравнение традиционных методов размножения клубней картофеля с методом культуры ткани (микроразмножение)
(По данным табл. 12.3 в кн. Molecular Biotechnology, 2nd ed., S. D. Primrose (1991), Blackwell, reproduced from Mantell et al. (1985).)
Рис. 21.14. Мини-клубни картофеля выглядят совершено так же, как обычные клубни, только размеры их не больше размеров горошины.
Картофель считается одним из важнейших культурных растений. Он занимает четвертое место в мире среди сельскохозяйственной продукции после таких злаков, как рис, пшеница и кукуруза. В последнее время его популярность растет в азиатских странах. До недавнего времени можно было интродуцировать новые сорта только путем кроссбридинга растений с желаемыми признаками. Однако существует несколько подвидов картофеля и не все они скрещиваются между собой. Среди тех, которые скрещиваются, некоторые дают только стерильные гибриды. Кроме того, выведение стабильного нового сорта путем повторных генетических скрещиваний занимает обычно 10—15 лет.
Используя культуру ткани, можно получать в массовых количествах как дикорастущие родичи картофеля, так и культурные сорта. Теперь новые сорта картофеля селекционеры способны создавать очень быстро путем переноса полезных генов от, например, дикорастущих родичей культурного сорта или даже от совершенно неродственных растений в отдельные клетки, используя методы генетической инженерии. В наиболее распространенном методе в качестве вектора используют Agrobacterium (см. гл. 25). Затем из трансформированных клеток в культуре ткани можно выращивать небольшие растения и далее размножать их, как было описано выше. Таким образом ген, контролирующий один из белков оболочки вируса, вызывающего скручивание листьев картофеля, был введен в сорта картофеля Дезирэ и Пентленд Скуайр, что эквивалентно вакцинации против этого вируса. Хотя при этом картофель все же может заразиться, однако в таком картофеле вирус размножается гораздо медленнее, чем обычно, и у растения либо наблюдаются незначительные проявления болезни, либо их нет вовсе.
Другой метод, с успехом применяемый к картофелю, состоит в слиянии двух соматических (неполовых) клеток от разных сортов. Для этого у клеток сначала удаляют клеточные стенки, чтобы получить голые протопласты. Образующиеся в результате слияния протопластов соматические гибриды можно выращивать в культуре ткани. Это могут быть гибриды между двумя сортами, которые не удалось бы скрестить половым путем ввиду их несовместимости. Таким образом из дикорастущего картофеля были получены промышленные сорта, устойчивые к вирусу скручивания листьев и к холоду.
Преимущества метода культуры ткани
1. Быстрое размножение. На образующихся при клонировании побегах обычным порядком развиваются почки. Эти почки можно использовать для генерации новых побегов с помощью того же метода культуры ткани. Путем непрерывного повторного клонирования почек число потенциальных растений умножается на каждой стадии. В результате в течение определенного периода от одного побега можно получить тысячи или даже миллионы растений. Это намного быстрее, чем при использовании традиционных методов разведения, так что новые сорта могут быть интродуцированы на несколько лет раньше.
2. Генетическое единообразие. Растения, получаемые при использовании метода культуры ткани, генетически идентичны; иными словами, все они обладают желаемыми признаками исходного растения и размножаются в чистоте. Такие растения (т. е. растения, гомозиготные по желаемым признакам) очень трудно получить при половом размножении.
3. Здоровые растения. Как уже объяснялось выше, используя для размножения меристематические ткани, можно избежать вирусных болезней. Поскольку все процедуры проводятся в стерильных условиях, растения не подвержены опасности заражения поверхностными бактериями и грибами, среди которых могут быть и болезнетворные формы.
4. Культура ткани требует относительно немного места по сравнению с выращиванием растений в теплицах или на полях.
5. Метод культуры ткани не зависит от сезонных изменений погодных условий, т. е. растения с заданными свойствами можно получать в любое время года, тогда, когда их можно продать дороже всего.
6. Возможен более тщательный контроль за развитием растений, что гарантирует единообразие продукта, предлагаемого покупателю.
7. Некоторые растения, например бананы, стерильны и их можно размножать только бесполым путем.
8. Семена некоторых растений, например определенных орхидных, трудно проращивать. Их надежнее размножать бесполым путем.
9. Культура ткани в сочетании с методами генетической инженерии позволяет получать трансгенные растения (см. разд. 25.4).
10. Поскольку культуры ткани не громоздки, их экономично транспортировать по воздуху, что расширяет возможности международной торговли.
Недостатки метода культуры ткани
1. Метод требует больших затрат рабочей силы и менее удобен, чем высеивание семян. Кроме того, он требует достаточно высокой квалификации. Его применение в широких масштабах порождает определенные проблемы в плане организации и обучения персонала. При этом значительно возрастает и стоимость полученного продукта. Обычно применение этого процесса экономически выгодно только для дорогих культур, таких как декоративные растения, и нерентабелен для дешевых культур, например моркови.
2. Необходимость поддерживать стерильные условия. Это еще больше повышает расходы и усложняет весь процесс.
3. Растения, полученные из культур каллуса, иногда претерпевают генетические изменения. Небольшая доля этих изменений может оказаться коммерчески выгодной, но в большинстве случаев они нежелательны.
4. Поскольку клоны генетически идентичны, сельскохозяйственные культуры сильно подвержены заражению новыми болезнями и очень чувствительны к изменениям условий среды. Эти факторы могут полностью уничтожить некоторые культуры.
Биологическая библиотека - материалы для студентов, учителей, учеников и их родителей.
Наш сайт не претендует на авторство размещенных материалов. Мы только конвертируем в удобный формат материалы, которые находятся в открытом доступе и присланные нашими посетителями.
Если вы являетесь обладателем авторского права на любой размещенный у нас материал и намерены удалить его или получить ссылки на место коммерческого размещения материалов, обратитесь для согласования к администратору сайта.
Разрешается копировать материалы с обязательной гипертекстовой ссылкой на сайт, будьте благодарными мы затратили много усилий чтобы привести информацию в удобный вид.
Читайте также: