Рассада из... пробирки
Существенное препятствие на пути внедрения нового сорта в практику — дефицит семян или посадочного 'материала для вегетативного размножения, возникающий из-за того, что воспроизвести большое их количество в течение одного сезона невозможно.
Клональное микроразмножение — это массовое бесполое размножение растительных организмов, основанное на использовании метода культуры изолированных органов и тканей растений. Теоретические предпосылки этого способа размножения были разработаны в результате исследований особенностей поведения растительных тканей в культуре. Главное преимущество клонального микроразмножения растений заключается в чрезвычайно высоком коэффициенте размножения, обеспечивающем получение огромного количества однородного посадочного материала. Так, например, растение герберы при размножении
обычными способами дает в год до 50—100 растений. В то же время клональное микроразмножение этого растения, а также земляники, хризантемы и многих других способно обеспечить получение миллиона единиц посадочного материала. Из одной только верхушки яблони за восемь месяцев можно вырастить до 60 тысяч побегов. Высокий коэффициент размножения с помощью культуры изолированных тканей и органов позволяет сократить сроки получения товарной продукции новых сортов до двух-трех лет. Но дело не только в этом. Ведь тысячи и тысячи растений, получаемых с помощью метода культуры тканей и органов, растут на очень небольшой лабораторной площади. Следовательно, более рационально используются площади теплиц, ие нужно содержать в иих обширные маточники. А поскольку условия в лаборатории постоянны в течение всего года, можно осуществлять размножение растений беспрерывно.
Преимущества клонального микрордзмножения настолько очевидны, что в самое ближайшее время следует ожидать появления легко доступных для практики технологий получения посадочного материала плодовых, овощных, декоративных, лекарственных и иных хозяйственно ценных растений.
Основоположником клонального микроразмножеиия растений является французский ученый, руководитель лаборатории физиологии растений Национального центра агрономических исследований Жорж Морель. В 1960 году, культивируя на питательной среде верхушку цимбидиума — растения из семейства орхидных, — ои обнаружил образование особых структур, из которых можно было получить целые растения. Эти наблюдения и легли в основу метода клонального микроразмножения орхидей. Французские фирмы, занимающиеся разведением этих популярных, оригинальных высокодекоративных растений, использовали предложенный Морелем метод для массового производства орхидей.
С этого времени проблема клонального микроразмножения растений стала одной из актуальнейших в современной физиологии растений и биотехнологии.
В нашей стране работы в этой области были начаты в 60-х годах в лаборатории культуры тканей и морфогенеза Института физиологии растений им. К. А. Тимирязева АН СССР под руководством Р. Г. Бутенко.
Здесь изучили условия микроразмиожения картофеля, сахарной свеклы, малины, гвоздики, герберы, фрезии и некоторых других растений.
В настоящее время подобные исследования ведутся в ряде научно-исследовательских учреждений нашей страны. В зональном Научно-исследовательском институте садоводства Нечерноземной полосы Аг- ропрома РСФСР изучается клональное микроразмножение плодово-ягодных культур, в Научно-исследовательском институте горного садоводства и цветоводства и в Центральном республиканском ботаническом саду АН УССР — декоративных растений, во Всесоюзном научно-исследовательском институте сельскохозяйственной биотехнологии ВАСХНИЛ совместно с Всесоюзным научно-исследовательским институтом селекции и семеноводства овощных культур — овощных растений, во Всесоюзном научно-исследовательском институте кормов им. В. Р. Вильямса —кормовых трав, в Ленинградской лесотехнической академии — лесных пород. Таким образом, в нашей стране проводится обширная работа по внедрению в практику растениеводства метода клонального микроразмножения растений.
Процесс клонального микроразмножения ученые подразделяют на два типа: активация развития уже существующих в растении образовательных тканей (меристем), находящихся в верхушках стебля, в пазушных и спящих почках; формирование в культуре тканей почек и зародышеобразных структур заново.
Клональное микроразмножение картофеля по первому типу осуществляется следующим образом. Клубни картофеля проращивают в темноте в течение 10—15 дней. За это время на них появляются длинные желтоватого цвета побеги с мелкими недоразвитыми листьями. Такие побеги называются этиолированными. Стебли разрезают на сегменты, содержащие одну почку, и освобождают от микроорганизмов (стерилизуют) в 0,2 %-ном растворе диацида в течение трех — десяти минут. Затем их многократно отмывают стерильной дистиллированной водой, осушают стерильной фильтровальной бумагой, подрезают оба конца каждого сегмента на полсантиметра и помещают его на питательную среду для черенкования. Эта питательная среда содержит минеральные элементы, а также витамины (B|, Be), сахарозу, ферулевую или изомасляную кислоту, агар-агар. При этом поддерживаются следующие условия: температура 25 °С, освещенность четыре — шесть тысяч люкс, влажность около 70 процентов.
Вскоре сегменты стебля, находящиеся в пробирках, образуют растения, которые размножаются черенкованием. Для этого исходное стерильное растение вынимают пинцетом из пробирки и на стерильной бумаге или в стеклянных чашках Петри разрезают острым скальпелем на сегменты с одним листом и пазушной почкой. Сегменты пинцетом переносят в пробирки со средой для черенкования, погружая их в агар до основания листового черешка. Образовавшиеся крошечные растеньица можно переносить в почву, где они превращаются в нормальные растения картофеля. Переместив пробирочные растения на питательную среду несколько иного состава и в иные условия освещения, можно вызвать образование крошечных клубней.
Что касается клонального микроразмножения второго типа, то о нем, по существу, мы уже говорили: в каллюсе при определенных условиях может происходить процесс формирования почек или зародышеобразных структур. Основным фактором, определяющим переход к образованию либо побегов, либо корней, является соотношение фитогормонов, ауксинов и цитокининов При высоком отношении в питательной среде цитокининов к ауксинам возникают побеги, а при низком — корни.
При работе этим методом следует иметь в виду, что длительное культивирование каллюса ведет к появлению в клетках нежелательных изменений. Так, например, происходят сдвиги в структуре хромосом и генов, из стареющего каллюса становится все труднее и труднее получать зачатки почек и зародышеобразных структур.
Каким же образом осуществляется процесс клонального микроразмножения в этом случае? Для получения растений картофеля каллюсную ткань помещают на особую питательную среду. Кусочек каллюса размером 7X7 миллиметров переносят в пробирку с 12—15 миллилитрами среды и культивируют при температуре 25 °С, освещенности 8—10 тысяч люкс и влажности 70 процентов. Через несколько дней рост каллюса прекращается, ткань темнеет и сильно уплотняется. Спустя несколько недель с момента пересадки в ней возникают зоны формирования молодой образовательной ткани, которые легко отличить по ярко-зеленой окраске. Их количество и размер в каллюс- ной ткани могут быть различными. Обычно они располагаются в нижней части каллю- са, соприкасающейся с питательной средой. Затем в образовательной ткани возникают почки, которые через одну- две недели превращаются в хорошо развитые миниатюрные растеньица. На одном кусочке каллюса возможно образование нескольких десятков побегов. Наибольший выход их обычно бывает в весенний период.
Побеги, достигшие 5—10 миллиметров, отделяют от каллюса и переносят на среду для укоренения. Полученные таким образом растения затем размножают черенкованием, как это было описано ранее.
Перспективной областью практического использования клонального микроразмножения растений является декоративное садоводство. Этим методом успешно размножаются гвоздики, нарциссы, белоцветник летний, подснежник Воронова, жимолость Королькова, сирень и ряд других растений. В нашей стране, как и во всем мире, все большее внимание уделяется разведению орхидей. Однако сложность их выращивания и размножения не позволяют пока полностью удовлетворить спрос на эти высокодекоративные и оригинальные растения. Метод клонального микроразмножения сделал производство некоторых орхидей более экономичным, чем культивирование ряда других декоративных растений. В 1982 году Н. В. Катаева и Р. Г. Бутенко разработали метод клонального микроразмножения герберы — декоративного растения из семейства сложноцветных. В Англии созданы фирмы, специализирующиеся на производстве саженцев из тканевых культур. Метод клонального микроразмножения позволяет за 12—18 месяцев получить от одного растения до 10 тысяч штук рассады.
Промышленное производство многих овощей основано на использовании гетерозис - ных гибридов. Г етерозис — это способность гибридов первого поколения давать более высокие урожаи (на 15—20 и более процентов), лучше противостоять неблагоприятным условиям и болезням. Однако в последующих поколениях явление гетерозиса проявляется ¦ все слабее. Метод клонального микроразмножения позволяет сохранить генетическую однородность выращиваемых растений. Среди овощных культур работа в этом направлении ведется с картофелем, капустой, спаржей, чесноком ... Довольно успешно размножаются этим способом и томаты, у которых почти из всех надземных органов можно получить каллюс и новые растения. Наивысшую способность к образованию «рассады» проявляют бутоны.
А вот для размножения злаков этот метод почти не применяется. Лишь сахарный тростник и бамбук в настоящее время разводят в промышленных масштабах через культуру ткани. Бамбук очень ценится в ряде стран. Он дает строительный материал, который в отличие от обычной древесины устойчив против гниения. А это имеет немаловажное значение в условиях влажного и теплого климата тропиков и субтропиков, где древесина легко разрушается микроорганизмами. Бамбук идет также на изготовление сувениров, удочек, лыжных палок и различных поделок. Некоторые его виды употребляют в пищу, используют в качестве декоративных растений.
Плодоводство — еще одна область практического использования метода клонального микроразмножения растений. Для массового получения посадочного материала плодово-ягодных культур наиболее эффективным оказался метод активации уже существующих в растении образовательных тканей. Лишь в отдельных случаях применяется микроразмножение ч,ерез культуру каллюса.
Клональное микроразмножение растений используется и при разведении ценных лекарственных растений, например барвинка, хинного дерева. Очень перспективным оно оказалось в лесоводстве. Дело в том, что при обычном размножении деревьев и кустарников семенами в большинстве случаев возникает нестабильное в генетическом отношении потомство. Отдельные растения могут различаться по темпам роста, качеству древесины, форме кроны и т. д. Кроме того, древесные виды в случае размножения семенами длительное время находятся в фазе молодости и не скоро приступают к цветению и плодоношению. Методы вегетативного размножения для многих древесных растений часто неэффективны, а для ряда ценных пород, например пальм, вообще не известны. Вот почему клональное микроразмножение так заинтересовало лесоводов.
При культивировании тканей древесных пород нередко используют камбий. Из ботаники, известно, что камбий состоит из мелких клеток с тонкими оболочками и находится в стебле между корой и древесиной. Он играет важную роль в жизни растения, образуя новые клетки древесины и коры. Основная трудность клонального микроразмножения древесных пород по сравнению с травянистыми растениями заключается в получении новых растений из каллюса. Даже если они образуются, то, как правило, бывают слабыми и нежизнеспособными. Поэтому для них особенно важна закалка перед высадкой в грунт.
В связи с трудностями получения посадочного материала древесных пород их клональное микроразмножение осуществляется с помощью культивирования вегетативных почек или точек роста побега. Культура почек предпочтительнее по той причине, что они представляют собой сформировавшийся побег. К тому же почки хорошо защищены чешуями, что облегчает их введение в культуру. Наконец, они сравнительно легко укореняются. Культура почек используется для клонального микроразмножения эвкалипта, кофе, сосны вяза и других деревьев и кустарников.
Большой практический интерес представляет микроразмножение гевеи бразильской. Это растение широко используется для получения натурального каучука. Несмотря на конкуренцию со стороны синтетического полнизопрена, производство натурального каучука год от года растет. Если в 1963 году мировое производство его составило 2,17 миллиона тонн, то в 1981 — около 4 миллионов тонн. В настоящее время общая площадь насаждений каучуконосов составляет примерно 6 миллионов гектаров.
Гевеи эксплуатируются только до определенного возраста, после чего их заменяют новыми растениями. Потребность в значительном количестве посадочного материала заставила исследователей разработать метод клонального микроразмножения гевеи бразильской.
Создание высокорентабельных биотехнологий микроразмножения полезных человеку растений и широкое внедрение этих методов в практику приведет к значительной интенсификации сельскохозяйственного производства, повышению его эффективности.
Еще по теме Рассада из... пробирки:
- Глава 8 РАССАДА И СПОСОБЫ ЕЕ ВЫРАЩИВАНИЯ
- Выращивание рассады
- Подготовка рассады к высадке в грунт
- Посев и высадка рассады в огороде
- Рассада томатов
- Рассада огурцов
- Подготовке! почвы для выращивания рассады
- ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПИТАТЕЛЬНЫХ ГРУНТОВНА ОРГАНОРАСТИТЕЛЬНОЙ ОСНОВЕДЛЯ ВЫРАЩИВАНИЯ РАССАДЫ ОВОЩНЫХ КУЛЬТУР Т. Ю. Анисимова
- Определение билирубина в сыворотке крови животных по методу Ендрассика—Клеггорна—Грофа в модификации В. И. Левченко и В. В. Влизло.
- Определение сапонинов в растениях и кормах (гемолитическая проба)