Модуль 1. Лекция 1.5. Микроклональное размножение как способ ускоренного размножения и оздоровления декоративных культур
Для современной селекции, ботаники, интродукции растений чрезвычайно важным является сохранение существующего генофонда растений и выделение новых форм и сортов.
Хранение семян может обеспечить сохранение генофонда для некоторых культурных растений, но данный метод не может быть применен для сохранения видов, чьи семена быстро теряют всхожесть или, как махровые сорта сирени, неспособных образовывать семена.
Бутенко Р.Г. (1979) выделено три главных направления практического использования метода микроклонального размножения: 1) генетико-селекционные работы, культура зародышей, культура семяпочек, завязей, микроспор и пыльников; 2) быстрое микроклональное размножение растений; 3) освобождение посадочного материала от вирусной и другой инфекции.
Культура клеточных тканей и клеток может способствовать созданию лучших сортов, более быстрому использованию ценного материала и уникальных форм. Задачи, решаемые методом культуры тканей в селекции, группируют в три взаимно связанные группы: 1) расширение генетической базы селекции растений путем получения нового исходного материала; 2) сохранение и размножение ценных элитных растений и линий; 3) получение и сохранение безвирусного материала растений.
Обычные методы селекции, основанные на внутривидовой гибридизации и отборе, как правило, ведут к обеднению генетической изменчивости и сужению генетической базы, что влечет за собой потерю устойчивости создаваемых генотипов и их популяций.
Сохранение и размножение in vitro ценных элитных растений и линий применяется с целью получения генетически однородных клонов. При этом обеспечиваются: сохранение и размножение отдельных генотипов как исходных форм для решения специфических селекционных задач; быстрое эффективное размножение новых ценных сортов; сохранение и эффективное размножение линий для производства гибридных семян растений; экономичное размножение высокопродуктивных генотипов; сохранение сортимента вегетативно размножающихся культур и важнейших перекрестноопыляемых растений.
С точки зрения селекции для ускоренного размножения представляют интерес растения, обладающие декоративными качествами, не характерными для данного вида – карликовые, с нетипичной кроной (плакучие, стелющиеся, пирамидальные и т.д.), с различной величиной, формой и окраской листьев.
Методы культуры тканей особенно необходимы, когда применение обычных методов размножения затруднены или при наличии трудностей фитосанитарного контроля.
Применение биотехнологических методов значительно ускоряет селекцию древесных пород, при обычном выращивании дающих семена в 35-40 летнем возрасте. Методом микроклонального размножения можно с одного гибридного сеянца в течение шести месяцев получить более 250 побегов для черенкования и укоренения.
Микроклональное размножение интенсивно развивается благодаря следующим причинам: в некоторых случаях традиционный метод вегетативного размножения нерентабелен или низкопродуктивен; размножение отдельных растений невозможно традиционными способами вегетативного размножения; часто при селекции растений необходимо быстро получить несколько растений с идентичным генотипом; при промышленном размножении растений необходимо получение растений, освобожденных от патогенов.
Метод микроклонального размножения имеет ряд преимуществ по сравнению с традиционными методами вегетативного размножения. Это высокие коэффициенты размножения, сокращение сроков получения посадочного материала, ускорение селекционного процесса, освобождение от патогенных микроорганизмов, и возможно, от вирусов, однородность получаемых растений, экономия площадей под маточными растениями, выращивание растений круглый год, размножение трудноразмножаемых растений.
Преимущества и недостатки микроклонального размножения отражены во многих теоретических работах по этой тематике. В.А.Высоцкий (2001) к преимуществам относит возможность комплексного оздоровления посадочного материала; высокий коэффициент размножения; возможность получения большого количества растений за короткий срок; возможность хранения и накопления растений для высадки в оптимальные сроки; возможность тиражирования форм, обладающих пониженной способностью к репродукции в обычных условиях и получения материала с увеличенным потенциалом к дальнейшему размножению за счет повышенной способности к ризогенезу и образованию большего числа побегов у древесных растений. К недостаткам отнесены: использование биотехнологических методов требует создания специальных лабораторий с соответствующим оборудованием, необходимость высококвалифицированного штата сотрудников, необходимость тщательного отбора исходных форм. Кроме того, в результате микроклонального размножения часто получают материал, плохо подготовленный для выращивания в нестерильных условиях, требующий дополнительных затрат для достижения растениями стандартных показателей. Те же недостатки отмечены в более ранних работах по этой тематике.
Применение микроклонального размножения:
- в селекции для поддержания и размножения небольшого числа отдельных генотипов или новых перспективных сортов, включая и все продукты генной инженерии, полученные in vitro;
- ускоренное размножение (до нескольких тысяч в течение месяцев) новых выведенных сортов, экономя затраты и время на начальных стадиях их внедрения в промышленное производство;
- быстрое получение больших количеств заведомо безвирусного материала как для непосредственной высадки в грунт, так и для дальнейшего размножения обычными методами у тех растений, размножение которых обычными способами не представляет трудностей, но подверженных вирусным заболеваниям (лилии, картофель, земляника и т.д.);
- сохранение генотипа при размножении декоративных форм некоторых гетерозиготных растений, обычно размножаемых семенами (гербера, антирриум);
- получение из определенных клонированных родительских форм семян F1 (цветная капуста), поддержание неинфицированных линий с признаками мужской стерильности (лук) и т.д.
- размножение древесных растений, разведение и селекция которых осуществляется медленно вследствие длительности процесса полового размножения, кроме того, многие из этих видов плохо поддаются традиционному вегетативному размножению.
- получение каллусной ткани с последующей индукцией органогенеза или соматического эмбриогенеза;
- индукция развития побегов непосредственно из ткани экспланта;
- пролиферация пазушных побегов.
Источник
Вопрос № 6. Микроклональное размножение растений.
В природе существует два способа размножения растений: половой (семенной) и вегетативный. Оба эти способа имеют как свои преимущества, так и недостатки.
К недостаткам семенного размножения относятся генетическая пестрота семенного материала и длительность ювенильного периода.
При вегетативном размножении генотип материнского растения сохраняется, а также сокращается длительность ювенильного периода. Однако большинство видов плохо размножается вегетативным способом, к ним относятся многие древесные породы. Например, эффективность размножения, даже на ювенильной стадии, дуба, сосны, ели, орехоплодных не очень высока. Кроме того, с помощью черенкования невозможно размножать многие виды древесных растений в возрасте старше 10-15 лет. Трудно получить стандартный посадочный материал, так как существует возможность накопления и передачи инфекции. Операции по размножению с помощью прививок сложны и трудоемки.
Достижения в области культуры клеток и тканей привели к созданию принципиально нового метода вегетативного размножения — клонального микроразмножения. Клональное микроразмножение — получение in vitro, неполовым путем, генетически идентичных исходному экземпляру растений. В основе метода лежит уникальная способность растительной клетки реализовывать присущую ей тотипотентность. Термин «клон» был предложен в 1903 году Уэбстером (от греческого klon — черенок или побег, пригодный для размножения растений). В соответствии с научной терминологией клонирование подразумевает получение идентичных организмов из единичных клеток. Этот метод имеет ряд преимуществ перед существующими традиционными способами размножения:
- получение генетически однородного посадочного материала;
- освобождение растений от вирусов за счет использования меристемной культуры;
- высокий коэффициент размножения (10 5 — 10 6 — для травянистых, цветочных растений, 10 4 — 10 5 — для кустарниковых древесных растений и 10 4 — для хвойных);
- сокращение продолжительности селекционного процесса;
- ускорение перехода растений от ювенильной к репродуктивной фазе развития;
- размножение растений, трудно размножаемых традиционными способами;
- возможность проведения работ в течение всего года;
- возможность автоматизации процесса выращивания.
Источник