Регенерация растений при размножении

Регенерация и микроклональное размножение растений

Регенерация — способность живых организмов восстанавливать повреждённые ткани или даже целые органы.

Значение регенерации заключается в том, что на основе клеточного и внутриклеточного обновления органов обеспечивает восстановление и компенсация функций, нарушенных в результате различных патогенных факторов. Широкое распространение регенерации в царстве растений обусловлено сохранением у них меристем (тканей, состоящих из делящихся клеток) и недифференцированных тканей. На кончике нормального стебля имеется адвентивная верхушечная почка, обеспечивающая непрерывное образование новых листьев и рост стебля в длину в течение всей жизни данного растения. Если отрезать эту почку и поддерживать ее во влажном состоянии, то из имеющихся в ней паренхимных клеток или из каллуса, образующегося на поверхности среза, часто развиваются новые корни, почка при этом продолжает расти и дает начало новому растению.

В природе существует два способа размножения растений: семенной и вегетативный. К особенностям семенного размножения следует отнести генетическую пестроту получаемого посадочного материала и длительность вегетационного периода. При вегетативном размножении сохраняется генотип материнского растения и сокращается продолжительность вегетационного периода. Достижения с области культуры клеток и тканей привели к созданию нового метода вегетативного размножения – микроклонального размножения (получение в условиях in vitro (в пробирке), неполовым путём растений, генетически идентичны исходному экземпляру). В основе метода лежит уникальная способность растительной клетки давать начало целому растительному организму и регенерации. Первые исследования начались в конце 50-х годов 20 века, нашей стране работы проводились в лаборатории культуры тканей и морфогенеза Института физиологии растений им. К.А. Тимирязева.

Этот метод имеет ряд преимуществ:

Получение генетически однородного посадочного материала;
Освобождение растений от вирусов;
Высокий коэффициент размножения;
Сокращение продолжительности селекционного процесса;
Ускорение перехода растений от ювенальной к репродуктивной фазе развития;
Получение растений, трудно размножаемых традиционными способами;
Возможность проведения работ в течение круглого года и экономия площадей, необходимых для выращивания посадочных материалов;
Возможность автоматизировать процесс выращивания.

Область применения микроразмножения разнообразна и имеет тенденцию к постоянному расширению:

Размножение взрослых древесных пород (каштан, дуб, клён, осина);
Сохранение редких и исчезающих лекарственных видов растений;
Получение вторичных метаболитов, используемых для производства лекарств (алкалоидов, глюкозидов, стероидов), вкусовых добавок (сахаров); гормонов, витаминов, белков;
Использование культурных клеток в качестве источника новых химических веществ;
Размножение и промышленное производство плодоовощных и декоративных растений.

Таким образом, клеточная биотехнология, основанная на способности клеток и тканей к регенерации, позволяет человеку решать многие актуальные вопросы селекции, связанные с проблемой растущего населения Земли.

Источник

64 Регенерация у раст. Вегетативное размнож., его значение.

Регенерация у растений в общем смысле слова называют новообразование органов (а также тканей и даже только одной кутикулы) на отрезанных или пораненных частях растения. Наиболее важны те явления регенерации, которые ведут к увеличению количества особей, к их «вегетативному размножению». У высших растений дело сводится при этом к новообразованию корней и к новообразованию почек или просто к дальнейшему развитию уже имеющихся почек. Так происходит вегетативное размножение черенками у ив, тополей, точно так же — размножение бегоний обрезками листьев, размножение хрена отрезками корня. Далеко не всегда регенерация сводится к новообразованию органов, весьма часто дело сводится к развитию покоящихся, «спящих» зачатков. Новообразования возможны лишь на эмбриональной, зародышевой ткани, поэтому, если поранены не молодые, а уже закончившие свой рост части растения, то прежде всего часть клеток возвращается к состоянию эмбриональной ткани; такие клетки начинают усиленно делиться и, вернувшись таким путем к недифференцированному, зародышевому состоянию, дают начало новым органам. Г. Симон, изучая Р. верхушки корня, предлагает различать здесь прямую и частичную Р. При прямой Р. новая корневая верхушка образуется непосредственно из всех тканей центрального цилиндра, тогда как при частичной Р. в образовании новой верхушки принимает участие лишь часть всей поверхности раны. Новообразование идет здесь из кольцевого вала, который образуется путем разрастания перикамбия, равно как из наружных слоев центрального цилиндра. В более узком смысле слова регенерацией называют лишь возобновление отделенной части какого-либо органа, тогда как, если восполнение недостающих частей происходит путем новообразования целиком новых органов или путем развития покоящихся зачатков, то такие явления относят уже к области репродукции. Все растительные организмы размножаются двумя путями: 1) половым — семенами (высшие растения) или спорами полового размножения (низшие растения), полученными при слиянии двух гамет; 2) бесполым — спорами бесполого размножения (низшие растения) или вегетативными частями самого растения. У высших растений спор нет, и разновидностью бесполого у них является вегетативное размножение, т. е. размножение при помощи различных вегетативных органов. Этот способ широко распространен в природе и часто используется при возделывании многих культурных растений, что говорит о его важном биологическом и практическом значении. В природе растения размножаются вегетативно в том случае, когда почему-либо затруднено половое размножение. Это может происходить в особых условиях обитания, например в водной среде, коща опыление и оплодотворение полностью погруженных в воду растений (элодея, роголистник, водокрас) затруднено, а также при цветении растений в неблагоприятных климатических условиях (высокая или низкая температура, чрезвычайная сухость), когда» перенос пыльцы также затруднен. У растений в процессе эволюции^ выработались различные приспособления: корневые или стеблевые подземные клубни, луковицы, почки на корнях, способные прорасти и превратиться в стебель (у многих сорняков), корневищ (также с почками), усы — ползучие укореняющиеся стебли.

Вегетативное размножение также используется в сельском хозяйстве, главным образом в следующих случаях: 1) при затруднительности получения урожая при половом размножении (картофель, репчатый лук); 2) для сохранения ценных сортовых» качеств материнского растения, которые утрачиваются при половом размножении (прививки или черенкование плодовых). Пргё вегетативном размножении культурных растений часто используют те же органы, которыми растения размножаются в естественной обстановке (клубни, луковицы, усы). Наравне с ними часто применяют и специально подготовленные органы растения. К ним относятся стеблевые черенки — части молодых побегов с почками; которые отделяют от материнского растения, а затем уже укореняют. Так размножают ягодные кустарники и многие деревья для озеленения. У немногих видов растений используют листовые черенки, т. е. листья, в основании которых могут появиться почки. Таким способом размножают комнатные растения — бегонии ю глоксинии. Часто применяют отводки — в сущности, те же черенки, но предварительно укорененные на материнском «растений (различные кустарники, в том числе и ягодные). Для размножения плодовых деревьев обычно используют прививки — соединение почки или черенка ценного культурного растения (привоя) с корневой системой сеянца-дичка (подвоя). Существует несколько способов прививок, которые подробно описаны в специальных руководствах. В случае срастания подвоя и привоя образуется новый организм с особыми, присущими ему свойствами. Обычно он получает от привоя качества культурного сорта, которые не передаются при половом размножении, а от дичка-подвоя — устойчивость к неблагоприятным экологическим условиям, особенно к морозам и засухе. Реже используют прививки и травянистых растений, однако добиться срастания двух объектов с мягкими тканями гораздо труднее, чем с одревесневшими твердыми. В прохладном и влажном климате Нидерландов и других стран Европы прививкой на тыкву выращивают огурцы и дыни.

В последние годы разработан и начинает входить в практику совершенно новый прием вегетативного размножения — регенерация растений из каллусной ткани. Для этого клетки из меристемы обычных растений выращивают на искусственных средах в стерильных условиях. Сначала образуется недифференцированная ткань вследствие отсутствия неэквивалентных делений, которая при добавлении в среду фитогормонов в определенных сочетаниях дифференцируется в небольшое растение, которое можно высадить в грунт. Разумеется, прием этот очень трудоемок и дорог, поэтому овг может использоваться только в исключительных случаях, например для освобождения клубней картофеля от вирусных болезней, которые имеют общее название, «вырождение картофеля». Он применим также в селекционной работе для размножения ценных гибридных растений. Кроме того, прием наращивания недифференцированной ткани может быть использован для синтеза и получения таким образом ценных лекарственных веществ из тех растений, которые не произрастают в наших климатических условиях или выращивание которых очень сложно (раувольфия, женьшень).

Источник