Новые технологии получения посадочного материала

Культуры изолированных тканей и органов - перспективный метод получения высококачественного посадочного материала. Источником новых растений в этом случае являются группы клеток, генотип которых целиком определяется сортовыми осо­бенностями материнского растения, которые культивируются в стерильных условиях на искусственных питательных средах в условиях in vitro (в пробирке). Вегетативное размножение растений в культуре тканей, при котором возникают формы, ге­нетически идентичные исходному экземпляру, получило назва­ние клонального микроразмножения. Этот метод позволяет за короткий срок получить большое количество однородного поса­дочного материала, значительно ускорить селекционный про­цесс, размножать растения, которые с трудом или совсем не размножаются вегетативно.

Процесс микроразмножения состоит из следующих этапов:

1) выбор растения-донора для получения растительных тканей (органов);

2) получение стерильной культуры растения на искусственной питательной среде;

3) размножение микропобегов (черенкование);

4) укоренение микропобегов и их хранение при пониженной температуре (2–10°С);

5) посадка в почву пробирочных растений и их адаптация в условиях теплицы, а затем в открытом грунте.

Рис. Схема клонального микроразмножения растений:

1 – подбор эксплантата; 2 – получение стерильной культуры; 3 – формирование микропобегов; 4 – размножение микропобегов; 5 – укоренение микропобегов;

6 – хранение растений-регенератов при пониженной температуре; 7 – перевод растений в теплицу; 8 – высадка растений в открытый грунт

При клональном микроразмножении часто используется метод развития существующих в растении пазушных или верхушечных меристем, так как наиболее активна делящаяся ткань растения, состоящая из меристематического купола и одной или двух пар листовых зачатков или зачатков хвои. Изолированные меристемы помещаются в пробирки на питательную среду определенного состава, где при создании определенных условий (температуры, продолжительности дня, интенсивности освещения) вырастает побег. В дальнейшем побег размножается путем его деления на микрочеренки, состоящие из части стебля с одной или двумя пазушными почками. Эти микрочеренки вновь развиваются в побеги, которые можно опять черенковать и культивировать на питательной среде. Таким образом, цикл микрочеренкования повторяется. На этом этапе микроразмножения основную роль играют вещества цитокининового действия, обеспечивающие получение высокого коэффициента размножения. Когда число побегов достигнет необходимого количества, их переносят в пробирки для укоренения. В этом случае в питательную смесь добавляют другие регуляторы роста – ауксины, стимулирующие образование корней. Примерно через месяц сформировавшиеся растения можно переносить из пробирки в почву.

Рис. Схемы выращивания посадочного материала методом изолированных тканей и органов

1 – исходное растение, 2 – точка роста побега (меристема), 3 – цикл размножения, 4 – размножение почек побега, 5 – рост побегов и корнеобразование, 6 – разъединение, 7 – хранение в холодильнике, 8 - повторный перевод в цикл размножения, 9 – перевод в грунтовую культуру, 10 – выращенное растение.

Выращивание растений из клеток или тканей осуществляют двумя способами.

Первый способ - способ верхушечных меристем заключа­ется в выделении вегетативного апекса (наиболее активная де­лящаяся верхушечная ткань растений), состоящего из меристе­матической ткани с зачатками листьев (хвои). Из него при создании определенных условий (температуры, продолжитель­ности дня, интенсивности освещения и состава питательной среды) вырастает сначала проросток, а потом растение - ре­генерат. Полученные таким образом меристемные растения со­держат генотип, полностью идентичный генотипу растения, из которого были выделены апексы.

Второй способ - способ каллусной культуры также основан на воспроизведении целого растительного организма из апе­кальной меристемы растения. В отличие от первого способа здесь используют более мелкие кусочки апекальной ткани, со­держащие обычно лишь меристематические клетки, без каких­ либо признаков дифференциации. Дальнейшая судьба этих кле­ток целиком определяется условиями выращивания и составом питательной среды, причем решающую роль играет концентра­ция регуляторов роста и их соотношение. Эта группа клеток в зависимости от условий выращивания может превратиться или в недифференцированную ткань, называемую каллусом, либо путем дифференциации дать начало развитию меристематических органов, способных далее регенерировать отдельные ор­ганы или целые растения.

Технология выращивания посадочного материала начина­ется с того, что каллус, образовавшийся из меристематической ткани верхушечной точки роста при посадке на определенную среду, разрезается на мелкие кусочки, которые затем высажи­вают в новую питательную среду, способствующую дифферен­циации ткани. Последняя первоначально должна иметь регуля­торы роста, относящиеся к группе гормонов растения, которые обеспечивают образование новых почек. Если эти вновь образо­вавшиеся почки разделить и поместить в ту же питательную среду, весь цикл повторится. Когда число почек достигнет не­обходимого количества, их высаживают в пробирки для укоре­нения. В этом случае в питательную смесь добавляют другие регуляторы роста - ауксины, которые стимулируют образование корней. Примерно через месяц такое растение способно выдержать пересадку в почву.­

Пересадка растений в почву является ответственным этапом, завершающим процесс клонального микроразмножения. Наиболее благоприятное время для этого – весна или начало лета. Экземпляры с двумя или тремя листьями и хорошо развитой корневой системой вынимают из пробирок и переносят в почвенный субстрат легкого механического состава (торф и песок – 3 : 1; торф, дерновая земля и перлит – 1 : 1 : 1; торф, песок и перлит – 1 : 1 : 1). Акклиматизацию растений и их последующее доращивание проводят в теплицах, где поддерживают температурный режим (20–22°С), освещенность (не менее 5 тыс. лк), относительную влажность воздуха (90%). Через 20–30 суток после посадки растения подкармливают растворами минеральных удобрений. По мере роста их пересаживают в открытый грунт для последующего доращивания и адаптации к условиям внешней среды

В настоящее время насчитывается более 200 видов древесных растений, которые размножены на искусственных питательных средах в условиях in vitro. Большой практический интерес представляет клональное микроразмножение хвойных пород, что связано с трудностью размножения их черенками. Технологии размножения хвойных основываются на культивировании растительных тканей, находящихся на ювенильной стадии развития. Для размножения целесообразно отбирать деревья в возрасте старше 20 лет, когда уже проведена их оценка по хозяйственно ценным признакам. В настоящее время этим способом размножают сосну, ель, секвойю, лжетсугу, тую, можжевельник и др.

Гидропоника – это способ выращивания растений в водном растворе, в котором присутствуют все необходимые элементы для их роста и развития. Раствор готовится путем растворения в воде минеральных удобрений и солей, содержащих микроэлементы. Относительная влажность воздуха в теплицах с гидропонными установками должна составлять 70–90%, а температура +20 … +25⁰С. Сеянцы выращиваются в специальных гидропонных установках .

При производстве посадочного материала методом гидропоники в качестве основания, которое служит для механического поддержания сеянцев в вертикальном положении, применяется крупнозернистый песок, гравий, керамзит, вермикулит и перлит. Основание из этих материалов используется многократно после предварительной дезинфекции.

Рис. 11. Схемы гидропонных установок:

а – гравийной; б – водяной;

1 – насос; 2 – фильтр; 3 – емкость для раствора; 4 – гравий;

5 – питательный раствор; 6 – песочное основание

При выращивании лесных сеянцев основанием чаще всего служит слой крупнозернистого песка в 1 см, на поверхность которого высевают семена. Сеянцы, выращенные методом гидропоники, не имеют на корнях микоризу и поэтому их предварительно пересаживают в школьное отделение для доращивания. Данный метод пока не имеет в практике лесного хозяйства широкого применения и используется в некоторых зарубежных странах для выращивания сеянцев особо ценных видов.

ЛЕКЦИЯ 16