Размножение растений в культуре ткани

 

Методы клонального микроразмножения разрабатывались в основном для травянистых растений, так как ткани древесных культур оказались трудным объектом для культивирования. В последнее время возрос интерес к использованию культуры тканей для клонального размножения культурных и дикорастущих деревьев. Это объясняется:

1) при обычном размножении семенами в большинстве случаев возникает нестабильное в генетическом отношении потомство;

2) древесные обладают длительной ювенильной фазой роста и цветение и плодоношение у них наступает нескоро;

3) обычные методы вегетативного размножения часто малоэффективны, особенно для особей старше 10-15 лет.

Размножение древесных растений. В качестве эксплантата при культивировании тканей древесных растений часто используют внутрипучковый камбий, в котором обычно отмечают высокое содержание эндогенных цитокининов. Образование и рост каллуса в этих случаях может происходить на средах, лишенных экзогенных цитокининов, а иногда даже и ауксинов. Регенерации растений из клеток каллуса у древесных добиться гораздо труднее, чем у травянистых, а если они регенерируют, то часто оказываются слабыми и нежизнеспособными. Считается, что причиной этого может быть недостаточное образование вторичных сосудистых элементов в корнях и побегах, возникающих из каллуса, а также невозможность установить функциональную связь между сосудами стебля и корня. Часто критическим фактором является пересадка в почву регенерантов. Поэтому здесь особенно важна закалка растений перед высадкой в почву.

Для размножения древесных часто в качестве эксплантов используют точку роста побега или вегетативную почку. Использование почки имеет ряд преимуществ:

1) почка представляет собой уже сформированный рудиментарный побег;

2) почки древесных хорошо защищены чешуей, и поэтому из них легче получить стерильную культуру;

3) почки древесных сравнительно легко укореняются. Культуру почек используют для размножения многих древесных, в том числе эвкалипта, кофе, масличной пальмы, сосны, вяза, яблони, смородины, и многих других древесных и кустарниковых пород.

Для некоторых видов применяется специфическая методика культуры тканей. Например, для размножения ольхи используется каллус эпикотиля и верхушки побега, березы – каллус стебля и пыльников, сосны обыкновенной – хвоя и т.д. (Царев и др., 2002).

Благодаря технике in vitro в настоящее время размножено более 200 видов древесных растений. При этом удается клонировать 30-40 и даже 100-летние деревья дуба. Так как для практических работ в лесном хозяйстве целесообразно размножать древесные растения в возрасте старше 20 лет и более (после проведения оценки по хозяйственно-ценным признакам), то проводят омоложение «реювенилизацию» таких отселектированных экземпляров (обработка цитокинином и др. стимуляторами роста, повторное черенкование или прививки, частая декапитация деревьев и др.).

Ведутся успешные исследования по разработке методов размножения в культуре ткани хвойных древесных пород (таблица 1).

 

Таблица 1 - Хвойные породы, размноженные in vitro (приведена по Е.А. Калашниковой и др., 2001)

 

Вид	Происхождение экспланта	*Метод размножения	Укоре-нение
Семейство Сосновые
Пихта бальзамическая	Побеги		-
Лиственница даурская	Почки	1, 2	+
Сосна об.	Зародыши, семядоли, пучок хвои	1, 3 1, 2	- -
Ель об.	Зародыши, гипокотиль, почки, хвоя, стебель	1, 3, 4	- -
Ель колючая	Почки		-
Сосна кедровая сибирская	Зародыши		-
Псевдотсуга тисолистная	Зародыши, семядоли, почки, стебли	1, 4 1, 2	+ +
Тсуга западная	Семядоли		-

Продолжение таблицы 1

 

Семейство кипарисовые
Биота восточная	Гипокотиль		-
Можжевельник многоплодный	Верхушка побега, стебель	1, 3	-
Туя западная	Зародыш, Верхушка побега		+ -
Семейство таксодиевые
Секвойя вечнозеленая	Зародыш	1, 3	+

 

* 1 – образование адвентивных почек,

2 – клонирование микрочеренков,

3 – дифференциация почек в каллусе,

4 – соматический эмбриогенез в каллусе

 

Размножение злаковых. Методы культуры тканей растений для клонального размножения злаков до сих пор не имеют широкого применения. Лишь у сахарного тростника в настоящее время размножение в промышленных масштабах связано с культурой in vitro. У других злаков эффективность морфогенеза слишком низка и нестабильна для того, чтобы использовать это явление для клонального размножения. Наибольшие успехи достигнуты в регенерации из каллуса растений риса, имеются данные о регенерации растений кукурузы, ржи, проса, ячменя, тимофеевки и т.д. Имеется несколько данных о применении культуры меристемы для размножения ячменя, пшеницы.

Размножение овощных и ягодных культур. У многих овощных культур их промышленное производство основано на гетерозисных гибридах. Создание родительских линий, их размножение и сохранение генетической однородности вегетативным путем можно обеспечить клонированием in vitro. Среди овощных растений работа в этом направлении ведется с картофелем, капустой, спаржей, чесноком, томатами, сахарной свеклой и другими культурами.

Картофель, который не размножают семенами из-за большой гетерозиготности, в настоящее время успешно размножают в культуре ткани самыми различными методами: 1) культурой апикальной меристемы; 2) индукцией придаточных побегов и органов непосредственно из клеток эксплантата; 3) через каллус. Причем эксплантатом может служить почти любая часть растения. С помощью культуры меристемы за 7-8 месяцев удается оздоровить сорт и получить с исходного растения до 30-40 тыс. клубней.

Успешно идет размножение в культуре in vitro томатов (у которых почти из всех надземных частей можно получить каллус и регенеранты); капусты (у красной капусты получены растения из корней, стеблей, семядолей, листьев и каллуса).

Из ягодных культур наибольшие успехи достигнуты у земляники, которая в настоящее время размножается в культуре ткани в промышленном масштабе. Размножают землянику как культурой in vitro почек, так и путем регенерации из каллуса. Культивируя почки, Боксусу удалось получить за год из одного материнского растения до нескольких миллионов безвирусных потомков.

Размножение декоративных культур. Работы по клональному микроразмножению декоративных культур широко ведутся во многих лабораториях мира. Ведется работа по оздоровлению и клональному размножению селекционных сортов гвоздики, герберы, хризантемы, бегонии.

Из однодольных растений разрабатываются методы размножения в культуре ткани для ириса, гиацинта, гладиолуса, лилии и некоторых других видов. Значительные успехи достигнуты в размножении орхидных.

Разработаны технологии размножения in vitro 16 сортов бегоний, 10 сортов хризантем, 8 сортов гиацинтов, 12 сортов фиалок, 20 сортов лилий и др. растений.

 

Контрольные вопросы:

1. Размножение древесных растений «in vitro»

2. Методы реювенилизации древесных растений.

3. Клональное микроразмножение злаковых

4. Размножение «in vitro» овощных и ягодных культур

5. Микроклональное размножение декоративных растений