Опишіть стани адаптації клонів у грунтових умовах в мікроклональному розмноженні рослин

Мікроклональне розмноження - це безстатеве вегетативне розмноження в культурі in vitro, при якому отримують рослини генетично ідентичні вихідній батьківській формі, що сприяє збереженню генетично однорідного посадкового матеріалу. Цим методом можна розмножувати у короткі строки види, які важко розмножуються і рослини, які є в одному екземплярі, а також і стерильні генотипи. Особливої актуальності сьогодні набули дослідження по розробці методів мікроклонального розмноження рідкісних та зникаючих рослин. Багаточисельність, швидкість і високий коефіцієнт розмноження (1:1 000 000) дозволяє у 2–3 рази скоротити термін відбору і отримання нових рослин у селекційних дослідженнях.

КЛОН-сукупність генетично однорідних клітин, які походять від однієї клітини. Клон — основна одиниця обліку у генетиці мікроорганізмів. В основі утворення клонів лежить мітоз, або прямий поділ, наприклад, у бактерій, внаслідок чого генетична інформація розподіляється порівну між дочірніми клітинами. Тривалість життя клонів обмежена, тому що серед споріднених клітин можуть виникати мутантні і давати початок новим клонам.

Мікроклональне розмноження має цілий ряд переваг над традиційними методами розмноження рослин:

1) економія вихідного матеріалу;

2) отримання великого числа копій із мінімальної кількості рослинного матеріалу;

3) отримання генетично однорідного матеріалу;

4) можливість відбирати in vitro рослинний матеріал з бажаними ознаками;

5) можливість отримання безвірусного матеріалу;

6) можливість проводити розмноження рослин протягом цілого року, адже їх ріст і розвиток in vitro практично не залежать від сезону;

7) можливість отримувати у великих кількостях вегетативне потомство видів рослин, що важко розмножуються у звичайних умовах;

8) економія площі;

9) можливість тривалого збереження пробірочних рослин при понижених температурах, що дає змогу створити банк цінних форм рослин.

45. Опишіть технологію кріозбереження експлантів деревних видів рослин із цінними генотипами у банках генів.

Кріобіологія – розділ біології, який вивчає дію на живі системи низьких та наднизьких температур (від 0 ºC до абсолютного нуля). Кріостійкість клітин, тканин і органів рослин, їх природний та штучний захист від кріопошкоджень стає актуальною проблемою з теоретичної і практичної точки зору. Це пов’язано з необхідністю збереження генофонду елітних, рідкісних і зникаючих рослин, а також клітинних штамів-продуцентів, які складають основу біотехнологічних виробництв лікарських, харчових та біологічно активних речовин.

Термін кріозбереження застосовується для позначення складного багатоетапного процесу, метою якого є обмежено тривале зберігання життєздатних клітин, меристем або органів рослин в стані холодового анабіозу. Єдиним надійним засобом для вирішення цієї проблеми є глибокий холод (нижче - 140ºС), який забезпечує використання рідкого азоту (- 196 ºС) або його парів (- 150ºС). Позитивність глибокого заморожування полягає в тому, що при температурах, близьких до - 196 ºС, фактично повністю зупиняються процеси метаболізму клітин і тим самим зберігається їх генетична і епігенетична характеристика. Це дозволяє зберігати і потенційно використати навіть через сотні роківнеобхідний генотип, який буде знаходитись у кріогенному банку рослин.

Кріозбереження як система єдиного екстремального процесу складається з таких етапів:

- підготовка об’єкту,

- додавання кріопротектора,

- заморожування в певному режимі,

- зберігання в рідкому азоті,

- розморожування,

- видалення кріопротекторів (відмивка),

- рекультивація (для клітин),

- регенерація цілих рослин.

Найбільш відповідальним етапом кріозбереження вважається процедура заморожування. Цей процес відносно простий для об’єктів здуже низьким вмістом води (пилок, насіння), які можна безпосередньо занурювати у рідкий азот і проводити розморожування на повітрі у звичайних умовах. Труднощі виникають при заморожуванні тканин або органів рослин великого розміру. Збереження життєздатності об’єктів за рахунок зниження фази рідкої води забезпечується програмним заморожуванням у присутності кріопротекторів з постійною малою швидкістю (0,3 – 1 град/хв) до - 40 ºС. Присутність кріопротекторів дозволяє вільній воді вийти з клітин і кристалізуватись вже на поверхні у розчині.

Кріопротектори – це речовини, які зв’язують вільну воду як в міжклітинниках, так і в клітинах; ускладнюють її кристалізацію за рахунок утворення з нею водневих зв’язків; зменшують ущільнення протопластів клітин при заморожуванні.

Використовують різноманітні речовини-кріопротектори: диметилсульфоксид(ДМСО), поліетиленгліколь(ПЕГ), поліетиленоксид, етеленгліколь, гліцерин, сахарозу, сорбіт, маніт, лактозу та ін.

На сьогодні успішне кріозбереження клітинних і тканинних культур ін вітро здійснено майже для 70 видів рослин, половина з яких – меристеми. Вченими вже одержані рослини-регенеранти картоплі, моркви, гороху, суниць, томатів з меристем, які зберігались при наднизьких температурах. Активно проводяться дослідження з кріозбереження клітинних штамів-продуцентів економічно важливих речовин. Таким чином, захист і збереження рослинних ресурсів являє собою гідну задачу для біотехнології.

Плантаційні лісові культури (далі ПЛК) – це штучні насадження з прискореним ростом рослин, створені з метою скорочення термінів вирощування спеціальної лісової продукції підвищеної якості. Під плантаційними лісовими культурами ми розуміємо штучні екосистеми під керуванням людини з цільовою спрямованістю на прискорене промислове вирощування спеціальної лісової продукції, зокрема – цільових сортиментів деревини в більших обсягах і у значно коротші терміни, ніж у культурах, вирощуваних за традиційною технологією.

Ґрунтуючись на результатах фактичної та потенційної продуктивності лісових насаджень, аналізуючи численні літературні джерела, вивчаючи ріст, продуктивність та взаємодію хвойних з іншими породами в умовах рівнинної частини західного регіону України, ми вважаємо перспективним заходом запровадити для плантаційного лісовирощування три хвойні породи – ялину, псевдотсугу та модрину, створюючи як чисті, так і змішані насадження з цих та з домішкою деяких інших деревних порід. Основою для такого вибору послужили висока продуктивність цих видів у певних типах лісорослинних умов і при запровадженні спеціальної технології; висока і дуже висока швидкість росту та здатність до формування високопродуктивних чистих і змішаних деревостанів; порівняно невисокі витрати на створення і можливість отримання доходів ще задовго до головної рубки плантаційних лісових культур; цінність деревини порід, яка користується практично необмеженим попитом, в т.ч. і для отримання целюлози; наявність значного наукового та ви- робничого досвіду вирощування згаданих хвойних порід у лісових культурах Західного Лісостепу та Прикарпаття.

46. Що таке плантації лісових культур та з якою метою вони створюються. Наведіть приклади.

Плантаційні лісові культури (далі ПЛК) – це штучні насадження з прискореним ростом рослин, створені з метою скорочення термінів вирощування спеціальної лісової продукції підвищеної якості. Під плантаційними лісовими культурами ми розуміємо штучні екосистеми під керуванням людини з цільовою спрямованістю на прискорене промислове вирощування спеціальної лісової продукції, зокрема – цільових сортиментів деревини в більших обсягах і у значно коротші терміни, ніж у культурах, вирощуваних за традиційною технологією.

Ґрунтуючись на результатах фактичної та потенційної продуктивності лісових насаджень, аналізуючи численні літературні джерела, вивчаючи ріст, продуктивність та взаємодію хвойних з іншими породами в умовах рівнинної частини західного регіону України, ми вважаємо перспективним заходом запровадити для плантаційного лісовирощування три хвойні породи – ялину, псевдотсугу та модрину, створюючи як чисті, так і змішані насадження з цих та з домішкою деяких інших деревних порід. Основою для такого вибору послужили висока продуктивність цих видів у певних типах лісорослинних умов і при запровадженні спеціальної технології; висока і дуже висока швидкість росту та здатність до формування високопродуктивних чистих і змішаних деревостанів; порівняно невисокі витрати на створення і можливість отримання доходів ще задовго до головної рубки плантаційних лісових культур; цінність деревини порід, яка користується практично необмеженим попитом, в т.ч. і для отримання целюлози; наявність значного наукового та ви- робничого досвіду вирощування згаданих хвойних порід у лісових культурах Західного Лісостепу та Прикарпаття.

47. Охарактеризуйте заходи спрямовані на підвищення продуктивності та ефективності плантаційних насаджень.

Під плантаційними лісовими культурами (ПЛК) ми розуміємо штучні насадження, вирощувані під керуванням людини з цільовою спрямованістю на пришвидшене промислове отримання спеціальної лісової продукції у біль- ших обсягах і в значно коротші терміни, ніж у культурах, вирощуваних за традиційною технологією

Для підвищення ефективності функціонування та продуктивності плантаційних насаджень слід запровадити низку заходів, які доцільно об’єднати у чотири групи. До першої з них належать природні та технологічні аспекти – вибір виду, екотипу, різновидності чи форми рослини, вибір ділянки, типу лісорослинних умов, застосування відселектованого садивного матеріалу, вибір початкової густоти, схем змішування, розміщення садивних місць, системи обробітку ґрунту. До другої групи належать аспекти, спрямовані на поліпшення росту та якості деревини, підвищення інтенсивності накопичення біомаси деревних рослин, регулювання густоти. До третьої групи належать заходи з ефективної реалізації продукції плантаційного лісовирощування. До четвертої групи необхідно віднести аспекти, спрямовані на покращення росту та якості деревини, підвищення інтенсивності її нагромадження, регулювання густоти.

48.Дайте характеристику основних етапів створення і вирощування плантаційних лісових порід.

Створення, вирощування та функціонування плантаційних лісових культур базується на наступних принципах:

– початкова густота культур повинна забезпечити їх якнайшвидше змикання, щоб до мінімуму звести затрати на агротехнічні догляди;

– ПЛК необхідно вирощувати в режимі оптимальної густоти з урахуванням біологічних особливостей порід та цільового спрямування вирощуваних насаджень, проводячи своєчасні та необхідної інтенсивності розріджування;

– внесення мінеральних добрив не передбачається (або внесення обмеженої їх кількості), оскільки використовується принцип породозміни та створення ПЛК у відносно багатих та багатих типах лісорослинних умов;

– на деградованих і малопродуктивних землях, які відведені під тимчасове або постійне залісення створенню лісових культур повинне передувати біологічні методи рекультивації.

Створення і вирощування ПЛК має здійснюватись у наперед визначених умовах з обов'язковою системою запроектованих заходів.

Найважливіші елементи створення плантаційних лісових насаджень:

– концентрація приросту за запасом на деревах з поліпшеними спадковими властивостями;

– територіальна приуроченість плантацій, що закладаються, до регіонів і ділянок зі сприятливими умовами клімату і ґрунту;

– ефективна гідротехнічна, хімічна і біологічна меліорація місцезростань плантаційних насаджень та підтримка високого рівня родючості ґрунту протягом усього циклу вирощування культур;

– особливо ретельна і відповідна лісовим умовам агротехніка обробітку ґрунту, що забезпечує створення високого агрофону в зоні розміщення кореневих систем культур;

– створення плантаційних культур «спеціальним» садивним матеріалом;

– інтенсивний захист культур від конкуруючих рослин, шкідників і хвороб;

– реалізація режимів оптимальної густоти з урахуванням біологічних особливостей вирощуваних порід і можливості максимальної механізації основних технологічних процесів.

Створення і вирощування лісових плантацій:

– економічне планування;

– вимоги до ділянок для закладки плантацій культур;

– підготовка лісокультурної площі та обробіток ґрунту;

– садіння садивного матеріалу і підживлення плантаційних культур;

– захист плантаційний культур від шкідників і хвороб і протипожежні заходи.

Вимоги до ділянок для закладки плантацій культур. Для забезпечення високої продуктивності машин і механізмів культури плантацій бажано створювати у вигляді великих масивів (300 га і більше). Мінімальна площа дендрополя – 10 га. Рельєф рівний або злегка хвилястий, що не перешкоджає роботі водовідвідних систем. Засміченість верхнього (30 см) шару ґрунту камінням не повинна перевищувати 20 м³/га. Глибина залягання щільного корене- і водонепроникного горизонту повинна бути не менше 40 см. Площа. підготовлена до закладання плантацій повинна мати дорожню мережу, що забезпечує під'їзд транспортних засобів до кожної ділянки, і глибину залягання поверхневих ґрунтових вод до початку вегетації не менше 30 см. Відстань між рядами культур 2,0...4,5 м. У зазначеному діапазоні допускається чергування вузьких і широких міжрядь.

Підготовка лісокультурної площі. До складу підготовчих робіт входять:

- розчищення площі від деревної рослинності, порубкових залишків і неліквіду;

- розбивка на місцевості запроектованих доріг, проїздів, осушувальних каналів, протипожежних бар'єрів і узлісь, пожежних водойм, рядів культур і т.д.;

- корчування пнів або видалення тільки їх надземної частини в місцях, де вони будуть заважати роботі ґрунтообробних знарядь;

- вапнування ґрунту при рН нижче 4,0...3,5.

Розчищення площі проводять у суху пору року. Зібрані деревні залишки переробляють на щепу, спалюють або після подрібнення рівномірно розкидають по площі. Кількість деревних залишків великих розмірів, що залишаються (довжиною більше 1,5 м, d понад 8 см) не повинно перевищувати 15 м³/га.

Осушувальну мережу прокладають на тих ділянках, де поверхневі ґрунтові води стоять вище позначки 30 см від поверхні ґрунту (гігротопи з індексом 3...5). Проводять ці роботи на підставі заздалегідь складених проектів.

Дороги повинні забезпечувати можливість під'їзду вантажних автомобілів до кожної ділянки. а тракторних агрегатів – до кожного ряду дерев з можливістю розвороту при заїзді на черговий гін. Оптимальна довжина гонів – 250...500 м. Найбільш дорогою і енергоємної операцією є корчування пнів. Вона необхідна на перезволожених ґрунтах для того щоб по лісокультурних борознах скинути в водоприймач надлишок води зі зрубу. Корчування проводять у суху пору року в режимі, що мінімально пошкоджує ґрунтову поверхню. Пні обтрушують від ґрунту і використовують як сировину для подальшої переробки або укладають на перегнивання в кожне друге чи четверте міжряддя.

Завершальною операцією є вапнування сильнокислих ґрунтів до рН 4,5. Для внесення вапняних матеріалів використовуються тракторні розкидачі.

Обробіток ґрунту. Належному обробітку ґрунту при закладанні плантацій приділяють основну увагу. Він повинен поліпшити водно-повітряний та тепловий режими ґрунту, підвищити його потенційну і актуальну родючість, захистити культури від конкуренції трав'яної рослинності, забезпечити можливість високоякісного садіння за дотримання паралельності рядів вирощуваних рослин, ширини міжрядь і кроку садіння. Обробіток ґрунту (найчастіше механічний) проводять, як правило, за рік до садіння культур. Спосіб і технічні засоби вибирають залежно від лісорослинних умов. У едатопах В₂ і С₂ на зрубах з висотою пнів до 15 см і незадернілих, пухких ґрунтах рекомендується проводити суцільне або стрічкове розпушування дисковими боронами або фрезами на глибину 8…15 см у два- три сліди. За два проходи дисковим плугом типу ПЛД-1,2 формують гряду висотою 8...10 см, наякій потім висаджують два ряди дерев.

У цих умовах хороші результати дає оранка ґрунту плугом ПКЛ-70 з подальшою 2-3-кратною обробкою борозни і пластів дисковими боронами, працюючими всклад. На землях колишнього с/г користування найчастіше застосовується суцільна оранка, яку на щільних ґрунтах поєднують з безвідвальним розпушуванням на глибину 50...70 см. При цьому необхідно зруйнувати підорний шар «підошву», інакше культури утворюють поверхневу кореневу систему, що може бути причиною вітровалу насаджень у стадії жердняку. Щоб не було погіршення лісорослинних властивостей ґрунту, після хвойних на 30...35 років створюють плантацію листяної породи, наприклад. берези повислої. При сильному задерніння ґрунту рекомендується чорний пар у поєднанні з хімічною боротьбою з трав'яною рослинністю. Термін садіння сіянців з відкритими коренями – весна наступного року. Небажана рослинність буде пригнічена протягом двох років.

Щоб окупити витрати на закладку плантацій, протягом перших років ротації у міжряддях культур можна вирощувати овес, жито, лікарські трави, картоплю чи інші лікарські або с/г культури, що здатні рости на «лісових» ґрунтах.

Для створення плантацій доцільно проводити суцільний обробіток ґрунту за системою чорного або сидерального пару, що забезпечує інтенсивний ріст саджанців і дає змогу скоротити кількість агротехнічних доглядів. На нелісових землях, після обробітку ґрунту у рядах майбутніх культур потрібно здійснювати також глибоке безполицеве розпушення підґрунтя. Якісному обробітку ґрунту під плантаційні насадження на зрубах перешкоджають пеньки. Для ефективного використання техніки їх видаляють або понижують. Під час вирощування середніх і грубих хвойних сортиментів корчування пеньків недоцільне.

На свіжих зрубах доцільно обмежитися частковим обробітком ґрунту, а висока початкова густота зумовить швидке змикання ПЛК і проведення мінімальної кількості агротехнічних доглядів.

Садіння садивного матеріалу. Плантаційні лісові культури створюють доброякісним, селекційно поліпшеним, зазвичай великомірним садивним матеріалом, зокрема, із закритою кореневою системою.

Садивний матеріал вирощують з районованого насіння з покращеними спадковими властивостями за обов'язкового відбору кращих особин (30...50 % від партії стандартного садивного матеріалу). Садивний матеріал може бути із закритою або відкритою кореневим системами, його вирощують у розсадниках з високим агрофоном, що дозволяє зробити ефективний відбір, як прийом масової селекції і отримати компактну кореневу систему з великою кількістю всмоктуючих коренів.

Кращим видом садивного матеріалу для створення плантацій тополь і верб на середні і грубі сортименти є живцеві саджанці, а для створення мініротаційних плантацій – здерев'янілі (зимові) однорічні живці.

Термін садіння – весною до розпускання бруньок, з обов'язковим виконанням профілактичного захисного обробітку садивного матеріалу.

Крок садіння сіянців – 0,7...0,8 м, саджанців – 1,0...1,5 м залежно від їх розміру. Розміщення – рядове, можливо й біогрупами, але у рядах, що забезпечить можливість механізованого догляду за плантаціями.

Підживлення плантаційних культур. Для підвищення актуальної і потенційної родючості ґрунту на плантаціях, до складу живого надґрунтового покриву бідних піщаних ґрунтів рекомендується вводити біологічний меліорант – люпин багаторічний. На другий, третій роки, після садіння сосни, люпин висівають у центральній частині широких міжрядь у вигляді 1-2 рядків. Перед сівбою люпину ґрунт обробляють дисковою бороною. Посів роблять ранньою весною, на глибину 1,5...2,5. Перед сівбою насіння скарифікують і обробляють. Один раз в два-три роки люпин, що сильно розрісся, приминають дисковою бороною, проходячи по міжряддях у кінці літа.

Підживлення мінеральними добривами рекомендується як швидкий і ефективний захід покращення стану культур, але результативність цього прийому не скрізь однакова: її знижують несприятливий водно-повітряний режим ґрунту та інтенсивний розвиток конкуруючої рослинності.

Закладаючи плантаційні культури рекомендується стартове внесення фосфорних добрив, які стимулюють ріст коренів саджанців і підвищують їх стійкість до несприятливих чинників. Їх вносять в садивну лунку або на поверхню ґрунту навколо рослини.У наступні роки підживлюють тільки відстаючі в рості, ослаблені хворобами культури, а також культури після рубок догляду. Правильний вибір площ під плантації (досить родючих) дозволяє звести до мінімуму потребу в добривах.

На мінеральних ґрунтах культури найчастіше потребують підживлення азотними добривами. Залежно від віку культур використовують наступні дози діючої речовини: 10...15 років – 80...100 кг/га. Потреба підживлення фосфорними і калійними добривами встановлюють на основі результатів ґрунтового аналізу або листкової діагностики. Оптимальний термін робіт – травень-початок червня, по вологім ґрунті.

Захист плантаційний культур від шкідників і хвороб. У основу захисту плантаційний культур від мишевидних гризунів, комах шкідників і хвороб має бути покладений інтегральний метод, що передбачає:

а) систематичний лісопатологічний контроль протягом усього терміну їх вирощування і своєчасний прогноз появи шкідників і хвороб у кількостях, що перевищують поріг шкодочинності;

б) широке і систематичне проведення профілактичних заходів;

в) вибір і застосування найбільш ефективних і досконалих в екологічному відношенні засобів захисту за оптимальних строків і способів нанесення їх на рослини. Для захисту культур від мишевидних гризунів використовують отруєні приманки. Приманку вносять з розрахунку 3 кг на 1 га шляхом рівномірного розсівання. Для захисту культур від комплексу хвороб хвої та гілок рекомендується обробка крон.

З метою профілактики кореневих гнилей, що викликаються кореневою губкою і опеньком, при зріджуванні культур свіжі пеньки необхідно обробити 20 % розчином сечовини або біопрепаратом пеніофори гігантської.

Протипожежні заходи. Всі протипожежні заходи проектуються і реалізуються з розрахунку на виявлення і гасіння наземними засобами.

Великі масиви культур повинні розділятися на блоки площею 100...150 га. Між блоками формують протипожежні бар’єри з листяних порід шириною 30...50 м. У центральній частині бар’єру створюють розрив шириною 8...10 м, який використовують як дороги протипожежного призначення. Уздовж розриву прокладають мінералізовані смуги шириною 1,5...2,0 м. У свою чергу великі блоки поділяють протипожежними розривами на більш дрібні, площею 20...30 га. Проектовані дороги і проїзди повинні забезпечити доставку до місць пожежі людей і засобів пожежогасіння протягом 30 хвилин з моменту його виявлення. Біля доріг та проїздів будують пожежні водойми з відстанню не більше 1,5 км одна від одної. На дорогах по межах плантаційний культур розміщують плакати та оголошення, що містять інформацію про особливу цінність та високу пожежну небезпеку об'єктів. У пожежонебезпечні періоди відвідування плантацій сторонніми особами має бути заборонено.