Заводя ту или иную плодовую культуру, каждому из нас хочется застраховаться, чтобы не получить зараженное болезнями и вредителями растение, которое не только не порадует хорошим урожаем, но и заставит долгие годы (если, конечно, выживет) ждать первых плодов. Есть ли выход?

— Есть, — уверенно отвечает старший научный сотрудник отдела биохимии и биотехнологии растений Центрального ботанического сада НАН Беларуси Вероника Филипеня. — Это растения, полученные путем клонального микроразмножения. Обычно культуры размножают семенным и вегетативным способами. Но у каждого из них есть как свои преимущества, так и недостатки. Главный минус семенного размножения — генетическая пестрота получаемого посадочного материалa и длительный ювенильный период (то есть период до цветения и плодоношения). При вегетативном размножении ничего этого нет, но, увы, эффективность получения саженцев некоторых видов и сортов очень низкая. К тому же не всегда удается получать стандартный посадочный материал из–за возможного накопления инфекции в исходных растениях и переноса ее в укореняемый черенок. Сложно размножать растения и прививками.

— В чем новизна клонального микроразмножения?

— Это принципиально новый метод вегетативного размножения в условиях in vitro, то есть в пробирке. Он основан на способности изолированных частей растения, помещенных на определенные питательные среды, восстанавливать недостающие органы и таким образом регенерировать целый организм. Можно использовать клетки почти любых органов и тканей растения — зародыша, листа, стебля, семядолей, чешуек и донца луковицы, сегментов корней и зачатков соцветий. Главное — подобрать соответствующие питательные среды и условия стерилизации, чтобы избавить растительную ткань от инфекции.

Клональное микроразмножение (можно сказать «клонирование») подразумевает получение растений, генетически идентичных исходному экземпляру. Первоначально слово «клон» (англ. cloning — «веточка, побег, отпрыск») стали употреблять для обозначения группы культур (например, плодовых деревьев), полученных вегетативным способом размножения от одного растения. Сам же процесс получения таких потомков назвали клонированием. Пионером клонального микроразмножения считают французского ученого Жана Мореля, который в 1950–х получил первые растения в пробирках — регенеранты орхидей. Уже к началу 1980–х клональное микроразмножение стало мощным направлением промышленного производства растений, быстро реагирующим на запросы рынка. Сегодня лидеры в этой области — Нидерланды, США, Индия, Израиль, Италия, Польша.

Схема клонального микроразмножения растений: I путь -активация развития существующих меристем; II путь - индукция возникновения адвентивных почек; 1 - выбор исходного экспланта; 2 - получение стерильной культуры; 3 - образование адвентивных почек на первичном экспланте; 4 - рост почек и формирование микропобегов; 5 - размножение микропобегов; 6 - укоренение микропобегов; 7 - депонирование растений-регенерантов; 8 - акклиматизация растений к грунту; 9 - высадка регенерантов в поле

При вегетативном размножении сохраняется генотип материнского растения и сокращается продолжительность ювенильного периода. Однако для большинства видов (в первую очередь для древесных пород) проблема вегетативного размножения остается до конца не решенной. Это обусловлено следующими причинами:

-не все породы, даже на ювенильной стадии, могут размножаться вегетативным способом с требуемой эффективностью (дуб, сосна, ель, орехоплодные и др.);-

-практически невозможно с помощью черенкования размножать многие виды древесных пород в возрасте старше 10—15 лет;

-не всегда удается получать стандартный посадочный материал (возможность накопления и передачи инфекции);

-трудоемкостью и сложностью операций при размножении взрослых (древесных) растений с помощью прививок;

-неэффективностью разработанных технологий для получения достаточного количества генетически однородного материала в течение года.

Достижения в области культуры клеток и тканей привели к созданию принципиально нового метода вегетативного размножения — клонального микроразмножения (получение в условиях in vitro (в пробирке), неполовым путём растений, генетически идентичных исходному экземпляру). В основе метода лежит уникальная способность растительной клетки реализовывать присущую ей тотипотентность, то есть под влиянием экзогенных воздействий давать начало целому растительному организму

-В чем преимущества клонального микроразмножения перед другими методами?

- В первую очередь оно позволяет получить генетически однородный, оздоровленный (свободный от инфекций, в том числе вирусных) посадочный материал. Это и производство огромного числа растений (генетических копий) из минимального количества исходного материала, и круглогодичное размножение, и планирование выпуска продукции к определенному сроку, а также возможность размножения растений, трудно размножаемых традиционными способами... Для некоторых видов растений с одного исходного черенка, высаженного в пробирку, за год можно получить до 1 млн саженцев. Такого результата никогда не достичь обычными методами. Быстрое клонирование растительного материала in vitro также позволяет сократить селекционный процесс до 3 — 4 лет вместо 10 — 12 и достаточно быстро получить новые высокопродуктивные сорта.

 Первые достижения в области клонального микроразмножения были получены в конце 50-х годов XX столетия французским ученым Жоржем Морелем, которому удалось получить первые растения-регенеранты орхидей. Успеху Ж. Мореля в микроразмножении способствовала уже разработанная к тому времени техника культивирования апикальной меристемы растений в условиях in vitro. Как правило, исследователи в качестве первичного экспланта использовали верхушечные меристемы травянистых растений: гвоздики, хризантемы, подсолнечника, гороха, кукурузы, одуванчика, салата и изучали влияние состава питательной среды на процессы регенерации и формирования растений. Ж. Морель в своих работах также использовал верхушку цимбидиума (сем. орхидные) состоящую из конуса нарастания и двух-трех листовых зачатков, из которой при определенных условиях наблюдал образование сферических сфер — протокормов. Сформировавшиеся протокормы можно было делить и затем культивировать самостоятельно на вновь приготовленной питательной среде до образования листовых примордиев и корней. В результате им было обнаружено, что этот процесс бесконечен и можно было получать в большом количестве высококачественный и генетически однородный, безвирусный посадочный материал.

В России работы по клональному микроразмножению были начаты в 60-х годах в лаборатории культуры тканей и морфогенеза Института физиологии растений им. К. А. Тимирязева РАН. Под руководством чл.-корр. РАН, академика РАСХН Бутенко Р. Г. были изучены условия микроразмножения картофеля, сахарной свеклы, гвоздики, герберы, фрезии и некоторых других растений и предложены промышленные технологии. Таким образом, первые успехи в клональном микроразмножении связаны с культивированием апикальных меристем травянистых растений на соответствующих питательных средах, обеспечивающих в конечном итоге получение растений-регенерантов. Однако область применения микроразмножения разнообразна и имеет тенденцию к постоянному расширению. Это в первую очередь относится к размножению in vitro взрослых древесных пород, особенно хвойных, и использование техники in vitro для сохранения редких и исчезающих видов лекарственных растений. В настоящее время в этом направлении наметился положительный сдвиг.

Первые работы по культуре тканей древесных растений были опубликованы в середине 20-х годов XX столетия и связаны с именем французского ученого Готре.

В них сообщалось о способности камбиальных тканей некоторых видов вяза и сосны к каллусогенезу in vitro. В последующих работах 40-х годов было выяснено о способности различных тканей вяза листового к образованию адвентивных почек. Однако дальнейший рост и формирование побегов авторами не были получены. Лишь к середине 60-х годов Матесу удалось получить первые растения-регенеранты осины, которые были доведены до почвенной культуры. Культивирование тканей хвойных город in vitro долгое время использовалось как объект исследования. Это было связано со специфическими трудностями культивирования ювенильных и тем более взрослых тканей, изолированных с растения. Известно, что древесные, и особенно хвойные, характеризуются медленным ростом, трудно укореняются, содержат большое количество вторичных соединений (фенолы, терпены и другие вещества), которые в изолированных тканях окисляются различными фенолазами. В свою очередь, продукты окисления фенолов обычно ингибируют деление и рост клеток что ведет к гибели первичного экспланта или к уменьшению способности тканей древесных пород к регенерации адвентивных почек которая с возрастом растения-донора постепенно исчезает полностью. Однако, несмотря на все трудности, ученые все чаще используют в качестве объектов исследований различные ткани и органы древесных растений В настоящее время насчитывается более 200 видов древесных растений из 40 семейств, которые были размножены in vitro (каштан, дуб, береза, клен, осина, гибриды тополей с осиной, сосна, ель, секвойя и др.), а работы в этом направлении ведутся в научных учреждениях Москвы, Санкт-Петербурга, Воронежа, Уфы, Новосибирска, Архангельска, Киева, Одессы, Ялты и др.

— Каковы перспективы использования клонального микроразмножения растений?

— Этот метод давно вышел за рамки лабораторий и превратился в перспективное направление биотехнологии, направленное на масштабное производство декоративных, плодовых, ягодных, лесных и овощных культур. Уверена, что в ближайшее время в Беларуси клонирование in vitro станет основным способом получения качественного посадочного материала. Подтверждением этому служит постепенно увеличивающееся количество создаваемых лабораторий клонального микроразмножения, в том числе частных. А создание коллекций in vitro c использованием микроразмножения может стать важным инструментом поддержания биоразнообразия, сохранения и восстановления редких и исчезающих видов, занесенных в Красную книгу нашей страны.

Процесс клонального микроразмножения можно разделить на четыре этапа:

-выбор растения-донора, изолирование эксплантов и получение хорошо растущей стерильной культуры;

-собственно микроразмножение, когда достигается получение максимального количества мериклонов;

-укоренение размноженных побегов с последующей адаптацией их к почвенным условиям, а при необходимости депонирование растений-регенерантов при пониженной температуре (+ 2°, + 10 °C);

-выращивание растений в условиях теплицы и подготовка их к реализации или посадке в поле.

— Какие культуры сегодня можно размножать в пробирках?

— Технологии клонального микроразмножения разработаны более чем для 2.400 видов и сортов растений. В мировой практике этот метод широко используется в производстве безвирусного посадочного материала ряда важных сельскохозяйственных, в том числе технических (сахарная свекла, хмель, табак), овощных (томаты, картофель, огурцы, перец), плодовых (яблоня, слива, вишня, груша), ягодных (малина, смородина, голубика, земляника) и цветочно–декоративных (гвоздика, хризантема, роза, гербера) культур.

— С чего начинается процесс клонального размножения?

— С выбора исходного (донорного) растения и его части (то есть экспланта), которая в дальнейшем будет использоваться для размножения. Эксплант отделяют, стерилизуют и помещают на питательную среду. Ее состав подбирается для каждого вида, а в большинстве случаев — и сорта растений. Используют как твердые, так и жидкие питательные среды. При этом, кроме минеральной основы культуральных сред, внимание уделяется и регуляторам роста, особенно фитогормонам. В качестве питания используются различные углеводы: сахароза, глюкоза, фруктоза... А затем с учетом естественных условий произрастания при культивировании in vitro для растений устанавливают определенный температурный режим, интенсивность освещения и фотопериод.

— А как происходит оздоровление посадочного материала?

— Оно начинается со стерилизации экспланта в асептических условиях бокса и с обработки ткани антибиотиками. Но таким образом удается освободиться в основном от бактерий, грибных инфекций и нематод. Вирусы, вироиды, микоплазмы все равно остаются в тканях инфицированных растений. Именно из–за вирусных болезней и погибает от 10 до 50% урожая сельскохозяйственных культур, размножающихся вегетативно. Если генетические тесты подтверждают наличие вирусов в клетках растений, то проводится термо– и химиотерапия в культуре in vitro.

— Зависит ли эффективность клонального размножения от возраста растения, с которого взят эксплант?

— Конечно. Чем старше растение, тем оно более инфицировано и у него более низкий регенерационный потенциал. Важно и время года. При изолировании экспланта происходит механическое повреждение тканей, сопровождаемое резким усилением интенсивности биосинтеза фенольных соединений и их ферментативным окислением, в результате которого образуются токсические хиноны, вызывающие некроз и гибель экспланта. Больше всего фенольных соединений образуется в растениях летом и осенью. При разработке метода микроклонального размножения сотрудниками нашего ботанического сада было установлено, что большим регенерационным потенциалом у сортов голубики высокорослой и рододендронов обладают ювенильные, а у сортов брусники обыкновенной — зрелые части растений.

Вот, к примеру, как проходит клональное размножение голубики по методике, разработанной в нашем ботаническом саду. На первом этапе идет отбор и оценка исходных растений. Здоровые с доказанной сортовой принадлежностью используют как источник эксплантов. Получение стерильной культуры голубики лучше всего проводить с февраля по август. Экспланты (кусочки побегов с двумя пазушными почками) отделяют, выдерживают в течение 30 минут в стерилизующем растворе и высаживают на специально подобранные для первого этапа питательные среды. Через 2 — 4 недели из пазушных почек начинают развиваться новые побеги. Главная задача второго этапа — массовое размножение стерильных растений. Для увеличения эффективности размножения побеги черенкуют и пересаживают на среду другого состава, подобранную специально для тиражирования растительного материала. Такое черенкование проводят до тех пор, пока не получится необходимое количество саженцев. На третьем этапе побеги укореняют. Это можно сделать как в пробирках, так и в почвенном субстрате. Растения с хорошо развитой корневой системой осторожно вынимают из колб или пробирок. Корни отмывают от остатков питательной среды и высаживают в почвенный субстрат (нераскисленный торф или смесь торфа и перлита (3:1), предварительно простерилизованный в автоклаве. Для стимуляции образования корней используют различные гормоны, такие как ауксин или индолилмасляная кислота в концентрации 0,5 — 1 мг/л. Длительность корнеобразования, как правило, составляет 3 — 6 недель. Чтобы растения не пересыхали, их укрывают пленкой на 10 — 14 дней для поддержания высокой влажности. Емкости с растениями ставят в теплицу, в которой можно регулировать температуру, свет и влажность. Для лучшего роста хорошо бы создать и условия искусственного тумана. На четвертом этапе микрорастения приучают к обычным условиям роста. Пересадка растений–регенерантов в субстрат — ответственный этап, завершающий процесс клонального микроразмножения. Лучшее время для пересадки пробирочных растений — весна и лето.

По мере роста растения рассаживают в емкости побольше со свежим субстратом. И выращивают в соответствии с агротехникой данной культуры. Если растение прижилось и начало расти, то заложенного в нем в лаборатории здорового потенциала хватит на долгие годы. Поэтому не стоит бояться приобретать саженцы, выращенные в пробирке.

В нашем садовом центре вы можете приобрести саженцы голубики, полученные микроклональным способом.

По всем вопросам обращайтесь по телефону 8-920-915-02-22