Биотехнология растений широко используется в агротехнике для ускоренного размножения и оздоровления ценных сортов сельскохозяйственных культур. На основе этой технологии создана целая индустрия микроклонального размножения растений.

 

Микроклональное размножение - это бесполое вегетативное размножение в культуре in vitro, при котором получают растения генетически идентичны исходной родительской форме, что способствует сохранению генетически однородного посадочного материала. Этим методом можно размножать в короткие сроки виды, которые трудно размножаются и растения, которые есть в одном экземпляре, а также и стерильные генотипы. Особую актуальность сегодня приобрели исследования по разработке методов микроклонального размножения редких и исчезающих растений. Многочисленность, скорость и высокий коэффициент размножения (1:1 000 000) позволяет в 2-3 раза сократить срок отбора и получения новых растений в селекционных исследованиях.

 

Микроклональное размножения имеет целый ряд преимуществ перед традиционными методами размножения растений:

 

1) экономия исходного материала;

 

2) получение большого числа копий с минимального количества растительного материала;

 

3) получение генетически однородного материала;

 

4) возможность отбирать in vitro растительный материал с желательными признаками;

 

5) возможность получения безвирусного материала;

 

6) возможность проводить размножения растений в течение всего года, ведь их рост и развитие in vitro практически не зависят от сезона;

 

7) возможность получать в больших количествах вегетативное потомство видов растений, трудно размножаются в обычных условиях;

 

8) экономия площади;

 

9) возможность длительного хранения пробирочных растений при пониженных температурах, что позволяет создать банк ценных форм растений.

 

Теорией и принципом разработки технологии микроклонального размножения является положение о возможности индукции дифференциации и органогенеза, возникновения биологической формы с одной растительной клетки, ее способности образовывать целое растение. Клетка in vivo в составе ткани с определенной дифференциацией выполняет узкую специфическую функцию. Реализация ее тотипотентности in vivo ослабляется факторами и условиями, которые имеют место на материнском растении. Если же клетка изымается из растения и помещается в искусственные контролируемые условия in vitro, то реализуется потенциальная возможность восстановления растения из клетки или группы клеток, т.е. реализуется свойственная клетке тотипотентность. Проявление этого свойства пока выявлено у клеток, которые называются меристемоидамы.

 

Меристемоиды - это морфогенетических компетентные клетки, которые отвечают на индукторы дифференциации и состав сред формированием побегов, корней, зародыша. Морфологически их обнаруживают в каллусных культурах в компактных центрах клеток, делящихся в виде мелких, изодиаметричних, тонкостенных клеток с большим ядром, густой цитоплазмой и практически без вакуолей. Именно из таких клеток состоят апикальные меристемы и клетки зародыша. В тканях, которые получили из этих органов легче индуцировать органогенез.

 

В связи с этим регенерация из любых клеток растений возможна, если удастся перевести эти клетки в меристемоиды, создав соответствующие условия.

 

Даже у растений с высокой степенью регенерации, например в табака, клеток-меристемоидив не так много: в первичном Калюсе на 1000 - 10000 клеток может быть один меристемоид. Распределение меристимоидив по органам растений неравномерно, и различные виды отличаются по содержанию меристемоидив в тканях отдельных органов. В связи с этим первостепенной задачей является выбор части растения, которую можно использовать как первоначальный эксплантаты. Высшая степень регенерации обнаружен у зародышей, семядолей, гипокотиля, корней, стебля, листа, клубней, соцветия и пыльников.

 

Установлено, что у многолетних растений, как и у однолетних проявление тотипотентности клеток в тканях и органах текущего года снижается на более поздних этапах. Это может свидетельствовать о снижении в растении концентрации меристемоидив с возрастом или о постепенном снижении их компетентности. Так, регенерация растений кукурузы или кофе возможна с каллуса, который получают из незрелых зародышей, которые выделены задолго до созревания семян. Общеизвестно, что культуры тканей, которые получили из молодых листьев или стеблей лучше способны к регенерации растеньиц. Кроме этого, развитие растения сопровождается снижением способности тканей к эмбриогенеза или органогенеза. Культуры тканей, которые получили из взрослых растений, обычно не способны к регенерации, а поэтому первичные эксплантаты древесных необходимо отбирать на ювенильных фазах развития.

 

Количество меристемоидив можно увеличить их отбором. Кроме того, для дальнейшего развития меристемоидив их необходимо отделить от немеристемоидних клеток, так как остани подавляют эмбриогенез у этих клеток, возможно, выделяя ингибиторы. Необходимость отбора меристемоидив обусловлена и тем, что при длительном культивировании тканей уменьшается способность к регенерации.

 

Количество меристемоидив и реализация тотипотентности в значительной степени зависят от условий, в которые помещают клетку перед или во время индукции регенерации. Среди них важнейшими являются: освещение, температура и состав среды.

 

Сезонные изменения поведения изолированных тканей обычно связаны с изменениями фотопериода и температуры. Отмечено, что содержание меристемоидних клеток и высшая степень регенерации наблюдаются в случае выращивания донорных растений при оптимальных для данного вида фотопериода и температуре. Эксплантаты, отобранные от растений, которые росли при неблагоприятном фотопериода, образуют мало или совсем не образуют регенерантов, даже если фотопериод при культивировании будет оптимальным. В большинстве лабораторий стандартом является 16-часовой фотопериод, оптимальная интенсивность освещения 1000 лк. Соматический эмбриогенез, как правило, происходит в темноте - на свету зародыши преждевременно прорастают. Однако известны случаи, когда соматический эмбриогенез в каллуса Nicotians стимулировало освещения 10000 -15000 Лк. Значение имеет и спектральный состав света: образование адвентивных побегов в Nicotians tabacum лучше происходит при освещении каллуса ультрафиолетовой частью спектра (371 нм), голубой (419 - 467 нм) или пурпурной (504 - 550 нм). У другого вида Lactuca sativa образования побегов стимулировало освещения красным светом (660 нм) и индукция снималась при освещении дальним красным (750 нм).

 

Для получения большого количества меристемоидних клеток и ускорение органогенеза у различных видов растений являются температурные оптимумы. С целью индукции ускорения органогенеза применяют обработку тканей листьев или стеблей субоптимального температурами (15-18 ° С), что улучшает регенерацию при дальнейшем культивировании при 21-25 ° С. Для некоторых растений более эффективна кратковременная обработка низкой температурой (4 ° С).

 

Важную роль в регулировании реализации тотипотентности растительным клетки играют биологически активные вещества фитогормональной действия, входящие в состав среды, а именно, ИОК и цитокинины.

 

Итак, для успешной реализации растительной клетки свойственной ей тотипотентности необходимо учитывать следующие моменты:

 

1) выбор первичного эксплантаты;

 

2) сезонность, возраст первичного эксплантаты;

 

3) условия культивирования эксплантаты.


Загрузка...
Яндекс.Метрика Google+