Методы клонального микроразмножения растений

Клональным микроразмножением называют неполовое размножениерастений с помощью методакультуры тканей, позволяющее получать растения идентичные исходному. В основе получения таких растений лежит способность соматических клеток растений полностью реализовать свой потенциал развития, т.е. свойство тотипотентности. Методы клонального микроразмножения получают всё более широкое распространение во всём мире. В большинстве стран эта технология приобрела коммерческий характер. Существует 6 следующих методов:

Первый и основной метод – активизация пазушных меристем. Он состоит в снятии апикального доминирования и активизации развития меристем, существующих в растении. Этот метод основной и в обычном вегетативном размножении. И на интактном растении, и в случае клонирования снятие апикального доминирования достигается: 1. Удалением апикальной меристемы побега; 2. Благодаря действию цитокинина. При клонировании цитокинины (6-бензиламинопурин, 6-фурфуриламино-пурин, зеатин) добавляют в питательную среду, что приводит к развитию многочисленных пазушных побегов. Эти побеги отделяют от первичного экспланта и культивируют на свежей питательной среде (рис. 3.23).

Активизацию пазушных меристем широко используют в промышленном размножении овощных сельскохозяйственных культур (картофель, томаты, огурцы, сахарная свекла, топинамбур и др.), цветов (гвоздика, роза, гербера), плодовых и ягодных культур (яблоня, вишня, малина, крыжовник и др.), древесных растений (туя, можжевельник и др.).

Однако бесконечно размножать таким методом растения нельзя, поскольку длительное воздействие цитокининов, входящих в состав питательных сред, вызывает аномалии в морфологии стебля, потерю способности побегов к укоренению, иногда гибель растений. При клонировании следует чередовать 2-3 цикла получения побегов и их укоренением.

Данный метод клонального микроразмножения, основанный на использовании таких меристематических тканей, как меристемы верхушечные (1) стебля (2) и корня (3), камбий (4) представлены на рис. 3.24.

2 4

3

Второй метод – индукция развития адвентивных почек на верхушечных и пазушных меристемах, которые их обычно не образуют. Этот метод в значительной мере обусловлен тотипотентностью клеток. Любой орган или ткань растения, свободные от инфекции, могут быть использованы в качестве экспланта и в определённых условиях образуют адвентивные почки. Данный процесс вызывают внесением в питательную среду определённых концентраций цитокининов и ауксинов, причём цитокинина должно быть значительно больше, чем ауксина. Это наиболее распространённый способ микроразмножения высших растений. Развивая адвентивные почки на верхушечных и пазушных меристемах, размножают растения томата, лука, чеснока; на сегментах листовых пластинок – салат, глоксинию, фиалки; на тканях донца луковиц – лук, чеснок, гладиолусы, тюльпаны и др. луковичные растения. Таким образом, данный метод микроклонального размножения растений с помощью выращивания верхушечных меристем проходит в стерильных условиях на среде с фитогормонами – цитокининами.

Образуется большое количество почек, каждая из которых при пересадке на свежую питательную среду, дает начало новому растению (рис. 3.25).

Третий метод – микрочеренкование побега, сохраняющего апикальное доминирование. Растения регенераторы, полученные любым другим способом, можно черенковать в стерильных условиях, высаживать на свежую питательную среду, укоренять и адаптировать к полевым условиям, либо снова подвергать микрочеренкованию для того, чтобы увеличить количество посадочного материала.

Чаще всего исследователи активизируют развитие пазушных меристем путём удаления верхушечной меристемы побега, так как фитогормоны, вырабатываемые верхушечной меристемой, тормозят развитие пазушных меристем. При удалении верхушечных меристем - из пазушных образуются побеги, которые черенкуют и пересаживают на новую питательную среду для укоренения.

Четвёртый заключается в том, что новообразование меристемы в стебле растения возможно при его повреждении. Происходит дедифференциация клеток, возвращающая их в состояние, близкое к эмбриональному. Эти клетки снова приобретают способность к делению. На этой способности основано вегетативное размножение растений (рис 3.26).

Пятый метод. Апикальная (конечная) меристема корня отличается от верхушечной меристемы тем, что собственно инициальные клетки делятся очень редко, составляя покоящийся центр. Объём меристемы увеличивается за счёт интенсивного деления производных клеток конечной меристемы, а также основана на действии мутагенных факторов, облучения и др. (рис. 3.27).

Шестой метод микроклонального размножения основан на соматическом эмбриогенезе. Впервые это явление было отмечено в середине 50-х годов 20 века в культуре клеток моркови. Формирование эмбриоидов в культуре осуществляется в 2 этапа.

На первом – соматические клетки дифференцируются в эмбриональные в присутствии в питательной среде ауксинов, обычно это 2,4-дихлорфеноксиуксусная кислота (2,4-D).

На втором - развиваются эмбриоиды. Этот процесс идёт только при значительном снижении концентрации ауксина или полном отсутствии его в питательной среде. Соматический эмбриогенез может происходить в тканях первичного экспланта, в каллусной и суспензионной культурах.

Поскольку соматические зародыши представляют собой полностью сформированные растения, данный метод позволяет сократить затраты, связанные с подбором условий укоренения и адаптации растений регенерантов. Кроме того, преимущество получения соматических эмбриоидов состоит в том, что при использовании соответствующей техники капсулирования из них можно получать искусственные семена.