Для кожного городника, хоч професіонала, хоч любителя, важливо знати, яким чином можна розмножувати свої посадки. Способів існує досить багато, і одним з найбільш цікавих і дієвих є метод мікроклонального розмноження. Що це таке, як працює і всі основні його премудрості – у нашому матеріалі.
Що ж це?
Почнемо відразу з самого головного. У словосполученні “мікроклональне розмноження” друге слово зрозуміло всім, а перше – тільки обраним. Прояснимо ситуацію. Що ж таке “мікроклональне”?
Якщо говорити “розумним” науковою мовою, то це особливий підвид вегетативного розмноження з використанням техніки під назвою “інвітро” (in vitro), який дає можливість отримати рослини в більш короткі терміни. Зрозуміліше і детальніше будемо розбиратися далі, і для цього спершу нагадаємо про те, що являє собою вегетативне розмноження, і пояснимо, що означає термін “інвітро”.
У наукових нетрях
З курсу шкільної біології нам відомо, що розмножувати рослини можна двома шляхами: насіннєвим (коли ми сіємо в грунт насіння) і вегетативним. Вегетативне розмноження є безстатевим, воно відбувається з допомогою відділення якоїсь частини від рослини-батька. Брунькування, укорінення молодих пагонів, пересадка цибулин – все це вегетативне розмноження.
Здавалося б, з допомогою насіння збільшувати чисельність рослин набагато простіше – немає такої мороки. Однак у цього методу є чимало мінусів; в окремих випадках скористатися насінням взагалі неможливо – і вегетативний спосіб, незаперечна перевага якого перед першим полягає в збереженні сукупності генів рослини-батька, залишається єдино доступним і зручним. Але на жаль, недоліків вистачає і у нього. Наприклад, відсутність потрібної ефективності (у таких, припустимо, рослин, як дуб, сосна і так далі), “літні” деревні породи (яким більше 15 років) не здатні розмножуватися живцюванням, подібні процедури досить трудомісткі та енергозатратні, не завжди отримані рослини відповідають нормі і зразком (можуть бути зараженими) – ну і так далі.
І саме для цих випадків існує технологія мікроклонального розмноження рослин, яка, як Чіп і Дейл, поспішає на допомогу. Як вже говорилося вище, вона здійснюється в техніці “інвітро”, що з латинської мови перекладається як “в пробірці”. Таким чином, дана методика дозволяє “клонувати” в “пробірці” рослина з генами точнісінько такими, як і у батьківської особини. Це відбувається завдяки тому, що клітина здатна давати життя новим організму під впливом зовнішніх факторів.
У технології мікроклонального розмноження, безперечно, є цілий ряд достоїнств і переваг. Про них далі і поговоримо.
Ніж метод мікроклонального розмноження краще
Багатьом! І в першу чергу відсутністю вірусів та інфекцій у виведених рослин (тому, що для цього використовуються особливі клітини – вони називаються меристемными, особливість їх полягає у невпинному розподілі та наявності фізіологічної активності протягом усього життя). Також у рослин, “добувають” таким способом, є досить високий обсяг розмноження, а весь селекційний процес проходить набагато швидше. За допомогою технології мікроклонального розмноження можливо здійснити цю процедуру і для тих рослин, для яких звичайними, “традиційними” методами це зробити вкрай проблематично. Нарешті, в техніці “інвітро” вирощувати рослини можна протягом всього року, не обмежуючись яким-небудь одним проміжком. Так що плюсів у подібної методики дійсно багато. І перш ніж заглиблюватися в суть мікроклонального розмноження рослин, торкнемося трохи історії виникнення даного способу. Кому і як прийшла в голову така ідея?
Історія методу
Першим успішний досвід над орхідеями виробив вчений-француз ще в п’ятдесятих роках минулого століття. При цьому він не став спочатку займатися технікою “інвітро” – її розробляли і до нього, і цілком успішно. Однак саме Жан Морель – таке ім’я француза-експериментатора – зважився на подібний досвід і здійснив його цілком вдало. Роботи ж, що розповідають про дану техніку, з’явилися ще на кілька десятиліть до нього – в двадцятих роках минулого століття.
“Пробірковий клон” деревної рослини – конкретно осики був отриманий в шістдесятих роках. Працювати з деревом виявилося важче, ніж з квітами та іншими видами рослин, однак і ці труднощі через певний проміжок часу були подолані. В даний час більше 200 видів дерев з більш ніж сорока сімейств можна отримувати “пробирочным” способом. Технологія мікроклонального розмноження рослин виправдовує себе і дає свої плоди.
Детальніше про метод
Як вже можна було здогадатися, в розробці і застосуванні мікроклонального розмноження рослин існує багато своїх тонкощів. Так, наприклад, є особливі етапи у даній технології, дотримуватися які для отримання бажаного результату просто необхідно. Потрібно розуміти, що нехтування послідовністю дій або якимось етапом може принести абсолютно не той результат, на який розраховує селекціонер. Отже, про етапи даної методики ми і поговоримо далі.
Етапи мікроклонального розмноження рослин
Подібна технологія передбачає чотири “сходинки” на шляху до отримання заповітних “клонів”. Постараємося розповісти про них якомога більше ненауково, оскільки терміни біотехнології – річ все-таки не сама зрозуміла для широкої аудиторії. І, до речі, один із цих термінів тут же і пояснимо: експлант – так вчені в даній області іменують відокремлений від батьківського організму новий організм. То є той самий “піддослідний”, який і будуть вирощувати далі.
Отже, перейдемо до наших “сходинках”. Перший крок – це вибір, власне, батьків або донора. До цього питання слід підійти з максимальною серйозністю та відповідальністю, тому що для одержання гарного, міцного, здорового рослини ми і “оригінал” повинні підібрати такий же. Яблуко від яблуні, як відомо, недалеко падає.
На цьому ж етапі необхідно ізолювати і стерилізувати експланти, після чого організувати такі умови, щоб зростання цих самих експлантів в техніці “інвітро” відбувався максимально комфортно.
Друга “сходинка” простіше нікуди – це саме розмноження. Воно можливе через місяць-півтора, коли міні-череночки вже досягли розміру горошинок і мають зачатки всіх вегетативних органів. За ним, у свою чергу, слід укорінення пагонів, які вийшли на попередньому етапі. Його проводять, коли рослина вже утворило хорошу кореневу систему.
Останній крок – допомога рослинам в адаптації до життя в ґрунті, вирощування їх в теплиці, подальша пересадка в землю або реалізація – так би мовити, “відправлення у великий світ”. Цей етап, як це не дивно, найбільш трудомісткий і многозатратный, оскільки дуже часто, на жаль, буває таке, що, опинившись у грунті, рослина починає втрачати листя, зупинятися в зростанні – а потім і зовсім воно може загинути. Все це відбувається тому, що пробірочні рослини при пересадці в грунт втрачають дуже багато води. Отже, необхідно у процесі пересаджування запобігти подібну можливість – для чого рекомендується обприскувати листя 50-процентним водним розчином гліцерину або сумішшю парафіну. Робити це необхідно на протязі всього акліматизаційного періоду. Крім того, в деяких випадках доцільною є навмисна микоризация – тобто штучне впровадження в тканини рослини грибів, які заражають його. Проводиться це для того, щоб рослина отримало якомога більше корисних поживних і органічних речовин, а також було захищене від різних патогенів.
Ось і всі етапи мікроклонального розмноження, у яких, як ми бачимо, немає нічого глобально складного або надприродного, проте, повторимо ще раз, все це захід вимагає великої відповідальності і уваги.
Впливають фактори
На процес мікророзмноження, як і на будь-якій іншій, мають вплив певні чинники. Перерахуємо їх, адже «потрібно знати ворога в обличчя».
Що потрібно для мікророзмноження
До рослин, які будуть розмножувати вищевказаним чином, пред’являється одна дуже важлива вимога – крім того, що вони повинні бути здорові. Це неодмінна збереження генетичної стабільності протягом усіх вищезазначених етапів. Такій вимозі найкраще відповідають апікальні меристеми, а також пазушні бруньки стеблового походження, тому саме їх і вважають за краще використовувати для цієї процедури.
Вищезазначені терміни повинні бути зрозумілі простому обивателеві. Нижче спробуємо розтлумачити, що це за звірі такі і з чим їх подавати до столу.
Апікальні меристеми
Вище ми вже згадували про існування особливих меристемних клітин – інакше кажучи, освітніх. Це клітини, які постійно діляться, завжди перебувають у стані фізичної активності – завдяки чому наростає маса рослини і утворюється особлива тканина цього самого рослини. Вона і називається меристемой. Видів меристем буває багато різних. В цілому їх можна поділити на загальні і спеціальні. У поняття загальних меристем входять три групи, які як би випливають одна з іншої. Найперша меристема у рослин – меристема зародка, з якої як раз-таки і бере початок цікавить нас апікальна меристема.
Слово “апікальний” походить від латинського “апикс” і воно перекладається як “вершина”. Таким чином, це верхівкова система тканин, що знаходиться на самому кінчику зародка – і саме з неї згодом формується втечу і починається його ріст і розвиток. Значить, кажучи про апікальній меристемі як про об’єкт для микроклонирования, ми повинні розуміти, що беремо для наших потреб верхушечку зародка.
З пазушними бруньками трохи простіше. Що таке нирки, знають всі. Пазушная нирка – та, що народилася з пазухи листа. Пазуха листка, у свою чергу, це кут між листком і його стеблом; звідти буде як раз і рости нирка або ж втеча. Ось цю саму частину, тобто майбутній бічний пагін, і беруть теж для подальшого мікророзмноження.
Тепер, коли світло над завісою таємниці трохи зрозумілішим, можна перейти, нарешті, і до методів мікроклонального розмноження рослин.
Способи розмноження мікро-чином
Мікроклональне розмноження тим ще добре, що передбачає в своїй основі можливість використання відразу декількох різних технік. Постараємося якомога простіше висвітлити кожну з них. Всього налічується чотири методу мікроклонального розмноження рослин.
Перший. Активація вже існуючих в рослині меристем
Що це означає? В рослині, навіть такому крихітному микрокусочке, вже закладено певні меристеми. Це верхівка стебла і пазушні його нирки. Для того щоб микроклонировать рослина, можна “в пробірці” “розбудити” ці сплячі досі меристеми. Досягається це або видаленням верхівкової меристеми микроросточка, вірніше, його стебла, а потім живцюванням втечі в техніці “інвітро” або ж впровадженням в живильне середовище рослини особливих речовин, які активізують ріст і розвиток пазушних пагонів. Метод активації “сплячих” меристем є основним, найбільш популярним і дієвим, а він був розроблений ще в сімдесятих роках минулого століття. Першим “піддослідним кроликом” у застосуванні мікроклонального розмноження рослин подібного типу стала суниця. Важливо зауважити, втім, що нескінченно розмножувати культури подібним чином заборонено, оскільки це загрожує втратою здатності до укорінення, а в деяких випадках – загибеллю рослини.
Другий. Поява адвентивних бруньок силами самого рослини
У будь-якій ізольованій частині рослини є воістину чарівна здатність, своя суперсила. Якщо при микроклональном розмноженні живильне середовище рослини і всі інші умови життя сприятливі і комфортні, то воно може відновлювати відсутні частини. Відбувається своєрідна регенерація – тканини рослини утворюють адвентивные, або придаткові нирки – тобто такі, що виникають як би “зі старих запасів”, а не з нових тканин. Такі нирки незвичайні тим, що з’являються, як правило, в тих місцях, звідки їх виникнення ніяк не чекаєш – на корінні, до прикладу. Саме таким способом часто розмножують багато квіти, знову ж – суницю. Це другий за популярністю і дієвості метод мікроклонального розмноження рослин.
Третій. Соматичний ембріогенез
З другим словом все повинно бути більш чи менш зрозуміло. Торкнемося першого – що значить соматичний? Слово це в даному ключі безпосередньо пов’язано з однойменними клітинами. Такими клітинами називають ті, що складають тіло багатоклітинних організмів і не беруть участь у статевому розмноженні. Коротше кажучи, це всі клітини, за винятком гамет. Соматичний ембріогенез здійснюється досить простим шляхом: з вищевказаних клітин (тобто соматичних) в техніці «інвітро» утворюються эмбриоиды, які згодом, коли їм організувати відповідні умови для розвитку з оптимальною живильним середовищем, перетворюються в самостійне ціле рослина. В даному випадку можна говорити про таке поняття, як тотипотентность (здатність будь-якої клітини завдяки поділу покласти початок будь же клітинному типу організму). Вважається, що в кінцевому підсумку такі зародки розвиваються в проросток. Хороший соматичний ембріогенез ще й тим, що таким чином можливо отримувати штучні насіння. Даний метод вперше був виявлений в середині минулого сторіччя в морквяних клітинах.
Активно подібним методом мікроклонального розмноження рослин користуються при розмноженні олійної пальми. Вся справа в тому, що, оскільки у неї немає ні пагонів, ні бокових паростків, вегетативне розмноження її неможливо (ну або, принаймні, вельми і вельми скрутно), як неможливо і живцювання. Таким чином, вищевказана методологія єдина з усіх найбільш доступна і оптимальна при роботі з даною рослиною.
Четвертий. Робота з тканиною калюсної
Черговий термін плавно «вплыл» в мережу нашої розповіді, і насамперед потрібно пояснити його значення. Що ж таке каллусная тканина? Всі знають, що на ранці, коли вона трошки подживет, з’являється подсыхающая скоринка. А якщо отдерешь її – ранка знову починає кровити. Тієї самої скоринкою, інакше кажучи, «заживляющей тканиною, і є каллусная тканина. Клітини цієї тканини, мало того що сприяють заростання ран, є ще й тотипотентными – тобто, як вже йшлося вище, дозволяють виникнути новому рослині. І саме тому подібної тканини можлива поява додаткових бруньок (адвентивних – цей термін ми вже теж вводили раніше).
Даний метод з усіх чотирьох вищенаведених є, мабуть, найменш затребуваним. В першу чергу, це пов’язано з тим, що занадто часте поділ клітин калюсної тканини здатне привести до генних порушень і мутацій різного рівня. Оскільки збереження генотипу дуже важливо для мікроклонального розмноження, і культура тканин повинна дотримуватися на вищому рівні. Крім того, при вищевказаних порушення проявляються й інші недоліки: низькорослість, сприйнятливість до хвороб і так далі. Втім, в деяких випадках виключно подібним способом і можливо розмноження – наприклад, для цукрових буряків іншого методу просто не підібрати.
Далі ми для прикладу скажемо пару слів про клонування конкретних рослин, але насамперед –потрібно поділитися інформацією про оздоровлення рослин, що використовуються в якості посадкового матеріалу. Яким чином цього можна досягти?
Оздоровлення
Перетворити рослина з хворого до здорового можливо кількома шляхами, і перший з них – приміщення паростка в спеціальну камеру, або бокс, де підтримуються стерильні умови, і «напичкивание» його антибіотиками. Цей метод хороший всім, окрім того, що справляється аж ніяк не з усіма бактеріями і вірусами, яким можуть бути піддані рослини. У таких випадках для того, щоб провести знезараження рослин, їм проводять термотерапію – інакше кажучи, теплову обробку в спеціальних ізольованих камерах, де протягом декількох днів підряд щодоби збільшують температуру. Іншим способом боротьби з інфекціями і бактеріями для заражених рослин є хіміотерапія.
Про клонування картоплі
Картопля, до речі кажучи, є однією з тих небагатьох культур, що можливо розмножувати четвертим з вищеописаних методів. Але, зрозуміло, це далеко не єдиний спосіб – і часто вдаються також до активації «сплячих» верхівкових і пазушних меристем. Бульби, які виходять після клонування, абсолютно такі ж, що і «оригінальні» – відрізняються вони лише меншим розміром, це так звані мікробульби. Ну і, крім того, вони вже точно будуть здорові і не мати вірусів.
При микроклональном розмноження картоплі його вирощують в пробірках по два черешка, пробірки поміщаються під світло люмінесцентних ламп силою від шести до восьми тисяч люкс, температура зберігається вночі в межах вісімнадцяти градусів, вдень – приблизно двадцять п’ять. В Росії саме картоплю вирощують з допомогою клонування найбільш активно.
Про клонування яблуні: що потрібно знати
У микроклональном розмноженні яблуні широко застосовується перший спосіб розмноження з допомогою пазушних бруньок. Відзначається висока здатність даної культури до укорінення і приживлюваність більшої кількості експлантів.
Їх поміщали в рідку живильне середовище, яка постійно – щодня – оновлювалася. Температура для пробіркових рослин також підтримувалася на рівні двадцяти п’яти градусів вдень, експеримент проводився протягом трьох-чотирьох тижнів.
Цікаві факти
Така інформація про микроклональном розмноженні рослин – темі наскільки складною, настільки і цікавою.
