В последние годы огородники все чаще задают вопрос: в самом ли деле из маленького кусочка, даже из одной клетки, можно вырастить, скажем, морковь или какой-нибудь другой овощ? На этот вопрос отвечает кандидат биологических наук Н. Китаева, непосредственно занимающуаяся биотехнологией овощных культур.
Кто не мечтает вырастить у себя на садовом участке, на овощной грядке или в поле здоровые, не пораженные заболеваниями растения? Ведь урожайность таких растений, качество плодов, овощей или цветов, выносливость, сопротивляемость неблагоприятным погодным явлениям значительно выше, чем у больных. К сожалению, когда мы выращиваем растения, размноженные вегетативно (с помощью клубней, луковиц, черенков, отводков или усов), избежать болезней практически невозможно. Возбудители легко передаются от родительских особей их вегетативному потомству, в котором они со временем накапливаются в значительных количествах, отягощая посадки грузом инфекций, вызывая тяжелые заболевания. Неспроста же при вегетативном размножении наблюдается вырождение сорта — так много накопилось возбудителей болезней.
Полезно запомнить такие цифры: ежегодно на полях от различных болезней мы теряем до 20—30 % урожая картофеля, да столько же гибнет при хранении клубней. Мокрая гниль, фитофтороз, вирусные заболевания — вот главные бичи, от которых страдает картофель. Как этого избежать?
На помощь огородникам пришла биотехнология. Выращивая маленькие кусочки тканей растений (сегменты листа, стебля, почку, конус нарастания побега) на искусственной питательной среде в стерильных условиях, можно получить полностью здоровые растения и затем их быстро размножить в пробирках. Перед посадкой изолированные части растения поверхностно стерилизуют, убивая бактерии, грибы, нематоду. Культивирование в стерильных условиях, препятствующих повторному заражению, приводит к оздоровлению сорта. Но многие ботанические виды необходимо еще оздоровить от вирусов, возбуждающих болезни сельскохозяйственным культурам. Этого можно достигнуть если культивировать в стерильных условиях верхушку побега, состоящую только из конуса нарастания и нескольких листовых зачатков. Таким образом из маленькой части растения, не содержащей вирусов, получим особь, свободную от вирусов.
Размножение растений в стерильных условиях с использованием культуры изолированных тканей получило название «клональное микроразмножение». Термин «клон» (в переводе с греческого — отпрыск) означает только то, что растения, полученные в процессе размножения, являются лишь частью родительского растения и генетически его полностью повторяют. В пробирках получаются растения весьма малых размеров, не более 3—5 см, поэтому и размножение столь малых растений называют микроразмножением.
Клональное микроразмножение позволяет за короткий срок получать большое количество однородного посадочного материала. Коэффициенты микроразмножения достигают сотни тысяч растений в год, что в несколько тысяч раз больше, чем при использовании традиционных методов вегетативного размножения.
Если у вас есть уникальное редкое растение и вы хотите его не только сохранить, но и размножить, то это по силам сделать с помощью биотехнологии. Ведь клональное микроразмножение позволяет значительно сократить селекционный процесс и размножить уникальные формы за 2—3 года вместо 10—12 лет, необходимых при обычных подходах. Интересно и чрезвычайно важно то, что с помощью тканевой культуры удается размножить растения, которые с трудом или совсем не размножаются вегетативно. Микроразмноженные особи отличаются дружностью роста и созревания, одновременным переходом к цветению и плодоношению, что важно не только при механизированном возделывании растений.
Первые работы в области клонального микроразмножения были проведены в конце 50-х годов и связаны с именем Жоржа Мореля — французского ученого, руководителя лаборатории физиологии растений Национального центра агрономических исследований в Версале. Культивируя в стерильных условиях верхушку побега орхидеи, размером всего 0,5 мм, он наблюдал формирование сферических структур, напоминающих видоизмененные почки. Эти структуры можно было делить, подращивать на искусственной питательной среде, опять делить и получать из них целые растения. Французские фирмы, занимающиеся разведением орхидей, использовали этот метод, и очень скоро орхидеи из мериклонов (так были названы растения из этих структур) появились на цветочном рынке в огромном количестве, превратив орхидею из дорогого и редкого цветка в широко распространенное растение.
Весь процесс клонального микроразмножения состоит из нескольких этапов:
1. Вычленение части растения, ее стерилизация и посадка на питательную среду. На этом этапе необходим тщательный контроль стерильности полученных особей, так как от этого зависит, размножим ли мы в дальнейшем действительно здоровые экземпляры.
2. Размножение в стерильных условиях.
3. Укоренение размноженных экземпляров.
4. Пересадка растений в нестерильные условия, акклиматизация к нормальным условиям выращивания.
Каждый этап размножения требует определенной питательной среды. Так, при размножении в питательную среду добавляют регуляторы роста, которые активируют дополнительные почки, а на этапе укоренения в питательную среду добавляют вещества типа гетероауксина, которые способствуют формированию корней и росту растения в высоту.
В нашей стране работы по оздоровлению растений методом меристем и клональному микроразмножению были начаты в 60-х годах прошлого века в Институте физиологии растений под руководством профессора Р. Бутенко. Здесь были разработаны методы микроразмножения для картофеля, сахарной свеклы, гвоздики, герберы, лимона, чая и многих других растений. Интерес к клональному микроразмножению привел к интенсивному развитию этого метода во многих сельскохозяйственных институтах.
Сейчас методы микроразмножения разработаны более чем для 800 видов растений. Среди них такие важные культуры, как картофель, помидоры, огурцы, земляника, малина, редкие лекарственные растения, например женьшень. В последнее время пристальное внимание исследователей привлекает клональное микроразмножение лесных древесных пород, для которых культивирование в стерильных условиях еще представляет много трудностей.
Мне часто задают вопрос, можно ли заниматься микроразмножением в домашних условиях. Ответ однозначен: для проведения работы необходима биотехнологическая лаборатория, оснащенная современным оборудованием. В ней наряду с лабораторными помещениями, в которых размещены автоклавы, ламинар-боксы для стерильной работы, центрифуги, должны быть предусмотрены климатические камеры для выращивания пробирочных растений с регулируемыми освещенностью и фитопериодом, помещение для акклиматизации пробирочных растений.
В последнее время методы микроразмножения стали широко использоваться в коммерческих лабораториях для получения посадочного материала сельскохозяйственных и декоративных культур. Причем в одной лаборатории могут размножаться самые разные растения: и овощные, и декоративные, и плодовые. Кроме этого, в одной и той же лаборатории могут размножаться растения, традиционное выращивание которых приурочено к совершенно разным климатическим зонам. Ведь в камерах с искусственным климатом, где постоянно поддерживаются температура 20—25°, 16-часовой фотопериод и относительная влажность 70 %, хорошо себя чувствуют и теплолюбивые лимоны, виноград и растения северных широт.
Н. Китаева, кандидат биологических наук