33УДК 58.085:634.12
Роль биотехнологических методов в сохранении биоразнообразия антропогенных экосистем и формировании их флористического состава
Чурикова О.А., к. биол. н.
МГУ имени М.В. Ломоносова, Москва, Россия, e-mail: ochurikova@yandex.ru Аннотация
Неблагоприятное воздействие экологических и антропогенных факторов, негарантированность результатов традиционных приемов обусловили необходимость разработки технологии микроклонального размножения и сохранения растений в условиях in vitro. Она является основой для исследований по созданию генетических банков in vitro, сохранению биоразнообразия, а также для использования выращенных растений в городском ландшафтном дизайне
Ключевые слова: биоразнообразие, микроклональное размножение, генетические банки in vitro
A role of biotechnological approachies in conservation of biodiversity of anthropogenic ecosystems and in formation of their floristic composition
Churikova O.A., candidate of biological sciences
Lomonosov Moscow State University, Moscow, Russia, e-mail: ochurikova@yandex.ru Abstract
The unfavorable influence of ecological and anthropogenic factors, unguaranteed results of traditional methods led to the necessity of developing the technology of microclonal propagation and plant conservation in vitro. It is the base for creation of genetic banks in vitro, conservation of biodiversity and use of grown plants in urban landscape design
Key words: biodiversity, microclonal propagation, genetic banks in vitro
Введение
Природные экосистемы города выполняют важную ресурсную, средоформирующую, санитарно-гигиеническую, планировочную и ландшафтно-образующую роль. Они являются естественным буфером и фильтром, регулирующим степень загрязнения окружающей природной среды от воздействия автотранспорта и выбросов промышленных и коммунальных объектов, служат местом рекреации и обеспечивают нормальные условия жизнедеятельности населения. Одними из важнейших задач в настоящее время является сохранение биоразнообразия, а также экологизация и гуманизация агрессивной городской среды мегаполисов.
Зеленые насаждения в городе смягчают летнюю жару и сухость, защищают от ветров, повышают ионизацию воздуха, поглощают вредные примеси из почвы, обладают противошумовым эффектом, значительной пылеулавливающей способностью листвы. Наибольшим эффектом ионизации отличаются виды сосны, ель обыкновенная, туя западная, дуб черешчатый, тополь черный, лиственница сибирская, рябина обыкновенная, сирень обыкновенная, робиния, различные виды ивы. Шумозащитные функции наиболее эффективно выполняют посадки бузины красной, дуба красного, ирги канадской. Некоторые растения выделяют фитонциды, подавляющие развитие болезнетворных микроорганизмов: дуб черешчатый, можжевельник обыкновенный и казацкий, туя западная, лиственница сибирская, барбарис обыкновенный, рябинник рябинолистный, каштан конский, липа мелколистная, осина, виды чубушника и др.
Среди растений, наиболее устойчивых к загрязнению, специалисты отмечают тополь, робинию, сирень, барбарис обыкновенный, вяз, кизильник блестящий, спирею среднюю, снежноягодник белый, некоторые виды яблони.
В то же время, условия города трансформируют всю совокупность экологических факторов, вызывая изменение газового состава и запыленность воздуха, ухудшение физико-механических свойств почвы. Асфальтовое покрытие улиц и площадей, наличие подземных коммуникаций и сооружений, дополнительное освещение в ночное время, механические повреждения оказывают негативное влияние на
жизнедеятельность растений в городской среде и часто приводит к их гибели. Ответная реакция на внешние воздействия, как естественные, так и антропогенные, проявляется в изменении характера роста растений, особенностях их состояния и накопления биомассы, обеднении видового состава. В связи с этим особенно актуально проведение фундаментальных научных исследований по изучению морфологических особенностей, биологии возобновления и размножения видов, а также специфических условий, необходимых для их существования.
Материал и методика
В качестве исходного материала для введения в стерильную культуру использовали растения из коллекции БС МГУ (виды р. Malus Mill. и сорта Syringa vulgaris L.). Работы по микроклональному размножению проводили согласно подробно описанной ранее методике (Чурикова, Мурашев, 2010). Полученные растения-регенеранты адаптировали и подращивали в лаборатории, после чего передавали в БС МГУ.
Результаты и обсуждение
Уникальная коллекция растений открытого грунта в Ботаническом саду МГУ на Ленинских горах насчитывает свыше 6000 видов. Это редкие и нуждающиеся в охране дикорастущие растения, а также пользующиеся большим спросом сорта сирени, древовидных пионов, роз, виды яблони и др. Среди них есть устойчивые к холодам, адаптированные к условиям Москвы и области, отличающиеся повышенными морозоустойчивостью, иммунитетом к вирусным и грибным заболеваниям, авторство которых запатентовано и принадлежит сотрудникам МГУ.
В 1974 г. был заложен коллекционный участок дикорастущих видов и форм яблони из 5 основных центров видового разнообразия рода Malus Mill.: Европы, Средней Азии, Восточной Азии, Сибири, Дальнего Востока и Северной Америки. В результате 30-летнего изучения дикорастущих интродуцированных в условиях БС МГУ видов яблони отобраны высокодекоративные формы, наиболее адаптированные к климату Нечерноземья, а также к болезням и вредителям. По итогам оценки декоративности видов отобрано 14 видообразцов, представляющих интерес для городского озеленения, при создании зеленых насаждений различного функционального назначения. Семь из них переданы в Государственное сортоиспытание по разделу «Декоративные растения» и в 2002 г. включены в Государственный реестр селекционных достижений, допущенных к использованию. На них получено 7 авторских свидетельств и 4 патента (Ванина, Вартапетян, 2010).
Коллекция сирени БС МГУ - одна из крупнейших по сортовому разнообразию в России. Она выделяется наибольшей полнотой сортов сирени отечественных селекционеров - Н.К. Вехова, Н.Л. Михайлова, И.И. Штанько, Н.И. Рыбакиной. Предметом особенной гордости сада является собрание более 30 сортов выдающегося селекционера сирени Л.А. Колесникова.
В настоящее время разрабатываются и совершенствуются различные биотехнологические методы -биоремедиации почв, переработки рекреационных масс и жидких отходов, размножения и развития различных видов растений, использующихся для создания зеленых насаждений, в промышленности, сельском хозяйстве, при восстановлении лесов, а также поддержания биоразнообразия в целом. В последние годы с целью противодействия дальнейшему разрушению природной среды активно развивается концепция «экологического каркаса» - природных территорий, непрерывно связанных друг с другом. Особенно актуальна эта идея для развития и оздоровления именно крупных городов и мегаполисов. Однако, традиционный ассортимент используемых в озеленении растений весьма скуден, что отчасти обусловлено недостатком исходного материала и отработанной технологии его размножения. Традиционно применяемые приемы вегетативного размножения не полностью удовлетворяют требованиям ландшафтного строительства и декоративного садоводства из-за невысокого коэффициента размножения, накопления и переноса инфекции, а при семенном размножении - из-за длительности ювенильного периода и генетической неоднородности получаемого посадочного материала. В связи с вышесказанным очевидны преимущества и перспективность использования технологии микроклонального размножения растений.
В лаборатории биологии развития растений кафедры высших растений проводятся исследования по микроклональному размножению и изучению морфогенетических процессов in vitro представителей различных таксономических групп растений. Нами разработан технологический регламент микроклонального размножения сортов сирени обыкновенной (Чурикова, Мурашев, 2010) с целью поддержания и пополнения коллекции сирени в БС МГУ. Показано, что на регенерационную способность в культуре in vitro, а также на коэффициент размножения наиболее существенное влияние оказывают генетические особенности размножаемого сорта (Молканова и др., 2002). Однако, несмотря на универсальность метода, для многих сортов и гибридов требуется индивидуальный подбор условий культивирования. Так, в стерильную культуру введены и успешно размножаются сорта сирени отечественной и зарубежной селекции из коллекции БС МГУ. Укорененные и адаптированные корнесобственные растения высажены на коллекционный участок,
прижились и зацвели на 3-4 - й год. Полученный высококачественный посадочный материал также может быть использован и для озеленения различных городских территорий.
Одним из способов сохранения уникальных видов дикорастущих яблонь, сокращение ареалов которых наблюдается в настоящее время, может быть не только выращивание их в условиях культуры, в коллекциях ботанических садов, но и внедрение в практику озеленения как высокодекоративных растений. Яблони могут быть использованы для одиночной или групповой посадки, создания аллей, высадки вдоль улиц, в скверах, парках и лесопарках. Они незаменимы для создания различных ландшафтных композиций, прекрасно сочетаются с другими лиственными и хвойными растениями. Яблони достаточно долговечны, способны расти в культуре 50 - 60 лет, а большое разнообразие декоративных признаков (форма кроны, листьев, гамма окраски листьев, бутонов и цветков, форма, размер и окраска плодов) придает им необыкновенное очарование. У многих яблонь плоды удерживаются на ветвях и после опадения листвы, делая их облик особенно эффектным вплоть до начала зимы. Среди них особенно выделяются Malus transitoria (Batal,) Schneid. (внесена в Государственный реестр селекционных достижений, допущенных к использованию, под названием «Ажурная»), M. sikkimensis (Wenzig.) Koehne («Изящная»), M. zumi (Mats.) Rehd. («Малютка»), M. nan-schan Rehd. («Розовое чудо»), M. sachalinensis (Kom.) Yuz. («Сахалинская жемчужина»), M. x kaido Mak. («Великан»).
В лаборатории в течение многих лет проводятся исследования по изучению морфофизиологических процессов in vivo и in vitro у травянистых и древесных растений различных таксономических групп, в том числе, подсемейства яблоневые (Maloideae или Pomoideae). Так, нами была оптимизирована технология микроклонального размножения дикорастущих яблонь, являющаяся основой для получения посадочного материала для озеленения, а также проведения работ по созданию генетических банков in vitro с целью сохранения генофонда яблони и последующего использования различных ее видов в селекционном процессе. На основании анализа регенерационных процессов в культуре in vitro дикорастущих яблонь из коллекции БС МГУ, определены наиболее оптимальный тип первичных эксплантов (узлы неодревесневших побегов) и сроки введения их в стерильную культуру (май-июнь).
Заключение
Разработанная и оптимизированная технология микроклонального размножения с последующей адаптацией растений - регенерантов дикорастущих яблонь, сортов сирени обыкновенной и роз является основой для исследований по созданию генетических банков in vitro, сохранению биоразнообразия в целом, а также для использования полученных растений в городском ландшафтном дизайне.
Работа выполнена в рамках гостемы НИР: АААА-А16-116021660105-3.
Литература
1. Ванина Л.С., Вартапетян В.В. Дикорастущие яблони. М.: Т-во научн. Изд. КМК. 2010.84 с.
2. Молканова О.И., Чурикова О.А., Коновалова Л.Н., Окунева И.Б. Клональное микроразмножение интродуцированных сортов Syringa vulgaris L. // Вестн. Моск. ун-та. (Сер. Биол.). 2002. № 4. C. 8-14.
3. Чурикова О.А., Мурашев В.В. Микроклональное размножение декоративных культур: Сирень обыкновенная (Syringa vulgaris L.). М.: изд-во Моск. ун-та, 2010. 32 с.
