CC BY
243
СОХРАНЕНИЕ ГЕНОФОНДА РАСТЕНИЙ В КОЛЛЕКЦИИ КУЛЬТУР IN VITRO
УДК 385.5 /6(581.1)
Я СТО-
5.
Золго-'лиро-. канд.
з А. А. I эко-
эисти-10стей •вания
О. К. Таварткиладзе, Н. А. Вечерника СОХРАНЕНИЕ ГЕНОФОНДА РАСТЕНИЙ В КОЛЛЕКЦИИ
КУЛЬТУР IN VITRO
Все чаще в результате изменения естественных мест произрастания наблюдается потеря популяций многих видов растений. К проблеме их сохранения существует два подхода Это сохранение растений
— in situ с помощью организации заповедников или заказников;
— ex situ путем создания разнообразных коллекций, в том числе в огромной сети ботанических садов.
Одним из важнейших направлений научно-исследовательской деятельности ботанических садов является интродукция растений, изучение биологии их развития. Прежде всего растения оцениваются на перспективность иптродукции и по этому критерию разделяются на три основные группы, очень перспективные, перспективные и малоперспективные.
Для растений, входящих в первые две группы, чаще всего не возникает особых сложностей при выращивании в коллекции ботанического сада, тогда как для растений третьей группы обычные методы хранения живой ткани в вегетативной форме лимитируются трудностями создания оптимальных условий для их выращивания. Сохранение генофонда возможно также и при создании банка семян, что сейчас не представляет особых трудностей и применяется для многих видов растений [1]. Однако семена группы растений, относящихся к малоперспективным для интродукции, как правило, очень быстро теряют всхожесть при хранении. Представлены эти растения в основном видами, находящимися под угрозой исчезновения, некоторые из них являются лекарственными. Утрата таких растений в скором будущем может стать невосполнимой.
Применяемые традиционные методы сохранения генофонда трудоемки, а иногда и очень дорогостоящи, неприемлемы для ряда видов растений. Ценность сохраняемых растений часто лимитируется возможными болезнями и прихотливостью растений к новым средам обитания. Поэтому необходимы новые подходы, позволяющие преодолеть названные трудности и расширить список сохраняемых в живых коллекциях растений.
Одним из альтернативных подходов к проблеме сохранения генофонда может стать использование методов биотехнологии растений. Но эти методы могут быть применимы только к таким видам, для которых разработаны методы регенерации и микроразмножения in vitro. Системы in vitro, из которых невозможно получить растения-регенеранты. не представляют большого интереса для генетического сохранения.
Использование методов биотехнологии для сохранения генофонда имеет ряд преимуществ перед традиционными методами: отпадает необходимость в большой площади земли и регулярном уходе за посадками, а также исключается возможность потери растений из-за заболеваний. В дополнение к сказанному следует подчеркнуть, что этот подход имеет все те преимущества, которые с практической точки зрения дает использование методов культуры in vitro в размножении растений |2]. Это возможность.
— получать оздоровленный материал от пораженных вирусными, бактериальными и грибными болезнями растений, а также материал, свободный от нематод;
— быстро размножить ценный клон растения;
— получать в больших количествах вегетативное потомство от трудно размножаемых в обычных условиях видов растений;
— работать в лабораторных условиях круглый год и планировать выпуск растений к определенному сроку;
— размножать сеянцы без вывода их из ювенильной фазы,
— длительно хранить пробирочные растения при пониженных температурах, что позволяет создать «банк» ценных форм.
Методические приемы, существующие в настоящее время, можно подразделить на две группы; одна из этих групп методов базируется на хранении без нарушения процессов роста растений, тогда как другая — на хранении либо при замедлении роста, либо при полной его остановке.
Использование первой группы методов применимо к культурам тканей, обладающих относительно высокой скоростью роста; для них необходимо поддерживать устойчивый
БОТАНИКА
рост. Например, способом микрочеренкования поддерживается с 1986 г. коллекция эндемического растения Парагвая Stevia ге-baudina Bert. За весь указанный период хранения не было отмечено замедления темпов роста и развития растений-регенерантов [3J.
Частые пересадки растений стевии не являются слишком трудоемкими. В тех же случаях, когда подобные процедуры трудоемки, скорость роста в процессе хранения можно значительно уменьшить. С этой целью используют несколько приемов, среди которых самым доступным и наиболее широко применяемым является снижение температуры культивирования. Этот прием был использован при культивировании и размножении микролуковиц рябчика шахматного. Микролуковицы помещали на среды для размножения, но с уменьшенной концентрацией сахарозы (1%), а сам процесс культивирования осуществляли при пониженной положительной температуре (4 'С) и в условиях темноты. Период субкультивирования можно было удлинить до 12-18 месяцев, коэффициент размножения при этом не снижался [4; Ъ\ Для других видов растений также был применен метод культивирования при пониженной положительной температуре. Период между пассажами возрастал до 6-8 месяцев для примулы многоцветковой, до 10-12 месяцев для ириса сибирского, до 12-14 месяцев для лилейника
Способ хранения живых тканей при пониженных положительных температурах не имеет негативных последствий для растений-регенерантов. Необходимо отметить, что после переноса культур в нормальные условия культивирования (24+1 °С, фотопериод 16/8) они характеризуются более интенсивным ростом и развитием, чем при культивировании без периода замедления роста. В некоторых случаях при длительном хранении культур в фазе активного роста у них могут появляться спящие почки. Поэтому иногда целесообразно вводить периоды замедленного роста в процессе непрерывного культивирования, так как даже в течение одного пассажа (30-40 суток) нормализуется эндогенный баланс фитогормонов, и почки выходят из состояния покоя. Такой прием был использован, например, с чайным растением: для увеличения коэффициента размножения конгломераты побегов помещали в условия пониженной положительной температуры (8-10 °С) и пониженной освещенности (500 лк), через 30 суток культуры переводили в нормальные условия культивирования. Были от-
мечены бурный рост и развитие множества побегов за счет активизации пазушного ветвления. Коэффициент размножения при этом возрастал в 8-10 раз (в зависимости от сорта) [6]. Такой период замедленного роста для чайного растения можно было увеличить до 6-8 месяцев.
Полностью отказаться от пересадки культур при использовании способа замедления скорости роста нельзя, так как это приводит к гибели культуры. Эмпирическим путем устанавливаются оптимальные скорости снижения роста и, таким образом, определяются периоды субкультивирования.
Названные выше технологии базируются на использовании интегрированных систем (апикальные и латеральные меристемы, зародыши). Кроме того, разрабатываются технологии изолированных клеточных и тканевых культур.
Вторая группа технологий обеспечивает получение измененных генотипов, возникающих на разных стадиях культивирования. Они могут быть использованы для расширения генетического базиса существующих видов растений и получения новых форм. Потенциально число новых генотипов, возникающих в процессе культивирования, может быть бесконечным Установлено, что с увеличением времени культивирования число измененных форм возрастает [7]. Однако одним из важных моментов является определение регенерационной способности длительно пассируемых каллусных и тканевых культур, так как с увеличением срока культивирования эта способность может быть частично или полностью утрачена культурой.
Несмотря на указанное выше ограничение по использованию каллусных культур для сохранения генофонда, они могут иметь важное значение в тех случаях, когда введение в культуру in vitro для того или иного вида растения можно осуществить только через стадию каллусогенеза и последующую индукцию регенерации растений из неорганизованной клеточной массы. Это относится к случаям введения in vitro недозрелых зародышей или фрагментов соматических тканей растений, например, у видов сем. Iridaceae. Ирисы хорошо регенерируют из каллуса, индуцированного от фрагментов лепестка цветка, тогда как введение меристемы побега очень затруднено [8]. Другим примером является эндемичное растение Алтая браханте-мум, у которого большая часть семян является недозрелой, поэтому из таких семян можно индуцировать каллусогенез, а затем реге-
СОХРАНЕНИЕ ГЕНОФОНДА РАСТЕНИЙ В КОЛЛЕКЦИИ КУЛЬТУР IN УГЛЮ
жества го вет-ж этом ? сорта) та для 1ИТЬ до
I куль-цления иводит ^ем ус-шиже-
1ЯЮТСЯ
дуются систем ы, за-я тех-ткане-
чивает гикаю-вания. шире-их ви-м По-шика-может гвели-чо из-одним гление о пас-льтур. фова-ю или
чеыие р для важ-гние в вида через о ин->гани-тся к заро-каней асеае а, ин-цвет-юбега явля-:ан теля ет-мож-реге-
нерировать растения [9, 10]. В предварительных экспериментах установлено, что каллус, полученный от фрагментов побегов браханте-мума, также обладает высокой регенераци-опной способностью. Сейчас оценивается ре-генерационный потенциал этого растения с увеличением срока культивирования. Наряду с методами клонального микроразмножения можно будет использовать метод поддержания каллусных культур, что является, с од-пой стороны, процессом менее трудоемким по сравнению с микроразмножением, а с другой стороны, каллусиая культура может стать системой, используемой для расширения его генетического базиса.
Таким образом, методы in vitro могут успешно применяться для тех видов растений,
для которых традиционные подходы применить либо невозможно, либо они являются малоэффективными. Нужно отметить, что использование биотехнологических приемов исключает фитосанитарные трудности. Этими методами можно не только сохранить конкретный генотип (разработка методов клонального микроразмножения и хранения при замедлении роста), но и при желании расширить его генетический базис (разработка методов регенерации в каллусных и тканевых культурах); становится реальным осуществление программы по реинтродукции редких и исчезающих видов благодаря возможности получения желаемого количества их копий.
Литература
1. Roberts Н. Problems of long-term storage of seed and pollen for genetic resources conservation // Grop Genetic Resouces for Today and Tomorrow: Cambridge University Press, 1975.
1 Высоцкий В. А. Регенерациопная способность изолированных верхушек черной смородины и вишни и методы получения из них целых растений // Автореф. дис.. . канд. биол. наук. Л., 1978.
3. Вечерпина Н. А.. Таварткиладзе О. К. Культура in vitro Stevia rebaudma Bert. // Флора и растительность Алтая. Барнаул. 1996.
4. Таварткиладзе O.K., Бечернина Н. А. Методы in vitro для размножения и сохранения Fritillaria meleagris L. и Fritillaria verticillata Wild. // Флора и растительность Алтая. Барнаул, 1996.
5. Таварткиладзе O.K., Вечернина Н. А. Размножение и длительное хранение Fritillaria meleagris L. in vitro // Тез. докл. VII Между нар.
конф. «Биология кл. раст. in vitro, биотехнология и сохранение генофонда». М., 1997.
6. Таварткиладзе O.K. Изучение особенностей регенерации и размножения селекционного материала чайного растения (Thea sinersis L.) in vitro // Автореф. дис. .. канд биол. наук Тбилиси, 1993.
7. Larkin P.Y., Scowcroft W.R. Somaclonal variation — a novel source of variability from cell cultures // Theor. and Appl. Genet. 1981. МбО.
8. Вечернина Н А.. Таварткиладзе O.K., Пол-ковникова JI. А Морфогенез в культуре соматических тканей Iridaceae // Тез. докл. Междунар. конф. «Совр. проблемы науч. ис-след. и разв. сад-ва. субтрон раст-ва и цвет-ва». Сочи, 1998.
9. Вечернина Н.А., Таварткиладзе O.K.. Шмаков А. И. К проблеме сохранения Brachante-mum baranovii (КгаяИ. et Poljak.) Krash.: введение в культуру in vitro // Известия АГУ. 1988. Kel.
