Мікроклональне розмноження рослин

Мікроклональне розмноження - це безстатеве вегетативне розмноження рослин в культурі in vitro , при якому отримують рослини, генетично ідентичні вихідній батьківській формі, що сприяє збереженню генетично однорідного посадкового матеріалу.

Лабораторія мікроклонального розмноження рослин in vitro в м.Умані

Термін клон походить від грецького Κλών - паросток, пагін; був запропонований Гербертом Джоном Вебером у 1903 р. як назва для «групи рослин, котрі отримані з використанням будь-якої вегетативної частини рослини(наприклад , бульб чи цибулин) і є частиною однієї і тієї ж особини ^[1]

Для такого розмноження використовуються частини рослин (експланти), котрі вже містять меристемні (твірні) тканини чи меристемні групи клітин – зародок, ембріоїди, різні види бруньок (верхівкові, пазушні, сплячі тощо) або такі осередки індукуються в ході роботи. Вперше метод культури твірних тканин для мікроклонального розмноження застосував французький дослідник Жан Морель у 1690 році для одного з виду орхідей – цимбідіума Cymbidium. Протягом року йому вдалося отримати з одного вихідного експланта близько 4 млн рослин ^[2].

Переваги мікроклонального розмноження [2]

Рослини Plumbago zeylanica, що культивуються в умовах in vitro

• Швидкість отримання значної кількості клонів однієї рослини. Шляхом традиційного розмноження з однієї рослини отримують в середньому 5-100 клонів, тоді як шляхом мікроклонального розмноження можна отримати до декількох мільйонів рослин
• Оздоровлення вихідного садивного матеріалу, звільнення його від бактерій, вірусів, нематод, що досягається використанням лише дуже невеликої частини рослини – бруньки або лише її частини (групи меристематичних клітин).
• Можливість розмножувати рослини протягом всього року, незалежність від сезону
• невелика кількість вихідного рослинного матеріалу, потрібна для ініціації асептичної культури
• Незалежність від погодно-кліматичних умов, що дає змогу успішно розмножувати екзотичні рослини, котрі важко розмножувати в чужорідному для них кліматі без значних зусиль
• можливість розмножувати рослини, котрі складно розмножуються в природних умовах
• Значно менші площі, потрібні для отримання, відбору і вирощування рослин на початкових етапах розмноження
• Контрольованість умов вирощування, легка можливість їх зміни та оптимізації
• Генетична ідентичність отриманої розсади і збереження всіх цінних сортових якостей ^[3]

Технологія клонального мікророзмноження дозволяє в короткі терміни отримати розсаду рідкісних рослин, дорогих сортів, саджанців з цінними сортовими властивостями , початкова кількість садивного матеріалу для котрих обмежена

Основні етапи мікроклонального розмноження [4]

Молоді асептичні рослини роду Літопс Lithops, що культивуються в умовах in vitro

Група пагонів, що утворились з однієї пазушної бруньки Psoralea drupaceae на середовищі, доповненому 0,1 мг-л бензиламінопурину

Технологія мікроклонального розмноження включає чотири основні етапи:

• введення рослини в асептичну культуру.

Здійснюється шляхом стерилізації відповідних експлантів і вміщення їх на штучні поживні середовища. Експлантами можуть бути будь-які частини рослин, проте найчастіше використовуються пазушні та верхівкові бруньки та насіння. Стерилізацію проводять за допомогою стерилізуючих розчинів - розчину гіпохлориту натрію (побутовий відбілюючий засіб Білизна), пероксиду водню, хлориду ртуті; при значному зараженні експлантів грибками використовуються фунгіциди ^[5].

• власне процес мікророзмноження.

Для збільшення кількості отриманих пагонів в процесі мікроклонального розмноження зазвичай використовують фітогормони. У разі вже існуючих меристем (всі види бруньок) фітогормони використовуються для швидкого поділу цих меристематичних клітин і, відповідно, збільшення кількості клітин, що дають початок новим пагонам. У разі ж використання в якості вихідного матеріалу органів рослини, що готових твірних тканин не містять - фітогормональна стимуляція потрібна для того, щоб такі меристематичні осередки створити. Такий перехід клітини від високоспеціалізованого до низькоспеціалізованого і здатного до перепрограмування стану стає можливим завдяки явищу тотипотентності рослинних клітин ^[2].

• вкорінення отриманих мікропагонів.

Зазвичай здійснюється або шляхом перенесення отриманих пагонів на безгормональне поживне середовище, або на середовище з додаванням невисоких концентрацій ауксинів (індолілоцтової кислоти, нафтилоцтової або індолілмасляної кислот ^[6].

• переведення асептичних рослин в умови ґрунту.

Молоді рослини банану Musa, перенесені з умов in vitro в умови ґрунту для їх акліматизації

Адаптація рослин до умов ґрунту є необхідним етапом мікроклонального розмноження, оскільки умови in vitro відзначаються підвищеною (більше 95%) вологістю, присутністю додаткових (крім вуглекислого газу) джерел Карбону та відсутністю мікрофлори. Тому зазвичай адаптацію проводять, пересаджуючи отримані молоді рослини в стерилізований ґрунт, котрий заселяється мікрофлорою поступово, даючи змогу рослинам звикнути до такого сусідства, а також повільно зменшуючи вологість повітря. Крім того, протягом адаптаційного періоду молода рослина поступово переходить на повністю автотрофний спосіб живлення, оскільки в умовах асептичної культури, завдяки присутності в живильному середовищі органічних джерел Карбону, вона як мінімум частково живиться гетеротрофно^[7].

Не існує технології мікроклонального розмноження, єдиної для всіх видів рослин, тому для кожного виду (а часто - і сорту) оптимальні умови кожного з етапів підбираються індивідуально ^[2]. При розробці протоколу розмноження слід враховувати генотип донорської рослини, її фізіологічний стан, розмір і тип експланта (частини, що береться для розмноження), склад поживного середовища і низку інших чинників ^[2]

На сьогодні технологія мікроклонального розмноження відпрацьована для багатьох сотень видів рослин, їх кількість постійно збільшується ^[2] .

Практичне значення

Цей метод широко застосовується як в лабораторній практиці, так і в сільському господарстві та дотичних до нього галузях, зокрема, для швидкого розмноження різноманітних плодових, ягідних, декоративних видів рослин тощо. Так, зокрема, в Україні працює багато компаній, що займаються комерційним мікроклональним розмноженням тих чи інших видів та\або сортів рослин: ягідних (лохини ^[8] , полуниці ^[9] , малини та ожини ,жимолості, смородини ^[10] ), плодових (фундуку ^[11], волоського горіха, підщеп яблунь тощо), ефіроолійних (м'яти, материнки, родіоли, лаванди та ін. ^[3]) та багатьох інших.

Наукові дослідження з використанням мікроклонального розмноження рослин проводяться багатьма українськими науково-дослідними інститутами та лабораторіями, зокрема Інститутом клітинної біології та генетичної інженерії НАН України ^[12], ботанічними садами (наприклад,Національним ботанічним садом ім.М.М.Гришка ^[13] та Ботанічним садом імені академіка Олександра Фоміна,Інститутом овочівництва і баштанництва НААН ^[14] та десятками інших. В Інституті клітинної біології та генетичної інженерії НАН України створено | Колекцію зародкової плазми рослин флори України і світової флори, що має статус Національного надбання України, і в котрому зберігаються, постійно підтримуються шляхом мікроклонального розмноження і вивчаються декілька тисяч видів рослин ^[15]

Світовий ринок рослин, отриманих внаслідок мікроклонального розмноження, величезний. За деякими даними, лише тропічних декоративних рослин таким шляхом отримують щорічно близько 507 млн особин, з них - близько 150 млн становлять орхідеї ^[16]. Приблизно третина цих вишуканих квітів, отриманих за допомогою мікроклонального розмноження, виробляється в Таїланді, що дозволяє цій країні бути найбільшим світовим експортером горщикових та зрізаних орхідей ^[17]. Активно мікроклональне розмноження застосовується також для комерційної продукції саджанців олійної пальми Elaeis guineensis Jacq.^[18], котра є джерелом пальмової олії, фінікової та інших видів пальм ^[19], бананів, різних сортів полуниць ^[20]та багатьох інших комерційно-значимих видів рослин.