ЖУРНАЛ "КАКТУСЫ И ДРУГИЕ СУХОЛЮБИВЫЕ РАСТЕНИЯ" - выпуск 17 (3 за 2003 год)
ПРОЕКТ РОБЕРТА ВЕЛЛЕНСА "SUCCULENT TISSUE CULTURE" - ТКАНЕВАЯ КУЛЬТУРА СУККУЛЕНТОВ
Петр Лапшин
11. Стерильная работа в ламинаре
|
В рамках проекта STC проводятся работы по размножению с использованием технологии in vitro редких и исчезающих видов кактусов и других суккулентных растений. Также STC проводит исследования возможности выращивания in vitro различных видов декоративных растений помимо суккулентов: срезочных цветов, горшечных, редких декоративных растений, таких как каудексные тропические виды (диоскорея, стефания и др.). Много декоративных растений были выращены для заказчиков по всему миру. В настоящее время STC работает с более чем 80 видами декоративных растений и это число быстро растет.
На рис. 1-5 изображены некоторые растения из коллекции STC. Многие из них были получены в культуре in vitro и высажены в грунт 3-7 лет назад. Большинство из них сейчас взрослые, цветущие растения, которые хорошо адаптированы к условиям теплицы.
Кроме того STC получает гаплоиды и полиплоиды у сельскохозяйственных растений, для последующей работы селекционеров. Гаплоиды - это организмы, содержащие одну копию генетического материала вместо двух, как у любого нормального (диплоидного) организма. Полиплоиды - организмы, содержащие более двух копий генетического материала (триплоиды - три набора; тетраплоиды - четыре и т.д.). Гаплоиды представляют интерес для селекции с той точки зрения, что не содержат рецессивных, т.е. "молчащих" генов, это позволяет проводить работы по традиционной селекции с более предсказуемым результатом. Полиплоиды часто характеризуются более высокой продуктивностью по сравнению с нормальными диплоидными особями, что также имеет значение как для селекции, так и для непосредственного сельскохозяйственного производства.
Технология in vitro ("в пробирке") - это совокупность методов сверхэффективного вегетативного размножения растений, позволяющая восстанавливать целые растения из очень маленьких отдельных фрагментов любых органов и тканей, в том числе: стеблей, листьев, кончиков корней, цветков, лепестков, тычинок, пыльцы и т.д, которые обычным образом не способны развиваться в целое растение. Основная идея заключается в том, что существует принципиальная возможность регенерации целого организма из отдельной клетки (свойство тотипотентности). Вопрос только в том, как создать такие условия.
6. Aloe compressa v.schistophylla variegata
| 
7. Yucca sp. Illinois variegata
|
В 30-х годах 20-го века французу Рене Готре удалось создать условия для неограниченно долгого поддержания неорганизованно растущей (каллусной) ткани моркови. Эти культуры поддерживаются в лаборатории до сих пор. Биотехнология растений проделала огромный путь. В России основоположником этого научного направления является Раиса Георгиевна Бутенко, возглавлявшая отдел Биологии клеток и биотехнологии в Институте физиологии растений Российской академии наук в Москве.
Технологии in vitro получили бурное развитие с 60-х годов 20-го века, что было связано с успешными работами в области молекулярной генетики. Культура клеток и тканей растений в настоящее время широко используется как вспомогательные методики при генноинженерных манипуляциях с растительными тканями.
Кроме генной инженерии, технологии in vitro нашли широкое применение как один из высокоэффективных методов в селекционном процессе, позволяющий преодолевать биологи-ческие барьеры при скрещивании отдаленных организмов. Также работа с использованием этих методов позволяет ускорить селекционный процесс во много раз. Можно отметить сравнительную легкость и быстроту отбора на уровне культивируемых клеток после воздействия на них какими-либо селективными факторами.
Одним из широко распространенных применений культуры клеток и тканей является использование их для непосредственного вегетативного размножения растений - так называемое микроклональное размножение растений. Методы in vitro позволяют с высокой эффективностью размножать редкие и плохо поддающиеся размножению в обычных условиях виды растений, а также размножать единично полученные уникальные мутанты и гибридные экземпляры. С помощью этих методик можно получать до миллиона растений в год из одной меристемы (почки). Лаборатория STC занимается как раз микроклональным размножением суккулентных и других декоративных растений, а также получением мутантов, обладающих повышенной декоративностью, например пестролистных форм растений.
14. Пробирочная культура Канны
| 
9. Gymnocactus subterraneus cristate in vitro
|
В условиях in vitro в лаборатории STC были получены пестрые (variegata) и кристатные формы у суккулентных растений. Индукция вариегатности получена у таких однодольных растений, как Aloe, Yucca и Haworthia. Это Aloe compressa v. schistophylla variegata (рис. 6). Другим примером индукции пестролистности in vitro является Yucca sp. из Иллинойса (еще не получила названия) - см. рис. 7. Полученные в STC пестролистные формы будут позже доступны для продажи, и STC продолжает эксперименты в этом направлении еще на нескольких видах растений.
STC достигла успеха в стимулировании кристатной формы роста у кактусов in vitro: Gymnocactus subterraneus "cristate" (рис. 8 и 9).
Неорганизованно растущая (каллусная) ткань (рис. 10) состоит из клеток, которые хаотично и неограниченно делятся и теоретически, каждая из них в соответствующих условиях может дать начало целому организму. Поэтому обработка мутагенами, стимулирующими изменения генетического аппарата, с последующей селекцией к интересующему исследователя фактору, может давать быстрый результат, недостижимый или трудно достижимый обычными методами.
Отличительной особенностью методов in vitro от традиционного вегетативного размножения является использование искусственных сбалансированных по минеральным солям и витаминам питательных сред (часто содержащих гормоны, направляющие развитие клеток в ту или иную сторону) и работа в стерильных условиях, не допускающих развития грибной и бактериальной микрофлоры, которая конкурирует с растительными клетками за субстраты и подавляет их рост. Поэтому работы с растениями проводят в стерильных боксах или в закрытых "ламинар" столах, куда подается стерильный воздух (рис. 11). Сами растения (или их ткани) содержат в герметично закрытых сосудах, не допускающих попадание микроорганизмов (рис. 12-15). На дне сосуда находится питательная среда с агаром, придающим ей механическую прочность и опору для растений. Сосуды с растениями размещают в специально оборудованных помещениях с регулируемым микроклиматом: температурой, влажностью, освещенностью и фотопериодом (рис. 16).
Исторически сложилось, что модельным объектом при разработке методов in vitro чаще всего являлся табак - Nicotiana tabacum. Это растение очень пластично в культуре in vitro и именно на нем обычно отрабатывают новые методики. Например, наиболее удачная и распространенная питательная cреда для культивирования тканей in vitro была составлена Тошио Мурасиге и Фольке Скугом в 1962 году именно для табака. Однако в прикладной науке основные работы с использованием методов in vitro проводились на объектах, представляющих непосредственный интерес для сельского хозяйства или других областей человеческой деятельности. Суккулентные растения такими объектами не являются и представляют в большинстве случаев исключительно декоративный интерес. Поэтому повсеместной активной работы с ними не проводится.
В связи с этим проект Роберта Велленса "Succulent Tissue Culture" - это пионерская работа, заполняющая существенную брешь на современном уровне развития биологической науки.
12. Растения на искусственной питательной среде (Uebelmannia buiningii)
| 
13. Микроклональное размножение Aloe compressa v.schistophila
|
10. Каллусные ткани Haworthia в чашках Петри
| 
15. Микроклональное размножение Agave
|
Все фотографии, использованные в этой статье, взяты с сайта "Succulent Tissue Culture": www.succulent-tissue-culture.com с любезного разрешения Роберта Велленса.
Каталог 
