Микроразмножение или культура тканей — это практика быстрого размножения растительного материала для получения множества потомственных растений с использованием современных методов культуры растительных тканей . [1]
Микроразмножение используется для размножения широкого спектра растений, таких как генетически модифицированные или выведенные с помощью обычных методов селекции растений . Оно также используется для получения достаточного количества ростков для посадки из бессемянных растений, растений, которые плохо реагируют на вегетативное размножение или когда микроразмножение является более дешевым способом размножения (например, орхидеи [2] ). Ботаник Корнеллского университета Фредерик Кэмпион Стюард открыл и стал пионером микроразмножения и культуры растительных тканей в конце 1950-х и начале 1960-х годов. [3]
Короче говоря, этапы микроразмножения можно разделить на четыре этапа:
Микроразмножение начинается с выбора растительного материала для размножения. Растительные ткани удаляются из неповрежденного растения в стерильных условиях. Чистые исходные материалы, свободные от вирусов и грибков, важны для производства самых здоровых растений. После того, как растительный материал выбран для культивирования, начинается сбор эксплантата(ов), который зависит от типа ткани, которая будет использоваться, включая верхушки стеблей, пыльники, лепестки, пыльцу и другие растительные ткани. Затем материал эксплантата стерилизуется, как правило, в ходе нескольких циклов промывки отбеливателем и спиртом, и, наконец, промывается в стерилизованной воде. Эта небольшая часть растительной ткани, иногда только одна клетка, помещается в питательную среду , обычно содержащую макро- и микроэлементы, воду, сахарозу в качестве источника энергии и один или несколько регуляторов роста растений (фитогормоны ) . Обычно среда загущается гелеобразующим агентом, таким как агар , для создания геля, который поддерживает эксплантат во время роста. Некоторые растения легко выращиваются на простых средах, но другим требуются более сложные среды для успешного роста; растительная ткань растет и дифференцируется в новые ткани в зависимости от среды. Например, среды, содержащие цитокинин, используются для создания разветвленных побегов из почек растений.
Размножение — это взятие образцов тканей, полученных на первом этапе, и увеличение их количества. После успешного внедрения и роста растительной ткани следует стадия установления. Благодаря повторным циклам этого процесса один образец экспланта может быть увеличен с одного до сотен и тысяч растений. В зависимости от типа выращиваемой ткани, размножение может включать различные методы и среды. Если выращенный растительный материал представляет собой каллусную ткань, его можно поместить в блендер, разрезать на более мелкие части и повторно культивировать на том же типе питательной среды для выращивания большего количества каллусной ткани. Если ткань выращивается как небольшие растения, называемые проростками, часто добавляют гормоны, которые заставляют проростки производить много маленьких ответвлений. После образования нескольких побегов эти побеги переносятся в среду для укоренения с высоким соотношением ауксина и цитокинина. После развития корней проростки можно использовать для закалки.
_from_plant_media.jpg/1280px-Banana_plantlets_transferred_to_soil_(with_vermicompost)_from_plant_media.jpg){kind=spacer}
На этом этапе происходит обработка полученных ростков/побегов для стимуляции роста корней и «закалки». Она проводится in vitro или в стерильной среде «пробирки».
«Закаливание» относится к подготовке растений к естественной среде роста. До этой стадии проростки выращивались в «идеальных» условиях, предназначенных для поощрения быстрого роста. Из-за контролируемого характера их созревания проростки часто не имеют полностью функциональных дермальных покровов. Это делает их крайне восприимчивыми к болезням и неэффективными в использовании воды и энергии. Условия in vitro характеризуются высокой влажностью, и растения, выращенные в таких условиях, часто не образуют рабочую кутикулу и устьица , которые предохраняют растение от высыхания. При изъятии из культуры проросткам нужно время, чтобы приспособиться к более естественным условиям окружающей среды. Закаливание обычно включает в себя медленное отлучение проростков от высоковлажной, слабоосвещенной, теплой среды к тому, что можно было бы считать нормальной средой роста для рассматриваемого вида.
На заключительном этапе микроразмножения растений проростки извлекаются из питательной среды и переносятся в почву или (чаще) в горшечный компост для дальнейшего роста традиционными методами.
Эту стадию часто совмещают с «предтрансплантационной» стадией.
Существует множество методов микроразмножения растений.
В культуре меристемы меристема и несколько прилегающих листовых зачатков помещаются в подходящую среду для выращивания, где они индуцируются для образования новой меристемы. Затем эти меристемы делятся и далее выращиваются и размножаются. Для получения ростков меристемы извлекаются из их среды пролиферации и помещаются в среду регенерации. Когда через несколько недель образуется удлиненный корневой росток, его можно перенести в почву. С помощью этого метода можно получить растение, не подверженное болезням. Экспериментальные результаты также показывают, что этот метод можно успешно использовать для быстрого размножения различных видов растений, например, кокоса , [4] клубники , [5] сахарного тростника . [6]
Каллус — это масса недифференцированных паренхиматозных клеток. Когда живая растительная ткань помещается в искусственную среду для выращивания с другими благоприятными условиями, образуется каллус. Рост каллуса варьируется в зависимости от гомогенных уровней ауксина и цитокинина и может управляться эндогенным поступлением этих регуляторов роста в культуральную среду. Рост каллуса и его органогенез или эмбриогенез можно разделить на три различные стадии.
В эмбриональной культуре эмбрион вырезают и помещают в питательную среду с надлежащими питательными веществами в асептических условиях. Для получения быстрого и оптимального роста в проростки его переносят в почву. Это особенно важно для производства межвидовых и межродовых гибридов и для преодоления эмбриона.
В культуре протопластов растительная клетка может быть изолирована с помощью ферментов, разрушающих стенки, и роста в подходящей культуральной среде в контролируемых условиях для регенерации проростков. При подходящих условиях протопласт развивает клеточную стенку, за которой следует увеличение деления клеток и дифференциации, и вырастает в новое растение. Сначала протопласты культивируют в жидкой среде при температуре от 25 до 28 °C с интенсивностью света от 100 до 500 люкс или в темноте, а после существенного деления клеток их переносят в твердую среду, конгениальную или морфогенез во многих садовых культурах, хорошо реагирующих на культуру протопластов.
Микроклональное размножение имеет ряд преимуществ по сравнению с традиционными методами размножения растений:
Микроразмножение не всегда является идеальным способом размножения растений. Условия, ограничивающие его использование, включают:
Основным ограничением в использовании микроразмножения для многих растений является стоимость производства; для многих растений использование семян, которые обычно не болеют и производятся в больших количествах, легко дает растения (см. ортодоксальные семена ) в больших количествах по более низкой цене. По этой причине многие селекционеры растений не используют микроразмножение, поскольку его стоимость непомерно высока. Другие селекционеры используют его для получения исходных растений, которые затем используются для размножения семенами.
Механизация процесса могла бы снизить затраты на рабочую силу, но оказалась труднодостижимой, несмотря на активные попытки разработки технологических решений.
Микроразмножение облегчает выращивание, хранение и уход за большим количеством растений в небольших помещениях, что делает его экономически эффективным процессом. Микроразмножение используется для хранения зародышевой плазмы и защиты исчезающих видов. Микроразмножение широко используется в декоративных растениях для эффективного производства большого количества однородных, свободных от болезней образцов, что значительно улучшает коммерческие садоводческие операции. [8] Среди видов, широко размножаемых in vitro, можно упомянуть хризантему , [9] дамасскую розу , [10] сенполию ионанту , [11] замиокулькас замиелистный [12] и дицентра . [13] Микроразмножение также можно использовать с плодовыми деревьями, например, грушой обыкновенной . [14] Чтобы сократить расходы, натуральные растительные экстракты можно использовать вместо традиционных регуляторов роста растений. [15]