Вопрос 2

Способы и средства размножения, декоративных травянистых растений. Семенное размножение. Вегетативное размножение. Микроклональное размножение.

Размноже́ние расте́ний — совокупность процессов, приводящих к увеличению числа особей некоторого вида; у растений имеет место бесполое, половое и вегетативное (бесполое и половое размножение объединяют в понятие генеративное размножение). Изучение различных аспектов размножения является предметом репродуктивной биологии[1].

Семенное размножение

В настоящее время в практике зеленого строительства и лесного хозяйства используется большой ассортимент древесно-кустарниковых интродуцированных растений. Производственные питомники ежегодно широко внедряют в озеленение десятки видов. Однако существенные издержки в процессе семенной репродукции имеют место и происходят не только из-за несоблюдения условий агротехники, но и от незнания условий правильного сбора, заготовки семян, норм высева, а главное — предпосевной обработки семян. Размножение семенами является самым массовым и дешевым способом, поэтому, где только возможно, ему отдают предпочтение. Это основной способ размножения деревьев и кустарников. Семена большинства древесно-кустарниковых растений после созревания входят в состояние покоя, который вызывается непроницаемостью семенных оболочек, физиологическим состоянием зародыша, превращением запасных веществ в высокомолекулярные нерастворимые в воде соединения (крахмал, белки, жиры) и наличием ингибиторов в окружающих зародыш тканях. Особенности прорастания тех или иных семян закреплялись в результате естественного отбора в процессе филогенеза и онтогенеза вида. Различают семена, сравнительно быстро прорастающие в благоприятных условиях и долго прорастающие, которые при этих условиях не прорастают месяцами и даже годами. Покой семян — биологически полезное для растения приспособление. Благодаря ему семена предохраняются от несвоевременного прорастания в неблагоприятный период года, длительное время сохраняется их жизнеспособность. Будучи высеянными в питомнике весной, они прорастают только через год, а иногда и позже. Весенний сев семян без предпосевной обработки удлиняет сроки выращивания сеянцев и приводит к нерациональному использованию земельной площади и трудовых затрат, что особенно чувствительно при выращивании сеянцев в закрытом грунте. Обработка заключается в воздействии на семена физическими и химическими факторами, прерывающими покой. Способы подготовки семян к посеву зависят от типа их покоя. Наиболее совершенной является классификация типов органического покоя М.Г. Николаевой (1979, 1985).

ВЕГЕТАТИВНОЕ РАЗМНОЖЕНИЕ, образование нового организма из части материнского; один из способов бесполого размножения многоклеточных организмов. У низших растений (напр., у водорослей) чаще осуществляется путём деления, у грибов – почкованием (напр., у дрожжей, некоторых базидиальных грибов) или частями мицелия (напр., у шляпочных грибов), у высших растений – частями вегетативных органов (корень, стебель, лист), но чаще их изменёнными формами – корневищами (пырей, свинорой и др.), клубнями (картофель, георгина и др.), луковицами (лук, тюльпан и др.), корневыми отпрысками (малина, вишня, слива и др.), усами (клубника, земляника) и др. Свойственно почти всем многолетним растениям (основано на их способности к регенерации). Вегетативное потомство одной особи называется клоном. Искусственные способы вегетативного размножения включают все естественные, а также размножение черенками (смородина, облепиха, виноград, алоэ, бегонии и др.), прививкой черенками и почкой (груша, яблоня, роза, сирень и др.), отводками (смородина, фундук и др.). Вегетативное размножение культурных растений применяется уже многие столетия. В современной практике используются эффективные методы культуры тканей (микроразмножение). Клональное микроразмножение основано на получении посадочного материала из клеток верхушечной меристемы (верхушек побегов). Этот метод позволяет из одного растения в течение года получать к нужному сроку несколько тысяч растений, обладающих признаками материнского и свободных от вирусной и другой инфекции. Таким образом получают посадочный материал овощных, плодовых и декоративных растений. У животных вегетативное размножение осуществляется либо путём фрагментации – отделения от материн-ского организма частей тела, которые затем достраивают себя до целого организма, либо путём почкования. При почковании на материнском организме образуется вырост (почка), из которого развивается новая особь. Вегетативное размножение свойственно некоторым червям, губкам, кишечнополостным, оболочникам.

Микроклональное размножение и оздоровление растений

Преимущества микроклонального размножения перед традиционными способами размножения растений. История метода

В природе существует два способа размножения растений: половой (семенной) и вегетативный. Оба эти способа имеют как свои преимущества, так и недостатки.

К недостаткам семенного размножения относятся генетическая пестрота семенного материала и длительность ювенильного периода.

При вегетативном размножении генотип материнского растения сохраняется, а также сокращается длительность ювенильного периода. Однако большинство видов плохо размножается вегетативным способом, к ним относятся многие древесные породы. Например, эффективность размножения, даже на ювенильной стадии, дуба, сосны, ели, орехоплодных не очень высока. Кроме того, с помощью черенкования невозможно размножать многие виды древесных растений в возрасте старше 10-15 лет. Трудно получить стандартный посадочный материал, так как существует возможность накопления и передачи инфекции. Операции по размножению с помощью прививок сложны и трудоемки.

Достижения в области культуры клеток и тканей привели к созданию принципиально нового метода вегетативного размножения - клонального микроразмножения. Клональное микроразмножение - получение in vitro, неполовым путем, генетически идентичных исходному экземпляру растений. В основе метода лежит уникальная способность растительной клетки реализовывать присущую ей тотипотентность. Термин "клон" был предложен в 1903 году Уэбстером (от греческого klon - черенок или побег, пригодный для размножения растений). В соответствии с научной терминологией клонирование подразумевает получение идентичных организмов из единичных клеток. Этот метод имеет ряд преимуществ перед существующими традиционными способами размножения:

• получение генетически однородного посадочного материала;

• освобождение растений от вирусов за счет использования меристемной культуры;

• высокий коэффициент размножения (10⁵ - 10⁶ - для травянистых, цветочных растений, 10⁴ - 10⁵ - для кустарниковых древесных растений и 10⁴ - для хвойных);

• сокращение продолжительности селекционного процесса;

• ускорение перехода растений от ювенильной к репродуктивной фазе развития;

• размножение растений, трудно размножаемых традиционными способами;

• возможность проведения работ в течение всего года;

• возможность автоматизации процесса выращивания.

Пионером клонального микроразмножения считается французский ученый Жан Морель, который в 50-х годах двадцатого века получил первые растения - регенеранты орхидей. В это время техника культивирования апикальных меристем in vitro была уже хорошо разработана. Как правило, исследователи в качестве первичного экспланта использовали верхушечные меристемы травянистых растений: гвоздики, хризантемы, подсолнечника, гороха, кукурузы и т.д. В нашей стране работы по клональному микроразмножению были начаты в 30-х годах в лаборатории культуры тканей и морфогенеза ИФРа. Под руководством Р.Г.Бутенко были изучены условия микроразмножения картофеля, сахарной свеклы, гвоздики, герберы и др. растений и предложены промышленные технологии. В дальнейшем исследования по клональному микроразмножении охватили и древесные растения.

Первые работы по культуре тканей древесных растений были опубликованы в середине 20-х годов нашего столетия и связаны с именем Готре, который показал, что камбиальные ткани некоторых растений способны к каллусогенезу in vitro. Но первые растения - регенеранты осины, доведенные до почвенной культуры, были получены лишь в середине 60-х годов Матесом.

Культивирование тканей хвойных пород in vitro долгое время редко использовалось как объект исследования. Это было связано со специфическими трудностями культивирования тканей, изолированных из растения. Известно, что древесные, и особенно хвойные растения характеризуются медленным ростом, трудно укореняются, содержат большое количество вторичных соединений (фенолы, терпены и т.д.), которые в изолированных тканях активируются. Окисленные фенолы обычно ингибируют деление и рост клеток, что ведет к гибели первичного экспланта или уменьшению способности тканей древесных растений к регенерации адвентивных почек, которая с возрастом растения-донора исчезает практически полностью. В настоящее время, несмотря на перечисленные трудности, насчитывается более 200 видов древесных растений из 40 семейств, которые были размножены in vitro (каштан, дуб, береза, клен, сосна, ель, секвойя и др.).

Билет 12