Биотехнология в питомниководстве

7 Октября 2012 г.
Aнна Aркадьевна Шипунова, кандидат с. -х. наук,
директор НПЦ «Фитогенетика», г. Тула 
e-mail: kbp@fitogenetika.ru
 
Мировая биотехнология развивается уже около 40 лет — с начала 1970- х годов. Россия в первой половине этого срока занимала лидирующие позиции, а во второй половине резко сдала позиции и сейчас стала аутсайдером. Мировой рынок биотехнологических продуктов достиг 160 млрд. долларов в год, доля России в нём — около 1 %. В США находится около 2000 биотехнологических предприятий, в Китае — 600, Индии — 300, в России не более 50. Причём подавляющее количество этих предприятий занято производством различных лекарственных препаратов.
 
Что касается растениеводства, то в настоящее время система производства оздоровлённого посадочного материала невозможна без применения биотехнологических приёмов.
 
Метод клонального микроразмножения незаменим в системе производства как плодовых, так и декоративных культур в силу широкого распространения в мире вирусных, микоплазменных и грибных заболеваний, которые по существу сводят на нет усилия садоводов и цветоводов. Всего в мире методом клонального микроразмножения производят порядка 500 млн растений, из них декоративных культур — 350 млн штук.
 
Производительность таких лабораторий составляет от 100 тысяч до нескольких миллионов растений в год. Так, одна голландская компания производит 40 млн клонально размноженных растений в год. Существуют различные типы лабораторий клонального микроразмножения: выполняющие только производственные задачи по отработанным технологиям, а также лаборатории, занимающиеся научными разработками в той или иной степени. Последние могут производить всего от нескольких сот штук до нескольких десятков тысяч растений в год. Лаборатории, производящие 100–200 тысяч растений в год уже относят к коммерческим.
 
Созданное в 1996 году в Туле структурное подразделение НПЦ «Фитогенетика» на базе оборонного предприятия ГУП «КБП» в настоящее время производит не менее 400 тыс. клональных растений в год. По мировым меркам наша организация — биотехнологическое предприятие «средней руки» с коммерческой направленностью.Однако на предприятии постоянно ведутся научные изыскания по разработке новых и совершенствованию существующих технологий клонального микроразмножения. Планируемое на следующий год расширение производственных лабораторных площадей позволит увеличить выпуск продукции до 600–700 тыс. в год.
 
В чём состоит метод клонального микроразмножения растений и каково его значение в системе производства оздоровлённого материала?
 
Основа метода заключается в получении стерильной культуры материнского растения с целью ускоренного его размножения без вмешательства в генетический аппарат. То есть полученные растения являются точными копиями или клонами материнского растения. Такой метод позволяет за короткое время получить большое количество здорового, однотипного материала. Особенно это важно при размножении редких видов и сортов.
 
Принцип оздоровления заложен в самой технологии клонального микроразмножения. Дело в том, что при введении в стерильную культуру берут меристему — верхушечную часть растущего побега, представляющую собой зону делящихся клеток. Размер этой части побега не превышает 0,1 мм, поэтому операцию проводят под микроскопом. В зоне деления клеток отсутствует проводящая система, что гарантирует отсутствие в этой зоне вирусных и грибных инфекций, перемещающихся в растении исключительно по сосудам. Однако меристема в силу незначительных размеров обладает и низкой приживаемостью на культуральной среде и успешность введения обычно не превышает 10 %, т.е. из 10 введённых эксплантов — меристем выживет одна. Поэтому собственно меристему вводят в культуру, как правило, в научных целях. Процесс этот трудоёмкий и дорогостоящий.
 
Коммерческие лаборатории обычно используют более надёжный материал — меристему с прилегающими к ней зачатками листьев. Такой эксплант быстрее начинает развиваться на культуральной среде и процент успешно введённых эксплантов значительно выше. Однако при таком способе есть вероятность «захвата» верхушечной части проводящей системы, в которой могут находиться вредоносные организмы. Поэтому коммерческие лаборатории говорят об оздоровлённом материале, что подразумевает определённую степень оздоровления.
 
Так, по литературным источникам и данным НПЦ «Фитогенетика», самый высокий процент оздоровления достигается у земляники и кустарниковых пород — до 90–100 %, у древесных он значительно ниже, от 30 до 60 %.Однако наблюдения за развитием таких растений в открытом грунте показали, что благодаря повышенному иммунитету клонов вирусные и микоплазменные болезни по внешним признакам у древесных растений не проявляются в течение 8 лет. А значит, такие плодовые растения полностью раскрывают свой потенциал и урожай оправдывает ожидания садовода.
 
Так, по наблюдениям НПЦ «Фитогенетика», клональные деревья вишни в течение 8 лет после посадки не нуждались в химических обработках и стабильно давали урожай. В результате сокращаются расходы на химпрепараты и урожай получается экологически чистый. После 8 лет выращивания в открытом грунте наблюдали незначительные признаки появления болезней, что требовало применения химических обработок. Для сравнения: традиционные привитые деревья из питомников обрабатывают не менее 4 раз в год: ранней весной, до цветения, после цветения и после сбора урожая.
 
Существуют и традиционные методы оздоровления посадочного материала. Это различные способы термо- и химобработок. Однако эти способы дорогостоящие и малоэффективные. Поэтому питомники такие методы не применяют, тем более, что существует более производительный и дешёвый способ оздоровления — клональное микроразмножение.
 
Процесс клонального микроразмножения состоит из нескольких этапов:
1.Отбор маточного растения. Оно должно соответствовать сорту и не иметь внешних признаков заражения;
2.Введение в культуру  — самый ответственный этап. При этом имеет значение квалификация лаборанта, качество инструмента, стерилизующих агентов и даже погодные условия, если маточное растение находится в открытом грунте. На этом этапе не важен состав культуральной среды, а только успешность стерилизации самого экспланта;
3.Собственно микроразмножение. На этом этапе основным фактором является состав питательной среды, на которой развивается эксплант.
 
Питательная среда представляет собой водный раствор минеральных солей, органических веществ (сахароза), гормонов, с добавлением агар-агара для превращения жидкой среды в плотную. Плотная, или «твёрдая» среда нужна для удобства посадки эксплантов и удержания их на среде в вертикальном положении. Культуральная среда, разлитая по стеклянным банкам, проходит стерилизацию в автоклаве при температуре 120  °С.
 
Метод микроразмножения основан на уникальном свойстве растительной клетки давать жизнь различным растительным тканям. В этом состоит универсальность растительной клетки. Жизнью клетки управляют гормоны. В зависимости от типа гормона развитие пойдёт или в сторону нарастания верхушечной части или в сторону нарастания корневой системы. За верхушечный рост отвечают цитокинины. Существует несколько видов цитокининов, в разной степени регулирующих ростовые процессы. За образование корневой системы отвечают ауксины. Немаловажное значение имеет и минеральный состав среды. Обычно лаборатории используют уже известные составы сред, разработанные исследователями для различных видов растений.
 
Однако определённые сорта требуют подбора или корректировки (модификации) стандартных питательных сред. В этом заключается творческий подход лаборанта к процессу клонального микроразмножения. На этапе микроразмножения под влиянием цитокининов закладываются и пробуждаются пазушные почки у минирастений. Поэтому экспланты представляют собой пучки, состоящие из минирастений размером от 1 мм до нескольких сантиметров. Длительность нахождения растений на среде размножения составляет от 2 недель для земляники до 6 недель для древесных пород и до 5–6 месяцев для голубики и рододендронов.
 
4.Этап элонгации. Необходим для подготовки растений к укоренению. В этот период происходит вытягивание минирастений на безгормональной питательной среде с высоким содержанием минеральных солей. Развитая «надземная» часть минирастения в дальнейшем способствуетлучшему усвоению ауксинов и соответственно, лучшему укоренению. На этом этапе делают пересадку пучков минирастений без разделения их. Длительность этого этапа — от 2 до 4 недель.
 
5.Укоренение минирастений. Перед посадкой на среду пучки минирастений разделяют на одиночные растения, так как каждый побег должен образовать свой корень. На этом этапе большое значение имеет гормональный состав среды и для разных видов растений он разный. Кроме того,как и на этапе размножения, прослеживается влияние сортовых особенностей по одному виду, особенно у древесных культур. Процесс укоренения продолжается от 2 недель у земляники, до 8 недель у древесных растений
и до 5–6 месяцев у рододендронов.
 
Адаптация растений в условиях теплицы, НПЦ 6.Адаптация.На этом этапе укоренённые ин витро минирастения должны адаптироваться к нестерильным условиям. Растения из ин витро называют ювенильными, так как они имеют несовершенную листовую пластинку и корневую систему, лишённую корневых волосков (на питательной среде они им просто не нужны). Минирастения должны привыкнуть к пониженной влажности, переменной освещённости и температуре. А самое главное, образовать настоящую корневую систему с корневыми волосками, которые выполняют функцию всасывания. Время адаптации составляет от 4 до 8 недель.
 
Адаптированные минирастения называют юными растениями и обычно в реализацию они поступают в кассетах, что очень удобно при пересадке, так как корневая система полностью сохраняется.
 
Таким образом, процесс клонального микроразмножения невозможен без знаний, опыта и наблюдательности тех, кто занимается этим увлекательным делом.
 
Метод клонального микроразмножения приходит на помощь и селекционерам. Так, на культуральной среде были получены проростки сложных гибридных семян сливы, которые в обычных условиях не прорастают. В результате, НПЦ «Фитогенетика» совместно с ВСТИСП (г. Москва) получил 2 сорта слив — Тулица и Величавая. Эти сорта отвечают всем современным требованиям: плодоносят ежегодно, плоды отличаются высокими вкусовыми качествами и не осыпаются при созревании. Сорта успешно пришли проверку на размножение в лаборатории и в следующем году будут получены патенты.
 
За 15 лет на НПЦ «Фитогенетика» были разработаны и освоены технологии клонального микроразмножения 17 сортов жимолости съедобной, не менее 15 сортов земляники, 30 сортов вишни, 20 сортов сливы, 6 сортов алычи, 5 сортов голубики, 15 сортов малины и ежевики, 3 сорта рябины, не менее 50 сортов сирени, гейхеры, а также рододендронов, некоторых комнатных культур. Выбор культуры и сорта зависит, как правило, от спроса. В настоящее время Научно Производственный Центр «Фитогенетика» — единственное предприятие в России, выпускающее оздоровлённый материал плодовых и декоративных культур большого ассортимента и в больших объёмах.
 
Главные потребители юных растений — отечественные питомники, которые приобретают их для доращивания.
 
Со следующего года НПЦ «Фитогенетика» предлагает свои юные растения питомникам — членам АППМ со скидкой 30 %, независимо от объёма заказа.
 
Мы знаем, что для доращивания юных растений необходимы технологии и опыт. Таким
опытом и технологиями владеет питомник «Кутепово» — наш основной заказчик вот уже много лет. Растения, дорощенные в горшках Р9 на площадях питомника «Кутепово» — надёжный посадочный материал для дальнейшего доращивания в других питомниках, специализирующихся на выращивании и реализации более крупного материала. В «Кутепово» хорошо отработаны приёмы доращивания юных растений таких культур, как малина, ежевика, ежевично-малиновый гибрид, голубика, жимолость. Конечно, для расширения ассортимента необходимы своевременные заказы от питомников. Если «Кутепово» получит заказы на вишню, сливу, рябину, алычу, гейхеру, в горшках Р9, мы готовы заключить договор с «Кутепово» на поставку и таких культур и оказать консультационную помощь по технологическим вопросам.
Однако есть проблемные культуры для доращивания, например, сирень. В следующем году мы переходим на другую технологию выращивания этой культуры. Питомникам мы готовы предложить сирень в горшках Р7, дорощенную в наших условиях и по цене 50 руб. Планируем использование удобрения «Осмокот».
 
Мы знаем, что за нашей продукцией — будущее.
 
Доклад опубликован в Сборнике докладов V ежегодной конференции Ассоциации Производителей Посадочного Материала>>
 
Страница НПЦ "Фитогенетика" на сайте АППМ
 
Смотрите также:
Объединиться для получения озоровленного посадочного материала (предложение от НПЦ «Фитогенетика») >>
 
Семинар по микроклональному размножению сирени и рододендронов в НПЦ «Фитогенетика»
 
 
 

Все публикации

Новости Все новости

Ближайшие события Все события