Биотехнологические методы селекции растений и их использование (продолжение, вторая часть)

Какими биотехнологическими методами сейчас пользуются селекционеры?

Метод 1. Скрещивание и гибридизация

Сорт получается при скрещивании родительских пар. Потомство, по законам Менделя, имеет выровненную генетику. Информация наследуется пополам от «мамы» и «папы». Доминируют чаще всего признаки «саврасок» и «простушек», которые массово проявляются в природе: неряшливость, разлапистость, неоднородный габитус, простой оттенок цветков, закрытый венчик. Изысканность и интересные признаки, как правило, прячутся в рецессивных генах и в первом поколении редко выявляются. Но если у кого-то из родителей редкая красота была в генотипе, она может проявиться. Чтобы ее выделить, применяется метод самоопыления у перекрестноопыляемых растений. Из полученного потомства выбирается нужное растение и опыляется собственной пыльцой. Из рецессивного состояния ген переходит в доминантный, и спрятанный рецессивный признак выходит на первые роли. Можно проводить несколько скрещиваний. При проведении близкородственных скрещиваний выстраивается одна линия признаков в рецессивных генах: женская и мужская. Затем две отобранные родительские линии скрещивают и получают гетерозисный гибрид F1. Растение проявляет себя во всей красе: огромный цветок, яркий оттенок, выровненность по высоте, заданные качества. Очень важно - вовремя остановиться.  В результате такого отбора само растение будет слабее, а при большом сочетании рецессивных генов вообще близко к летальности. Лишь доминантные гены относимы к понятию здоровья растения: устойчивостью к внешним условиям, болезням и вредителям, жизнеспособностью.

Метод 2. Биотехнологический

20 век не стоял на месте. Аппаратура и инструментарий позволили изучать клетки, хромосомы. Ученые научились работать с группами клеток, высаживая их в асептических условиях на искуственные питательные среды и получая новые растения. Получают и растения из одной изолированной клетки, в которой выделен нужный признак. Практикуют для получения гаплоидных растений, которые имеют одинарный набор хромосом, когда, например, рецессивный признак преобладает. Но пока это редкость, больше распространена работа с группой клеток — технология in vitro.

Рост происходит за счет специальных клеточных отделов, которые в биологии называются меристемой. Нарастают они очень быстро. Есть апикальная меристема, она расположена в верхушке растения; боковая, листовая и корневая, расположенная под корневым чехликом. Если под микроскопом выделить кусочек меристемы толщиной 100 микрон, простерилизовать и посадить на искусственную среду, то со временем клетки начнут бурно делиться. Через какое-то время образуется недиферинцированный сгусток клеток — каллус, затем появляются почки и корни, формируется проросток. Вот так растение регенерируется из очень небольшого среза. Если в искусственной среде превалируют гормоны ауксины, прорастание пойдет по апикальному типу: один корешок и один проросток, боковые почки не развиваются. Если в среду добавлены цитокенины, образуется много почек и целые друзы, как кристаллы, растений.

В принципе, из одного полученного меристемного маточного растения можно до бесконечности черенковать новые. Есть одно но. Гормональная среда — мутаген, а черенкование — серьезный стресс для растения. Два мутирующих фактора приводят со временем к тому, что вы не получаете выровненное генетическое потомство. Чтобы сохранить сортовую чистоту, один пассаж высаживается на гормоны, другой — на безгормональную среду. В ней растение растет хуже, может чувствовать себя угнетенным, но зато оно успевает отдать все гормоны в среду, обеззараживается от мутирующих веществ. Потом опять высаживается на гормоны. Либо через какое-то  количество пассажей растение нужно достать, адаптировать и вводить в культуру уже с него. Постоянно проводить потомство через культуру ткани  с одного и того же маточника - сто процентов получить мутации.

Полный цикл работы по выращиванию растений в стерильной лаборатории занимает около 9 месяцев. Помещение кварцуется, весь воздух проходит через биофильтры, операторы работают в перчатках и масках. Иногда работа ведется над спиртовкой, ведь над открытым огнем в радиусе 20 см среда полностью стерильна. Совместить едва уловимую пылинку — срез меристемы - в двух проекциях (под микроскопом и живьем) очень трудно.

Каждая лаборатория имеет свою методику подращивания. Во всех обеспечивается 100% влажность, доступ свежего фильтрованного воздуха. Ограничивающие факторы — температура и освещение — подбираются для каждого конкретного случая. Оптимальная досветка 5 тыс. люксов на 1 кв.м. Растениям длинного дня нужно обеспечить режим освещения 16 часов день, 8 часов ночь. Тропическим, или короткого дня: 12 часов день, 12 часов ночь. Если нарушить фиторежим, растения будут угнетенными и не разовьются.

Наступает момент, когда проростки нужно снять с искусственной среды и адаптировать к обычным субстратам. Но это пока растение-наркоман, оно не привыкло самостоятельно заботиться о себе. Какое-то время для них поддерживается особая влажность, даются небольшие подкормки, регулируется минимальный полив, чтобы заработали корни и научились справляться с невзгодами открытого грунта сами. Растение сильно тормозит: не трогается в рост, но наращивает адаптированную к субстрату корневую систему. Когда появляется почка, растение приспособилось к внешней среде. Открываем шампанское!

На фотографии вверху: фитотрон лаборатории ООО"Алчак", которой Т.Ю. Водянова заведовала на протяжении восемнадцати лет. 

Продожение лекции, заключительная часть >>>.

В начало лекции, перейти к первой части >>>.

Третья часть лекции >>>