vcvetu.ru:
Советы
Доклады
Лекции

Растения
Цветы
Дерьвья
Огород
Удобрения
Уход

опубликовать

Биотехнологические мет оды в селекции садовых культур


Скачать 129.77 Kb.
НазваниеБиотехнологические мет оды в селекции садовых культур
Дата04.04.2013
Размер129.77 Kb.
ТипЛекции
vcvetu.ru > Растения > Лекции


УДК 001.4:632.3
БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ

МЕТОДЫ В СЕЛЕКЦИИ

САДОВЫХ КУЛЬТУР
Медведева Нина Ивановна

канд. с.-х. наук
Государственное научное учреждение Крымская опытно-селекционная станция Северо-Кавказского зонального научно-исследовательского института

садоводства и виноградарства

Россельхзозакадемии, Крымск, Россия
Бунцевич Леонид Леонтьевич

канд. биол. наук
Государственное научное учреждение Северо-Кавказский зональный научно-исследовательский институт

садоводства и виноградарства

Россельхозакадемии, Краснодар,

Россия
Мохно Валентина Cергеевна

канд. с.-х. наук
Государственное научное учреждение

Всероссийский научно-исследовательский институт

цветоводства и субтропических

культур Россельхозакадемии,

Сочи, Россия
На основе изучения различных источников и результатов собственных исследований дан анализ проблемы использования биотехнологических методов in vitro в селекции плодовых и цветочно-декоративных культур.
Ключевые слова: СЕЛЕКЦИЯ,

САДОВЫЕ КУЛЬТУРЫ, ГИБРИДЫ, БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ

UDС 001.4:632.3
BIOTECHNOLOGICAL

METHODS IN BREEDING

OF orchards crops
Medvedeva Nina

Cand. Agr. Sci.
State Scientific Organization Krymsk

Experimental Breeding Station

of North Caucasian Regional Research

Institute of Horticulture and Viticulture

of the Russian Academy of Agricultural

Sciences, Krymsk, Russia
Buntsevich Leonid

Cand. Biol. Sci.
State Scientific Organization North

Caucasian Regional Research Institute

of Horticulture and Viticulture of the

Russian Academy of Agricultural Sciences, Krasnodar, Russia

Mokhno Valentina

Cand. Agr. Sci.
State Scientific Institution All-Russian

Scientific Research Institute of Floriculture and Subtropical Crops of the Russian

Academy of Agricultural Sciences,

Sochi, Russia

The analysis of problem of using

of biotechnological methods in vitro

in breeding of fruit and flower-ornamental crops is given on the basis of research

of different sources and results

of own research.
Keywords: BREEDING,

ORCHARD CROPS, HYBRIDS, BIOTECHNOLOGICAL METHODS



Введение. Значительное место в разработке приоритетных направлений науки XXI в. занимает метод культуры растительных клеток, тканей и органов, позволяющий наиболее полно реализовать морфологический потенциал растительного организма к размножению.

Реализация способности растительной клетки к регенерации целого растения имеет значение в решении ряда практических проблем садоводства. Методы культуры клеток и тканей открывают путь для новых нетрадиционных способов получения новых форм плодовых растений с комплексом хозяйственно-ценных признаков в значительно более короткие сроки по сравнению с традиционными способами.
К преимуществам этих методов можно отнести [1-6]:

– получение гибридных сеянцев из зародышей ранних форм развития при отдаленной гибридизации;

– получение сомаклональных вариантов и соматических гибридов;

– манипуляция с плоидностью для получения организмов с измененным числом хромосом;

– длительное сохранение материала в условиях in vitro;

– получение вегетативного потомства у трудноразмножаемых форм;

– быстрое размножение ценных клонов;

– возможность работы в течение всего года и планирование выпуска материала к определенному сроку.
Обсуждение. В практике создания принципиально новых высокоадаптивных сортов плодовых культур широко используется метод отдаленной гибридизации. Однако при проведении скрещиваний с вовлечением диких видов или генетически отдаленных форм часто наблюдается постгамная несовместимость в результате которой становится практически невозможным получение жизнеспособных зародышей.

Для повышения результативности отдаленной гибридизации и преодоления нескрещиваемости в селекционном процессе создания сортов плодовых культур разработаны различные методы.

Культура зародышей in vitro в селекции плодовых растений позволяет преодолеть полную само- и перекрестную несовместимость при межвидовых и межродовых скрещиваниях, повысить выход гибридных регенерантов в скрещиваниях с участием отдаленных форм при скрещивании на раннеспелость, скороплодность, а также устойчивость к заболеваниям и абиотическим факторам окружающей среды.

Метод культуры изолированных зародышей in vitro широко используется при вовлечении в скрещивания гибридов первого поколения с крайне низкой фертильностью, от которых не удается получить потомство традиционными способами, а также при необходимости преодоления периода покоя у отдаленных гибридов, при различных типах скринингов и оплодотворении in vitro.

Основы метода культуры зародышей и его первое распространение заложено работами Hanning в 1904г., G. Stingl в 1907 г. Особенно возрос интерес к этому методу, когда были выявлены возможности его использования для ускорения селекционного процесса, преодоления явлений несовместимости, решения отдельных генетических задач и в целом растениеводства (Brooks, Hough, 1958; Lammerts, 1942).

Позднее были проведены широкие исследования и получены хорошие результаты по культивированию недоразвитых гибридных зародышей и семяпочек в условиях in vitro целым рядом наших и зарубежных ученых (Бутенко, 1964, 1982; Здруйковская-Рихтер, 1979, 1981, 1983; Коршиковой, 1983; Высоцкий, Плотникова, 1987; Выхристова, 1981; Гавек, Новак, 1986; Жуков, Коломиец, 1997; Олейникова, Савельев, 1994; Титова, 1986; Яковлев, 1979 и др. на плодовых, цветочных, злаковых, овощных и технических культурах.

Культурой изолированных зародышей широко занимаются китайские исследователи CheShengquan, ShengJueying, QinWenying (1996).

В Российской Федерации и странах СНГ есть отдельные публикации по этому вопросу – Н.А. Вечерко (1999), В.К. Мурсалиевой, Г.А. Сыртановой, К.Н. Сарсенбаева (1995).

Искусственное выращивание недоразвитых зародышей в культуре in vitro позволило получить отдаленные гибриды между диплоидными видами сливы и терна; диплоидными, гексаплоидными видами сливы; сливы с абрикосом, персиком и миндалем; гибриды между вишней обыкновенной и дикорастущими видами вишен (Курсаков и др., 1988).

У большинства луковичных и клубнелуковичных цветочных растений, в том числе у тюльпана и фрезии, наиболее эффективными методами формообразования считаются отдаленная гибридизация и полиплоидия.

Однако при использовании в селекционном процессе (в качестве доноров ценных биологических и хозяйственных признаков) форм разного уровня плоидности и диких видов из природных местообитаний часто наблюдаются проявления генеративной несовместимости как в прогамном, так и в постгамном периодах развития растений (нарушения оплодотворения, митотических делений, эндоспермогенеза и других аномалий, что ведет к образованию неполноценных семян или гибели зародышей на разных стадиях эмбриогенеза).

Существенную помощь в преодолении трудностей при получении новых гибридных форм из недоразвитых зародышей и семяпочек тюльпана и фрезии могут оказать методы культуры изолированных зародышей и семяпочек в условиях in vitro.

Выращивание семяпочек на искусственных питательных средах позволяет получать ценный исходный материал, который в дальнейшем может быть применен для разработки и решения теоретических и практических вопросов при использовании в отдаленной гибридизации, создании сортов разного уровня плоидности, а также для получения новых форм по заданным признакам.

В практической селекции также имеет значение выращивание в условиях стерильной культуры зародышей нормально развитых гибридных семян, представляющих ценность для получения уникальных новообразований, так как в культуре in vitro легче создать необходимые для прорастания зародыша и развития проростка условия.

Выращивание зародышей тюльпана и фрезии в культуре in vitro, по сравнению с традиционным культивированием в полевых условиях, дает возможность значительно повысить жизнеспособность семян, сократить период их покоя и развития растений, увеличить коэффициент размножения ювенильных сеянцев, что намного ускорит селекционный процесс, который у тюльпана, например, длится около 25 лет.

Кроме того, указанный метод позволяет сохранить в новом поколении сортов накопленное ранее их генетическое разнообразие и уникальные образцы генотипов от единичных семян, полученных при межвидовых и разноплоидных скрещиваниях.
Эффективность использования метода эмбриокультуры in vitro была существенно повышена после разработки метода индукции регенерации побегов в культуре изолированных семядолей. Так, для этой же цели используют культуру изолированных семяпочек и культуру гибридной каллусной ткани, полученной из гибридного зародыша или молодого проростка. Последний метод является способом преодоления леталей, реализующихся в эмбриогенезе или в фазе молодых проростков при некоторых комбинациях отдаленных скрещиваний. Искомые гибридные растения получают в результате индукции образования побегов в гибридной каллусной ткани.
В настоящее время все большее внимание привлекают процессы регенерации растений в культуре каллусных тканей листовых эксплантов и пыльников, поскольку решение задач надежного получения растений в таких системах позволит манипулировать с плоидностью, вести отбор сомаклональных и гаметоклональных вариантов по определенным признакам на селективных питательных средах, заниматься клеточной и генной инженерией, используя прямой перенос генов.

Регенерация растений из культуры тканей достигается путем соматического органогенеза или адвентивного органогенеза. Соматический эмбриогенез представляет собой процесс формирования зародышеподобных структур из соматических клеток [3, 6].

Такие зародыши в дальнейшем могут развиваться и прорастать в регенераты через стадии (глобулярного эмбриоида, сердцевидного зародыша, «Торпедо»), соответствующие тем, что встречаются при развитии зиготы.

Формирование растений путем органогенеза состоит в появлении и росте адвентивных (т.е. возникающих не из эмбриональных тканей) органов из каллуса (непрямая регенерация) или прямо из клеток экспланта (прямая регенерация) [7, 8].

В настоящее время проводятся исследования по получению растений-регенерантов из клеток каллуса. Каллусные культуры получали, используя в качестве эксплантов стеблевые кусочки персика, пыльники персика, миндаля и абрикоса (Merhra A., Merhra P.V., 1974).

Были регенерированы целые растения миндаля (Prunus amygdalus L.) из листьев и семядолей через стадию каллусообразования. Лучшие результаты достигнуты по регенерации растений из каллусов корневого происхождения Prunus Sp., P.davychensis, P.canescus, P.avium и межвидового гибрида P.incisa × P.serrulata.

Осуществлена также регенерация из каллуса корневого и листового происхождения ряда подвойных форм вишни и сорта Владимирская. Отбор форм с высоким морфогенетическим потенциалом и использование двухступенчатой методики получения растений через корнеобразование позволило существенно повысить частоту регенерации из листовых дисков ряда сортов вишни (до 35-40%) и вишене-черешневых гибридов (до 65-70%) (Высоцкий и др., 1993). Кроме того, выполнена серия работ по регенерации целых растений из протопластов подвоя вишни «Golt» (Prunus avium x pseudocerasus) и ряда клонов кислой вишни (Prunus cerasus).

В последние годы основная часть исследований по регенерации плодовых косточковых культур сосредоточена на разработке методик регенерации из соматических тканей, в первую очередь листовых, путем адвентивного органогенеза. Получена регенерация из листьев P.canescens, абрикоса и нескольких клонов сливы, P.serotina и P.avium (S.J. Ochatl, 1992).
Близки к практическому применению в селекции плодовых культур методы мутагенеза, селекции на клеточном уровне и гибридизации соматических клеток путем слияния изолированных протопластов. Мутагенез и селекция на клеточном уровне позволяют вовлечь в процесс селекции большое число клеток и создать жесткие селективные условия для отбора мутантных клеток с желательными признаками.

Феномен соматической изменчивости служит базой и для тканевой селекции ягодных культур, в том числе культуры земляники. Сомаклональная изменчивость репродуктивных органов растений-регенерантов земляники, полученных из каллусных тканей, позволяет проводить селекцию на такие признаки, как урожайность, количество цветоносов, окраска околоцветника и др.

Так, в результате сомаклональной изменчивости растений земляники, полученных из каллусов пыльников, были отобраны линии, отличающиеся по скороспелости, с опадающей чашечкой и устойчивые к фитофторозу (Simon Jstvonetal, 1987). В исследованиях Jones O.P. eal (1988) были получены сомаклональные варианты с повышенной урожайностью и устойчивостью к вертициллезу из каллусных тканей ряда сортов земляники.

Во ВНИИГиСПР им. И.В. Мичурина проводились исследования по тканевой селекции земляники ананасной (Fragaria ananasa Duch) на устойчивость к грибным патогенам Ph.cactorum и B.cinerea, а также на устойчивость к засухе и засолению. В процессе тканевой селекции были отобраны каллусы сортов земляники Урожайная ЦГЛ, Золушка, Фейерверк и Куйбышевская, сохраняющие способность к росту на средах с высокими (15-20%) концентрациями культуральных фильтратов фитопатогенных грибов. Были отобраны также каллусы земляники (Золушка, Куйбышевская, Урожайная ЦГЛ), сохраняющие способность к пролиферации в присутствии 0,6% хлорида натрия (Тюленев и др., 2005).

В результате индукции морфогенеза были получены растения-регенераты, среди которых выделены генотипы с повышенной устойчивостью к патогенам Ph. Cactorum и B. cinerea, а также растения с повышенной засухоустойчивостью и устойчивостью к засолению.
Перспективным приемом, ускоряющим селективный процесс плодовых культур, является получение гаплоидных растений.

Использование гаплоидов ускоряет создание высокогомозиготных чистых линий, отбор стабильных нерасщепляющихся форм, обнаружение рецессивных мутаций. Кроме того, использование гаплоидов способствует созданию селекционных форм плодовых растений, в которых гетерозис будет направлен и контролируем. Путем скрещивания гаплоидов с диплоидами можно получать триплоиды – наиболее продуктивный уровень плоидности для семечковых культур.

Гаплоиды могут быть получены спонтанно, методами направленного мутагенеза и в культуре in vitro из пыльников и микроспор. Образующаяся при этом каллусная ткань может содержать не только гаплоидные клетки, но и анеуплоиды, ди-, три- и полиплоидные, что служит дополнительным источником генетической изменчивости.

Использование методов клеточной и генной инженерии открывает большие возможности для генетической реконструкции организмов в нужных для исследований направлениях. Но гены, необходимые для таких инженерных манипуляций, должны быть надежно сохранены в банке генов. В связи с этим в практической селекции особое значение имеет сохранение генетически ценных образцов.

Для сохранения разнообразия плодовых растений наряду с традиционными способами в последнее время все шире привлекаются методы биотехнологии, в основу которых положена возможность поддержания жизнеспособности пробирочных растений и их отдельных органов в течение длительного времени в условиях in vitro. Для некоторых видов культура ткани является единственно возможным способом сохранения генетического разнообразия.

Существуют три основных способа хранения растительного материала in vitro:

– хранение постоянно растущих культур при нормальной скорости роста;

– хранение культур в условиях минимального роста;

– хранение в условиях сверхнизких температур (криоконсервирование). Каждый из этих способов отличается своими особенностями и выбор осуществляется для конкретных видов растений, целей и наличии условий.

Процесс размножения полученных селекционерами сортов плодовых культур вегетативным размножением растений занимает много времени.
Этот период можно сократить, используя метод клонального микроразмножения [2]. При клональном микроразмножении используют два принципиально различных подхода. При первом из них развитие растений вызывают из стеблевых апексов, пазушных и спящих почек, при втором – вызывают развитие адвентивных побегов de novo, либо из специализированных клеток тканевого экспланта.

Технология такого типа размножения может быть разбита на несколько этапов, оптимизация условий на каждом из них зависит от вида растений и исходного материала, взятого для размножения.

На первом этапе основной целью является получение максимального количества меристематических верхушек, прижившихся в условиях in vitro. Цель второго этапа – собственно микроразмножение, то есть получение максимального количества мериклонов путем последовательного субкультивирования уже имеющихся побегов в условиях in vitro. Третьим этапом клонального микроразмножения является получение корнесобственных растений in vitro.

Высокие коэффициенты размножения (в сотни и даже тысячи раз превышающие традиционные способы) позволяют сократить сроки получения товарной продукции в 4-5 раз. Одним из преимуществ этого метода также является повышение качества продукции в результате оздоровления от инфекционных заболеваний.

Кроме того, метод клонального микроразмножения позволяет преодолеть плохую укореняемость ряда сортов и гибридов плодовых культур при их вегетативном размножении. Неоспоримым преимуществом этого метода является миниатюризация процесса размножения (экономятся производственные площади, затраты на содержание насаждений и т.п.) и возможность производства необходимого количества материала к назначенному сроку.
Заключение. Способы культуры зародышей и семяпочек в условиях in vitro и другие представленные биотехнологические методы являются надежными для постоянного практического применения в селекционной работе с целью расширения и обогащения генофонда садовых (плодовых, ягодных и цветочно-декоративных) растений. Разработанные приемы преодоления геномной несовместимости при межвидовых и разноплоидных скрещиваниях дают возможность управления селекционным процессом и его ускорением.

В целом, несмотря на обширный материал, накопленный современной наукой, описанные направления биотехнологии изучены ещё недостаточно как с точки зрения глубинных механизмов, так и в плане воплощения научных результатов в селекционную практику.


Литература

  1. Митрофанова, И.В. Соматический эмбриогенез как система in vitro размножения культурных растений / И.В. Митрофанов// Физиология и биохимия культурных растений. – Т.41.– №6.– 2009. – С. 496-508.




  1. Высоцкий, В.А. Использование методов культуры изолированных тканей и органов для оздоровления и ускоренного размножения плодовых и ягодных растений / В.А. Высоцкий // Селекция плодовых и ягодных культур: сб. науч. тр. / ВАСХНИЛ Сибирское отделение НИИСС.– Новосибирск, 1989.– С. 132-138.




  1. Токин, Б.П. Общая эмбриология / Б.П. Токин // Биологический каталог. – С.87. – http://www.bio-cat.ru/ebook.php?file=tokin.djvu&page=87.




  1. Dunstan D.I., Tautorus T.E., Thorpe T.A. Somatic embryogenesis in woody plants // In vitro Embryogenesis in Plants / Ed. T.A. Thorpe. – Netherlands, Dordrecht: Kluwer Acad. Publ., 1995. – P. 471-538.




  1. Garin E, Grenier E., Grenier-De March Gh. Somatic embryogenesis in wild cherry (Prunus avium) // Plant Cell, Tissue, Organ Cult. – 1997. – 48, N 2. – P. 83-91.




  1. Merkle S.A. Somatic embryogenesis in ornamentals // Biotechnology of Ornamental Plants / Eds. R.L. Geneve, J.E. Preece, S.A. Merkle. – Wallingford: CAB International, 1997. – P. 13-33.




  1. Gutierrez P.P., Rugini E. Influence of plant growth regulators, carbon sources and iron on the cyclic secondary somatic embryogenesis and plant regeneration of transgenic cherry rootstock 'Colt' (Prunus avium x Prunus pseudocerasus) // Abstracts 5th Intl. Symp. «Plant Biotechnology: Progress and Development, Stara Lesna, Slovak Republic, Sep. 7-13, 2003.– Stara Lesna, 2003. – P. 52.




  1. Sharp W.R., Sondahl M.R., Caldas L.S., Marraffa S.B. The physiology of in vitro asexual embryogenesis // Hort. Rev. – 1980. – 2. – P. 268-310.



Добавить документ в свой блог или на сайт

Похожие:

:(631. 52+631. 53) Теоретическое обоснование и практическое использование...
Диссертационная работа выполнена в лаборатории селекции и семеноводства цветочных культур гну всероссийского научно-исследовательского...

Началом селекции можно считать то время, когда человек начал одомашнивать...
Отдельные биотехнологические процессы (хлебопечение, виноделие и др.) известны с древних времен. Но наибольших успехов биотехнология...

Исходный материал для селекции чечевицы на высокую семенную продуктивность...
Диссертационная работа выполнена в 2007-2009 гг в лаборатории селекции зернобобовых культур гну внии зернобобовых и крупяных культур...

Лаборатория селекции озимых культур владимирского ниисх
С 1990 года селекционная работа постепенно, как и все сельское производство приходило в упадок. То, что мы работаем во многом самостоятельно,...

А. Н. Васина
Использование растений диких видов для борьбы с вредителями садовых и овощных культур 2

Федеральное агенство по образованию
Адаптивный сортимент садовых и декоративных культур и инновационная технология его размножения

Лекция 25. Основы селекции Учение Н. И. Вавилова о центрах происхождения...
В основе селекции лежат такие методы, как гибридизация и отбор. Теоретической основой селекции является генетика

Примерная программа
Дисциплина «Питание и удобрение садовых культур» включена в базовую часть профессионального цикла фгос впо по направлению 110500...

Программа развития селекции и семеноводства зерновых, зернобобовых,...

Чем объясняется популярность клубники?
Садовая земляника (в просторечьи называемая клубникой), английское название Strawberries – стоит первой по применимости среди садовых...



База данных защищена авторским правом © 2013
обратиться к администрации
vcvetu.ru