Биотехнологические методы в системе производства оздоровленного посадочного материала и селекции плодовых и ягодных растений
Диссертация
Автор: Высоцкий, Валерий Александрович
Название: Биотехнологические методы в системе производства оздоровленного посадочного материала и селекции плодовых и ягодных растений
Справка: Высоцкий, Валерий Александрович. Биотехнологические методы в системе производства оздоровленного посадочного материала и селекции плодовых и ягодных растений : диссертация доктора сельскохозяйственных наук : 06.01.07 Москва, 1998 321 c. : 71 98-6/68-X
Объем: 321 стр.
Информация: Москва, 1998
Содержание:
В в е д е н и е
1 Области применения и краткая история метода культуры изолированных тканей и органов растений
2 Предпосылки для использования культуры in vitro в процессах оздоровления и размножения плодовых и ягодных растений
3 Основные факторы, лимитирующие получение растений на искусственных питательных средах
31 Состав питательной среды
32 Генетические особенности растений-источников эксплантов36^
33 Строение инициального экспланта
34 Физиологическое состояние растений-источников эксплантов
35 Предварительная подготовка эксплантов
36 Физические условия культивирования
4 Основные модели и этапы клонального микроразмножения растений
41 Модели размножения
42 Этапы клонального микроразмножения
5 Методы оздоровления плодовых и ягодных растений в системе производства оздоровленного посадочного материала
6 Использование биотехнологических приемов в селекции растений59 ^
7 Создание коллекций ценных форм растений in vitro
8 Методические аспекты работы со стерильными культурами тканей и органов
81 Организация лаборатории и основные принципы работы с изолированными тканями и органами
811 Приготовление питательных сред
812 Отбор и подготовка материала
813 Обеспечение стерильности при работе с изолированными тканями и органами
82 Методы статистической обработки результатов экспериментов
9 Практическое использование одноэтапного способа получения растений в культуре изолированных апексов
10 Использования двухэтапной модели для получения и размножения плодовых и ягодных растений In vitro
101 Земляника
102 Малина красная
103 Ежевика, малина черная, малино-ежевичные гибриды
104 Смородина черная, смородина красная, крыжовник
105 Вишня и слива
106 Яблоня и груша
107 Другие культуры
И Возможности увеличения коэффициента размножения при культивировании эксплантов на питательных средах
12 Повышение на этапе размножения доли побегов, пригодных к укоренению
13 Контроль ризогенеза у культивируемых In vitro эксплантов
14 Изменение регенерационной способности эксплантов в зависимости от длительности культивирования In vitro
15 Адаптация пробирочных растений к нестерильным условиям
16 Использование техники микропрививок при клональном микроразмножении плодовых растений
17 Совершенствование биотехнологических приемов для создания новых форм растений
171 Культура семян210^
172 Культура изолированных зародышей
173 Культура пыльников, каллусов, листовых дисков
18 Вопросы генетической стабильности при клональном микроразмножении плодовых культур
19 Практическое использование биотехнологических методов в системе производства оздоровленного посадочного материала и для целей селекции
20 Экономические аспекты использования биотехнологических приемов
О б щи е в ы в о д ы
Рекомендации для практического использования
Л и т е р а т у р а
Введение:
Актуальность проблемы. Интенсификация современного сельскохозяйственного производства требует широкого использования высокотехнологичных приемов. В частности, в садоводстве прослеживается четкая тенденция повышения требований к качеству посадочного материала и его сортименту. Это ставит задачи получения оздоровленного посадочного материала плодовых и ягодных растений, решение которых связано с необходимостью использования высоких технологий оздоровления и тестирования. С другой стороны, сокращение сроков создания новых генотипов с хозяйственно-ценными свойствами, ускорение их внедрения в производство, создание и содержание коллекций ценных форм также являются важными задачами сельскохозяйственной науки.
Решению этих проблем может способствовать применение относительно новых биотехнологических приемов, которые до недавнего времени считались сугубо лабораторными. Среди основных преимуществ этих приемов наиболее часто называют следующие: возможность получения посадочного материала, свободного от вирусных, грибных и бактериальных болезней, клещей и нематод; быстрое размножение ценного клона растения; получение в большом количестве вегетативного потомства трудноразмножаемых в обычных условиях форм растений; работа в Лабораторных условиях круглый год и планирование выпуска растений к определенному сроку; возможность длительного хранения растительного материала без контакта с внешней средой; возможность обмена материалом в международном масштабе без риска занести карантинных вредителей, а также возможность получения форм с измененной плоидностью, сомаклональных вариантов и трансгенных растений.
Однако, для плодовых и ягодных растений отсутствовали технологии получения и размножения растений на искусственных питательных средах, не были отработаны приемы надежного получения расте-ний-регенерантов в культуре пыльников, каллусов и других эксплан-тов типа листовых дисков.
Совершенствование техники культуры изолированных тканей и органов плодовых и ягодных растений с учетом биологических особенностей и факторов культивирования, повышение их технологичности и эффективности, сочетание различных приемов оздоровления, клональ-ного микроразмножения, хранения стерильных культур и тестирования, получение растений-регенерантов из различных тканей и органов существенно расширит возможности этих методов в системе производства оздоровленного посадочного материала и в селекционном процессе.
Цель и задачи исследований. Основная цель исследований заключалась в разработке и совершенствовании технологий клонального микроразмножения и регенерации плодовых и ягодных растений из различных органов и тканей для использования в системе производства оздоровленного посадочного материала и ускорения селекционного процесса.
Для достижения поставленной цели требовалось: - разработать надежные методы регенерации плодовых и ягодных растений из изолированных апексов на искусственных питательных средах;
• определить факторы культивирования (состав питательных сред, физические условия), обеспечивающие высокую эффективность клонального микроразмножения;
• выяснить роль сортовых и видовых особенностей в процессах регенерации растений в культуре in vitro;
• отработать составы питательных сред, последовательность операций и способы аппликации регуляторов роста, обеспечивающие высокую укореняемость микропобегов;
• разработать надежные способы адаптации пробирочных растений к нестерильным условиям;
• выяснить возможность нетрадиционных комбинаций приемов оздоровления плодовых и ягодных растений с культурой in vitro;
• определить место биотехнологических приемов в системе производства оздоровленного посадочного материала плодовых и ягодных культур;
• проследить изменения в поведении эксплантов и растений в процессе длительного культивирования на искусственных питательных средах и после адаптации к нестерильным условиям;
• изучить возможность использования методов культуры изолированных тканей и органов для ускорения селекционного процесса и получения новых форм плодовых и ягодных растений.
Научная новизна. Проведено детальное изучение процессов регенерации и клонального микроразмножения основных видов плодовых и ягодных растений умеренного климата с учетом их биологических особенностей. Дано обоснование и показана целесообразность двухэ-тапного получения растений при использовании изолированных апексов при получении оздоровленного посадочного материала. Определены условия водной термотерапии изолированных апексов, на примере земляники, в сочетании с культурой in vitro, позволяющие повысить эффективность оздоровления. Прослежено изменение коэффициента размножения и потенций к ризогенезу в процессе субкультивирования, что позволило дать конкретные рекомендации по оптимальному числу субкультивирований для каждого вида растений. На этапе микроразмножения показана возможность использования нетрадиционных препаратов с цитокининовой активностью и комбинаций цитокининов с некоторыми препаратами негормональной природы для увеличения коэффициента размножения. Показана возможность использования микропрививок in vitro в системе производства оздоровленного посадочного материала некоторых трудноукореняемых форм плодовых растений. Обосновано и доказано преимущество кратковременных обработок микропобегов индукторами корнеобразования, по сравнению с введением последних в питательную среду. Изучены роль температурных воздействий и эффект предварительного культивирования побегов на средах с пониженным содержанием регуляторов роста на процессы ризогенеза у разных видов плодовых и ягодных растений. Для использования в селекционной практике на основе данных, полученных при изучении регенерации изолированных апексов древесных растений, разработан способ на основе оригинальной питательной среды, позволяющий получать растения из изолированных на 20-23 день после опыления зародышей косточковых пород, а также генетически идентичные копии сеянцев плодовых культур в ювенильной фазе. Изучены факторы, влияющие на генетическую стабильность растений в процессе клонального микроразмножения и разработаны рекомендации снижающие риск получения уклоняющихся форм. Изучен процесс регенерации растений в культуре комплексных эксплантов, пыльников каллусов и листовых дисков, на основании чего разработаны приемы получения растений регенерантов земляники в культуре пыльников, листовых эксплантов и каллусов земляники, листовых эксплантов и каллусов малины, ежевики, косточковых культур.
На защиту выносятся основныеположения концепции использования биотехнологических приемов в системе получения, ускоренного размножения оздоровленного посадочного материала плодовых и ягодных растений и в селекционном процессе включающей:
• разработанную модель двухэтапного получения растений плодовых культур из изолированных апексов;
• приемы эффективного клонального микроразмножения конкретных видов плодовых и ягодных растений с учетом специфических факторов культивирования (модифицированные и оригинальные питательные среды, способы индукции ризогенеза, адаптации пробирочных растений);
• использование комбинации термотерапии эксплантов и культуры in vitro для повышения эффективности оздоровления;
• способы получения растений-регенерантов в культуре пыльников, листовых эксплантов, каллусов, незрелых зародышей.
Практическая значимость и реализация результатов исследований. В итоге проведенных исследований были отработаны технологические процессы получения из изолированных апексов и клонального микроразмножения основных видов плодовых растений умеренного климата, разработаны приемы микропрививок in vitro трудноукореняемых форм, методы регенерации ряда видов растений в культуре изолированных пыльников, листовых эксплантов, зародышей ранних фаз развития, получения генетических близнецов сеянцев без вывода их из ювенильной фазы, разработаны рекомендации по снижению риска появления уклоняющихся форм в процессе микроразмножения.
Результаты законченных исследований вошли в рекомендации Го-сагропрома РСФСР "Промышленная технология возделывания малины" (1989 г.), в "Методические указания по клональному микроразмножению подвоев и сортов яблони" (ВАСХНИЛ, 1985), в "Методические указания по клональному микроразмножению красной и черной смородины" (1986), по микроклональному размножению сортов и подвоев косточковых культур (Агропромиздат, 1987), в "Методические указания по выращиванию сеянцев вишни из зародышей, изолированных на ранних стадиях развития (ВАСХНИЛ, 1988), которые служат руководством для ускоренного размножения посадочного материала перечисленных культур и использования в селекционных программах. Результаты разработок легли в основу стандарта отрасли ОСТ 10 067-95 "Посадочный материал плодовых и ягодных культур, полученный In vitro".
Законченные разработки по теме были переданы в "Союзплодоп-ром" МПОХ СССР для использования при производстве оздоровленного посадочного материала, Дальневосточному НИИ сельского хозяйства (г.Хабаровск), НИИ садоводства Сибири им. М.А.Лисавенко (г. Барнаул), Институту биофизики СО АН СССР (г. Красноярск), Россошанс
• и кой зональной плодово-ягодной опытной станции, Донецкой опытной станции садоводства (г. Артем), Куйбышевской опытной станции, Кабардино-балкарской зональной опытно-селекционной станции (г. Нальчик), Российской научно-исследовательской хмелеводческой станции, совхозу "Победа" (г. Клин), Северо-Западному НПО "Бело-горка" (Ленинградская обл.), Селекцентру Всероссийкого научно-исследовательского института цветоводства и субтропических культур (Сочи), НПЦ биотехнологии "Фитогенетика" (г.Тула), Крымская опытно-селекционная станция Всероссийского научно-исследовательского института растениеводства имени Н. И. Вавилова.
Полученный материал регулярно передавали научным учреждениям и высшим учебным заведениям по садоводству, опытным станциям и сельскохозяйственным предприятиям России и стран бывшего СССР.
Апробация работы. Основные результаты работы доложены и обсуждены на 1 Всесоюзной конференции "Регуляторы роста и развития растений" (Москва, 1981 г.), на 4 Всесоюзной конференции "Культура клеток растений и биотехнология"(Кишинев, 1983), на международной конференции "Биология культивируемых клеток и биотехнология" (Новосибирск, 1988), на 2 Международной конференции "Биология культивируемых клеток и биотехнология"(Алматы, 1993), на 3 Международной конференции "Регуляторы роста и развития растений" (Москва, 1995), на Международной научной конференции "Актуальные проблемы биотехнологии в растениеводстве, животноводстве и ветеринарии" (Москва, 1996), на симпозиуме стран-членов СЭВ по регуляторам роста растений (Польша, 1983), на совещании стран-членов СЭВ по теме 1.10.1 "Разработка меристемных методов размножения, обеспечивающих получение стерильного посадочного материала" (Кишинев, 1984), на Всероссийском совещании "Актуальные проблемы развития питомниководства и научное обеспечение отрасли"(Москва, 1993), на научно-методическом совещании "Достижения селекции и новые способы интенсивного размножения ягодных культур" (Брянск-Кокино, 1994), на совещаниисеминаре "Питомниководс-тво-96"(Москва, 1995) и других конференциях, совещаниях, семинарах по садоводству и питомниководству союзного, республиканского и зонального характера (1980-1995 г.г.). представлены на 7 Международный конгресс по культуре тканей и клеток растений (Амстердам, 1990).
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 110 работах.
|