Лекция 1. Введение (стр. 7 )

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, 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 года и экономия площадей, необходимых для выращивания посадочного материала;

Первые достижения в области клонального микроразмножения были получены в конце 50-х годов XX столетия французским ученым Жоржем Морелем, которому удалось получить первые растения-регенеранты орхидей. ореля в микроразмножении способствовала уже разработанная к тому времени техника культивирования апикальной меристемы растений в условиях in vitro. Как правило, исследователи в качестве первичного экспланта использовали верхушечные меристемы травянистых растений: гвоздики, хризантемы, подсолнечника, гороха, кукурузы, одуванчика, салата и изучали влияние состава питательной среды на процессы регенерации и формирования растений. Ж. Морель в своих работах также использовал верхушку цимбидиума (сем. орхидные) состоящую из конуса нарастания и двух-трех листовых зачатков, из которой при определенных условиях наблюдал образование сферических сфер — протокормов. Сформировавшиеся протокормы можно было делить и затем культивировать самостоятельно на вновь приготовленной питательной среде до образования листовых примордиев и корней. В результате им было обнаружено, что этот процесс бесконечен и можно было получать в большом количестве высококачественный и генетически однородный, безвирусный посадочный материал.

В России работы по клональному микроразмножению были начаты в 60-х годах в лаборатории культуры тканей и морфогенеза Института физиологии растений им. РАН. Под руководством чл.-корр. РАН, академика РАСХН были изучены условия микроразмножения картофеля, сахарной свеклы, гвоздики, герберы, фрезии и некоторых других растений и предложены промышленные технологии. Таким образом, первые успехи в клональном микроразмножении связаны с культивированием апикальных меристем травянистых растений на соответствующих питательных средах, обеспечивающих в конечном итоге получение растений-регенерантов.

Однако область применения микроразмножения разнообразна и имеет тенденцию к постоянному расширению. Это в первую очередь относится к размножению in vitro взрослых древесных пород, особенно хвойных, и использование техники in vitro для сохранения редких и исчезающих видов лекарственных растений. В настоящее время в этом направлении наметился положительный сдвиг.

Первые работы по культуре тканей древесных растений были опубликованы в середине 20-х годов XX столетия и связаны с именем французского ученого Готре. В них сообщалось о способности камбиальных тканей некоторых видов вяза и сосны к каллусогенезу in vitro. В последующих работах 40-х годов было выяснено о способности различных тканей вяза листового к образованию адвентивных почек. Однако дальнейший рост и формирование побегов авторами не были получены. Лишь к середине 60-х годов Матесу удалось получить первые растения-регенеранты осины, которые были доведены до почвенной культуры. Культивирование тканей хвойных пород in vitro долгое время использовалось как объект исследования. Это было связано со специфическими трудностями культивирования ювенильных и тем более взрослых тканей, изолированных с растения. Известно, что древесные, и особенно хвойные, характеризуются медленным ростом, трудно укореняются, содержат большое количество вторичных соединений (фенолы, терпены и другие вещества), которые в изолированных тканях окисляются различными фенолазами. В свою очередь, продукты окисления фенолов обычно ингибируют деление и рост клеток что ведет к гибели первичного экспланта или к уменьшению способности тканей древесных пород к регенерации адвентивных почек которая с возрастом растения-донора постепенно исчезает полностью. Однако, несмотря на все трудности, ученые все чаще используют в качестве объектов исследований различные ткани и органы древесных растений В настоящее время насчитывается более 200 видов древесных растений из 40 семейств, которые были размножены in vitro (каштан, дуб, береза, клен, осина, гибриды тополей с осиной, сосна, ель, секвойя и др.), а работы в этом направлении ведутся в научных учреждениях Астаны, Алматы, Кокшетауского селекционно центра и др.

Этапы и методы клонального микроразмножения

Процесс клонального микроразмножения можно разделить на четыре этапа:

выбор растения-донора, изолирование эксплантов и получение хорошо растущей стерильной культуры; собственно микроразмножение, когда достигается получение максимального количества мериклонов; укоренение размноженных побегов с последующей адаптацией их к почвенным условиям, а при необходимости депонирование растений-регенерантов при пониженной температуре (+ 2°, + 10 °C); выращивание растений в условиях теплицы и подготовка их к реализации или посадке в поле.

Лекция 14. Селекция сосны. Селекция ели.

Изучение стволовой продуктивности у сосны обыкновенной в 30-летних географических культурах выявило в последние 5 лет изменения в темпе линейного роста у ранее выделенных четырех групп климатипов (1 группа – стабильно превосходящие по росту контрольный климатип, 2 группа – стабильно отстающие по росту от контрольного, 3 группа – до 10 летнего возраста отличались высоким, а в последующие годы низким темпом роста, 4 группа – с нестабильным темпом линейного роста). Эти изменения связаны с процессом формирования структуры популяций. Высокие коэффициенты изменчивости таксационных показателей, наблюдаемые в основном у северных климатипов, отражают повышенное генотипическое разнообразие в 30-летнем возрасте. Низкие коэффициенты у сосны из южных регионов свидетельствуют об относительной стабилизации структуры популяций.

Выявлено, что рост и устойчивость сосны обыкновенной разного происхождения значительно зависят от условий произрастания. На темно-серой лесной почве средняя высота и диаметр климатипов в 3-5 раз превосходят данные показатели у тех же климатипов на песчаной почве. Превышения по объему ствола у некоторых происхождений сосны достигают более чем 10-ти кратного размера. В пределах каждого экофона выявлены группы, превосходящие по стволовой продуктивности контрольный (местный) климатип. Среди выделенных - только семь климатипов обладают наиболее широкой нормой генетической реакции к факторам внешней среды и являются перспективными для лесной селекции.

Результаты изучения морфологических признаков вегетативных органов (длина хвои и продолжительность ее жизни) у сосны в географических культурах выявили отличительные особенности внутривидовых таксонов. Для климатипов подвида сосна «северная лапландская» характерны короткая хвоя, узкая крона, прямой ствол. Длинная хвоя, более широкая крона и наличие стволовой кривизны характерны для климатипов подвида «сосна кулундинская», а также для южных климатипов подвидов «сосна сибирская и сосна обыкновенная». Дифференциация географических культур показала, что эти признаки наследуются, хотя и находятся под сильным влиянием экологических факторов.

Обобщены результаты исследований географических культур по устойчивости к патогенам. Выявлено, что на бедных сухих почвах (тип леса сосняк толокнянковый, песчаная почва) географичекие культуры сосны подвержены обыкновенному и снежному шютте, ценангиевому некрозу, на более влажных и богатых почвах (темно-серая лесная, тип леса сосняк разнотравный) выявлены грибы – ржавчинники. Высокая устойчивость к патогенам наблюдается у северных климатипов подвидов «северная лапландская и «сибирская» из южно-таежной подзоны. Более уязвимы к патогенам климатипы из западных, центральных и южных районов ареала сосны – подвиды «сосна кулундинская» и «сосна обыкновенная».

Изучение роста сосны обыкновенной в географических культурах показало неоднозначную реакцию климатипов на изменение экологических факторов, вызванную генетическими особенностями климатипов, обусловленными климатическими факторами в местах их происхождения. Высокая корреляционная связь линейного и радиального роста, морфологических признаков хвои и генеративных органов с географической широтой и климатическими факторами мест происхождения климатипов показывает клинальную изменчивость признаков в широтном направлении.

Селекция ели сибирской по косвенным признакам и тенденции естественного отбора

В 21-летнем потомстве плюсовых деревьев из естественных ценопопуляций (301 семья) и из культур (152 семьи) изучалось влияние массы семени и длины шишек на высоту испытательных культур на среднесуглинистой почве, созданных по схеме 2.5Ч1.0 м. Установлено следующее.
1. Средняя длина шишек у плюсовых деревьев в культурах оказалась на 7.8% больше, чем в естественных популяциях и деревья в культурах можно отнести к форме ели с преобладанием признаков ели европейской, а в естественных популяциях – к форме с преобладанием признаков ели сибирской. Средняя масса семени также оказалась больше в культурах: 5.51 мг против 5.16 мг в естественных популяциях или больше на 6.8%.
2. Ценопопуляции из культур отличает также наличие фена, отсутствующего в естественных насаждениях (гладкая кора у 3.5% крупных деревьев). С учетом различий в длине шишек эти группы можно отнести к разным популяциям, в которых инициируются разные тенденции естественного отбора.
3. Вероятно, при закладке культур в начале 20 века использовали семена от деревьев или насаждений с крупными шишками. В потомстве F1 (культуры с плюсовыми деревьями) получено увеличение: длины шишек на 7.8% и массы семени на 6.8%. В потомстве F2 (наши испытательные культуры) высота потомства от культур была 105.1% от контроля при высоте семей из естественных популяций 102.4%; преимущество потомства культур Теплоухова в 21 год составило 2.7%.
4. В потомстве плюсовых деревьев из культур обнаружено преимущество матерей со средней массой семени. У них доля лучших семей (115% от высоты контроля и более) оказалась выше в 1.6-1.7 раза в сравнении с матерями с тяжелыми и с легкими семенами. Следовательно, здесь в отношении массы семени действует стабилизирующий отбор.
5. В потомстве плюсовых деревьев из естественных насаждений обнаружено преимущество матерей с легкими семенами. У них доля лучших семей выше в 1.8-2.1 раза, чем у матерей со средними и тяжелыми семенами. Следовательно, здесь проявляется тенденция к движущему отбору с предпочтением деревьям с легкими семенами.
Можно предположить, что в изученных нами естественных популяциях преобладают формы ели сибирской с более мелкими шишками и семенами и что протекающие в них процессы образования гамет идут другим образом, чем в ценопопуляциях культур после проведенного отбора крупношишечных форм. Поэтому, на основании полученных результатов, можно будет говорить о разных тенденциях микроэволюции этих двух форм ели, если их выращивание будет совпадать с условиями испытательных культур. У более «европейской» ели, в культурах в результате ее селекции по размеру шишек, в потомстве F2 наблюдается стабилизирующий естественный отбор в отношении размеров семян и шишек и селекция на быстроту роста более эффективна среди матерей, средних по длине шишек и со средней массой семени. У более «сибирской» формы ели в естественных насаждениях такой стабилизации нет и результаты селекции по крайней мере равнозначны как среди мелко - так и среди крупношишечных форм, а также среди матерей с мелкими, средними и крупными семенами. При этом возможно даже весьма существенное преимущество (в 1.8-2.1 раза) матерей с мелкими семенами, по доле лучших по высоте семей в их потомствах.