|
|
Оглавление1. Происхождение, таксономия и эволюция 2. Биологические особенности роста и развития 8. Иммунологический потенциал рода FRAGARIA и возможности использования его в селекции 11. Селекция земляники на устойчивость к грибным болезням 14. Хозяйственная и иммунологическая характеристика новых устойчивых к болезням сортов земляники 15. Наиболее распространенные и новые сорта земляники отечественной и зарубежной селекции 17. Оценка устойчивости земляники к грибным болезням 18. Защита от болезней и вредителей с использованием пестицидов Для бесплатного чтения доступна только часть главы! Для чтения полной версии необходимо приобрести книгу13. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ БИОТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ УСКОРЕНИЯ ПРОЦЕССОВ ВЫВЕДЕНИЯ И ВНЕДРЕНИЯ СОРТОВ ЗЕМЛЯНИКИ В СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЕ ПРОИЗВОДСТВОБиотехнология как наука может рассматриваться в двух аспектах — традиционном классическом и современном. В классическом традиционном понимании это наука о методах и технологиях производства различных веществ и продуктов с использованием природных биологических объектов и процессов (квашение, хлебопечение и т. д.). Это направление биотехнологии уже давно используется человечеством. Новейшая биотехнология — это наука о генно-инженерных и клеточных методах создания и использования генетически трансформированных биологических объектов для интенсификации и получения новых видов продуктов различного назначения. Истоки этого в новейшей биотехнологии связаны с одним из величайших открытий в области биологии, с расшифровкой молекулярной структуры материального носителя наследственности — гена, сделанной Джеймсом Уотсоном и Фрэнсисом Криком. Стали ясны механизмы передачи тех или иных признаков от родителей потомству и принципы их кодирования в гигантские двухнитевые спирали молекул ДНК — дезоксирибонуклеиновой кислоты. Выяснилось, что участки этой молекулы несут в себе наследственную информацию, отождествляемую с конкретным признаком. Научившись определять участок ДНК, ответственный за тот или иной признак, надлежащим образом вырезать его и вставлять в ДНК другого вида (организма), ученые смогли придавать последнему признак и при этом наследственно закреплять его. Конечно, нужный участок ДНК выделяют не методом классического вырезания. Генная микрохирургия — химическая, и осуществляется с помощью определенных ферментов — рестриктаз. Молекула ДНК разрезается в нужных местах, соответствующие участки вырезаются и встраиваются в ДНК других организмов, которым хотят придать новые признаки и свойства. Концы ДНК, по которым ведется выращивание, сшивают с помощью ферментов — лигаз. Так в начале 80-х гг. ХХ в. новое биотехнологическое направление — генетическая инженерия с геномом — сделало реальностью мечту ученых и селекционеров об экспериментальном получении организмов с заранее заданными свойствами. В 50-е гг. ХХ столетия П. Ф. Уайт (США) и Р. Готре (Франция) открыли еще одно важное направление в биологии — клеточную инженерию и связанную с ней клеточную биотехнологию. Генетическая и клеточная инженерия с 80-х гг. получила значительное развитие во многих областях современной науки и производства, особенно за рубежом, и в перспективе является стратегическим направлением. Она позволяет решать глобальные проблемы селекции растений на комплексную устойчивость к биотическим и абиотическим факторам окружающей среды и т. д. В настоящее время с помощью методов генной инженерии уже созданы принципиально новые трансгенные растения целого ряда ботанических родов и видов, получившие значительное распространение за рубежом. В частности, генной инженерией созданы и успешно возделываются трансгенные растения сои, кукурузы, хлопчатника, устойчивые к гербицидам (Джеймс, 2000). В широком смысле биотехнология является многодисциплинной наукой. Помимо методов генетической трансформации она включает методы культуры клеток и тканей, биохимические и молекулярные методы, касающиеся генетического картирования, изоляции и клонирования и т. д., использование которых уже дало практические результаты по целому ряду культурных растений, не только за рубежом, но и в нашей стране: — определены оптимальные условия и методы микроразмножения in vitro генотипов гороха (Внучкова, 1987), капусты (Марьяхина и др., 1979), огурца (Маркова, 1991) и других культур. — разработаны методы использования культуры зародышей при получении отдаленных гибридов различных растений, например, при отдаленной гибридизации луков (Титова, 1986). — в результате клеточной селекции получены растения, устойчивые к болезням, например растения-регенеранты пшеницы, устойчивые к септориозу (Джос, Калашникова, 2000). В отличие от традиционной селекции биотехнология облегчает перенос генов между дальнородственными видами, что очень важно в селекции сельскохозяйственных растений. Для вегетативно размножаемых видов, таких как земляника, новые технологии позволят внедрить единственный желательный признак в геном существующего сорта без разрыва желательных генных комбинаций Роль биологических методов в селекции земляники усиливается еще следующими обстоятельствами. Основные коммерческие сорта земляники выведены путем гибридизации и селекции в пределах Fragaria ananassa Duch. или путем обратного скрещивания с формами обоих родительских диких видов F. chiloensis и F. virginiana этого культурального вида земляники. Усилия традиционной селекции привели к значительному улучшению продуктивности, размера ягод и их качества, но в то же время — к уменьшению генетического разнообразия, что является необходимой предпосылкой для дальнейшей селекции. Генетическое разнообразие можно увеличить путем внедрения генов диких видов земляники в селекционные популяции (Sjulin, Dale, 1987). Это непростая работа для традиционной селекции из-за генетических ограничений, связанных с высокой гетерозиготностью и полиплоидностью культивируемой земляники. Но можно обратиться к различным биотехнологическим подходам, таким как селекция in vitro, сомаклональная вариация, технология протопластов и генетическая инженерия, как к средству для увеличения генетического разнообразия существующего генофонда земляники. Использование этих биотехнологических методов для селекции земляники стало возможным с разработкой эффективных методов культуры тканей и генетической трансформации (Nehra et al., 1990a; 1990b; James et al., 1990; Nyman, Wallin, 1988) Остановимся на некоторых методах сельскохозяйственной биотехнологии на культуре земляники и важных результатах их применения. 13.1. Культура тканейМетод культуры тканей земляники были разработан и успешно применен для оздоровления от вирусов и массового размножения уже в 1970-х гг., и этот метод и сейчас обычен во многих питомниках России, Европы, Северной Америки и других стран (Boxus et al., 1977; Kartha et al., 1980; Jungnickel, 1988; Говорова и др., 2000, 2004). Налажено использование технологии культуры меристем для кратко- и долгосрочного хранения зародышевой плазмы (Kartha et al., 1980; Reed, 1991). Доказано, что земляника является удачным растением для прямой и непрямой регенерации придаточных побегов из различных тканей органов и протопластов: Wang et al. (1984) добились регенерации растений из недоразвитых зародышей, Jones et al (1988) — из черешков листовой пластинки, Lui and Sanford (1988) — из листьев и усов, Nehra et al. (1989, 1990) — из листовых дисков и листьев, Miller and Chandler (1990) — из семядолей, Tyoda et al. (1991) — из листьев, Wallin (1988) — из протопластов. Эти разработки открыли новые возможности для селекции земляники. Биотехнология может служить мощным рычагом ускорения селекции земляники in vitro и in vivo. Чрезвычайно важно и подчас просто необходимо использование биотехнологических методов не только в процессе, но и на последнем этапе селекции на иммунитет, и при внедрении нового сорта, когда нужно не только оздоровить, но и быстро размножить в большом количестве ценные генотипы, отобранные на искусственных инфекционных фонах. 13.2. Клональное микроразмножение (культура меристем и пазушная пролиферация побегов)В основе клонального микроразмножения лежит получение in vitro неограниченного числа проростков из единственной меристемы на специальных питательных средах использованием цитокинина — бензиламинопурина (БАП) и ауксиноиндолилмасляной кислоты (ИМК) и других регуляторов роста в концентрациях, зависящих от сорта (Simpson, Beii, 1989). На практике концентрацию нормализуют сначала на одном сорте, а затем эту концентрацию используют для других сортов, что снижает эффективность микроразмножения. Полученные побеги растений пересаживаются на питательную среду без цитокинина и легко укореняются. Оптимальная температура одинакова для разных фаз меристемной культуры (+28°С), а требования к освещению варьируются на разных стадиях роста. Интенсивность освещения в 4000, 6000, 7000 люкс оптимальна для приживаемости меристем, пролиферации побегов и укоренения соответственно (Hunter et al., 1984). Как показали наши исследования, в результате этого способа из одной меристемы можно получить до 3 млн растений земляники за год (Говорова, Мазин, Калиженкова, Говоров, 2000). В основе клонального микроразмножения лежит морфогенез, который является сложным процессом жизнедеятельности растительных организмов. Успех клонального микроразмножения зависит от четырех основных факторов: 1) генотипа и состояния родительского растения; 2) выбора и состояния экспланта; 3) методических и технических особенностей введения экспланта в культуру; 4) условий культивирования экспланта и регенеранта, состава питательной среды, освещения, температуры, влажности. В течение 1998–2002 гг. нами во ВНИИСБ проведено исследование по оптимизации клонального микроразмножения новых перспективных сортов и гибридов земляники целевой селекции на иммунитет (Говорова, Мазин, Калиженкова, Говоров, 2000). Остановимся на некоторых результатах этого исследования. I — ГенотипВ процессе работы введены в культуру ткани более 30 сортов и гибридов земляники. Исследование показало, что генотип оказывает сильное влияние на морфогенез земляники. У разных сортов и гибридов наблюдались большие различия как в формировании побегов, так и в образовании корней. Количество побегов, образующихся на один эксплант, тесно связано с генотипом растения. Одни сорта и гибриды в кратчайшие сроки формировали большое количество регенерантов. Другие — через длительно большой период времени образовывали только немногочисленные побеги. Так, у сортов земляники Луч ВИРа, Вечная весна, Говоровская, Карнавал и гибрида 510 через 2 недели после посадки экспланта на питательную среду начинали появляться первые почки — бугорки будущих регенерантов. У сортов Карнавал, Ранняя плотная, Былинная этот процесс начинался позже. Эксперимент показал, что сорта и гибриды существенно различаются по выходу регенерантов (табл. 13.2.1). Опыты показали, что сорта и гибриды земляники существенно различаются по выходу регенерантов. Высоким регенерационным потенциалом отличались гибриды 178, 66, 67 (31, 20, 23 регенеранта соответственно). Однако в большем или меньшем количестве регенеранты были, получены у всех исследованных сортов и гибридов. После четвертого пассажа для сорта Вечная весна можно получить около 3 млн регенерантов, тогда как для гибрида 187 — лишь чуть больше 200. Таблица 13.2.1 Выход регенерантов in vitro сортов и гибридов земляники садовой
Необходимость оптимизации состава среды для клонального микроразмножения некоторых генотипов земляники очевидна. В связи с этим мы исследовали поведение в культуре тканей трех перспективных для Московской области, по данным ГСИ, промышленных сортов земляники: Эльвира, Баунти и Царскосельская. Для культивирования меристем использовали оптимальную, по результатам наших опытов, среду Мурасиге-Скуга с добавлением БАП (1 мл/л) и ИМК (0,1 мл/л). Результаты опыта, представленные в табл. 13.2.2, показали, что исследуемые генотипы различаются по выходу регенерантов. Таблица 13.2.2 Выход регенерантов in vitro новых перспективных для промышленного возделывания в Московской области сортов земляники
Внимание! Авторские права на книгу "Земляника и клубника. Монография" (Говорова Г.Ф., Говоров Д.Н.) охраняются законодательством! |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
