Сторінка
1

Біотехнологія в рослинництві

Сучасна біотехнологія рослин — сума технологій, що розвинені із молекулярної та клітинної біології рослин — є новою стадією в розвитку технології селекції рослин. З її допомогою поліпшення ознак може проходити на рівні індивідуального гену. Окремі гени, які визначають певну ознаку, можуть бути ідентифіковані, ізольовані, введені, виключені або модифіковані в генотипі чи сорті рослини, за ними може проводитися відбір.

Внесок біотехнології в рослинництво полягає в полегшенні традиційних методів селекції рослин, розробці нових технологій, які дозволяють підвищити ефективність сільськогосподарського виробництва. Методами генної та клітинної інженерії створені високопродуктивні й стійкі проти шкідників, хвороб та інших негативних чинників сорти сільськогосподарських рослин. Розроблена техніка оздоровлення рослин від інфекцій, що особливо важливо для культур, які розмножуються вегетативно. Ведуться дослідження з поліпшення амінокислотного складу рослинних білків, розробляються нові регулятори росту рослин, мікробіологічні засоби захисту останніх від шкідників та хвороб, бактеріальні добрива. Одним із актуальних питань біотехнології є керування процесами азотфіксації та фотосинтезу, зокрема можливість введення відповідних генів у геном культурних рослин.

На сучасному етапі розвитку для інтенсифікації селекції ефективним є використання таких біотехнологічних методів: культура ізольованих тканин, клітин та органів рослин, клітинна селекція та генна інженерія. Вони дають можливість за короткий термін створити та розмножити цінний вихідний високопродуктивний матеріал, гетерозисні гібриди та сорти сільськогосподарських рослин. Розробка основ методу культури тканин рослинних організмів має порівняно коротку історію і починається з досліджень, виконаних Габерландтом у 1902 році. Проте кожне відкриття, зроблене в цій галузі, знайшло використання в прикладних дослідженнях. Усі проблеми, що вирішуються в культурі in vitro, можна поділити на три основні групи:

1. збереження генетичної інформації клітин (мікроклональне розмноження та депонування, культура зародків, пиляків і насіннєвих зачатків);

2. зміна генетичної інформації шляхом мутагенезу під впливом фізичних та хімічних факторів (культура калусів, суспензій, протопластів);

3. перенесення та інтеграція генетичної інформації (генно-інженерне конструювання рослин з новими ознаками, соматична гібридизація).

Одним із найпоширеніших напрямів методу культури тканин є мікроклональне розмноження, при якому отримують генетично ідентичні форми, що сприяє збереженню генетично однорідного посадкового матеріалу. Як експлант можна використовувати пазушні бруньки, молоді листки, окремі елементи квітів та суцвіть. Проте такий вид розмноження потребує конкретизації для кожної сільськогосподарської культури через особливості її генотипу. Технологія мікроклонального розмноження будь-якої культури включає чотири основні етапи: введення вихідної форми в стерильну культуру, власне мікророзмноження, укорінення розмножених пагонів, переведення стерильної культури в ґрунт. Розробка прийомів in vitro для елітних рослин, гетерозисних гібридів та сортів дає змогу розв’язати проблему швидкого розмноження форм, що мають практичну цінність, а також збереження матеріалів для використання їх у рекурентній селекції.

Мікроклональне розмноження має певні переваги порівняно з традиційними способами: вирощування в штучних умовах, які контролюються, із меристематичних тканин дає можливість досягти елімінації вірусів та інших патогенних мікроорганізмів і отримати здоровий садивний матеріал; ріст рослин можна підтримувати протягом багатьох років; можна застосовувати для форм рослин, які не розмножуються вегетативно або не дають життєздатного насіння; можливість вести відбір генотипів, стійких до несприятливих зовнішніх умов (екстремальні температури, засолення та закислення субстрату, пригнічуюча дія гербіцидів тощо) а також продуктивніших форм; швидкість та коефіцієнт розмноження досягає 1:1000000 і дає можливість в 2–3 рази скоротити строки відбору та отримання нових рослин в селекційних дослідженнях.

Нині існує кілька різних детально розроблених методів мікроклонального розмноження. Різняться вони станом вихідних клітин та тканин, які беруться для отримання мікроклонів. Найважливішою вимогою технології є забезпечення повної стерильності та оптимальних умов для клітинного ділення та диференціації вихідної тканини. Потім необхідно досягти утворення великої кількості мікроклонів та забезпечити їхнє вкорінення. Для того, щоб ефективність мікроклонального розмноження була високою, необхідно на всіх етапах виконання підтримувати оптимальні умови вирощування. Тому для кожної культури розробляється своя методика мікроклонального розмноження.

Укорінені рослини в разі необхідності розміщують на депонування при понижених температурах. Це має велике значення, оскільки дозволяє затримувати розвиток рослин і таким чином зберігати їх довгий час без пересадок, використовуючи по мірі необхідності. Для переведення стерильних рослин у ґрунт необхідно відбирати здорові екземпляри із світлою добре розвиненою кореневою системою.

В репродукованій культурі тканин видимі морфологічні відхилення не зустрічаються. Генетична стабільність ізольованої культури спостерігається навіть після багатократних пасажів, що відкриває нові можливості для збереження генофонду сільськогосподарських рослин. Збереження та подальше вегетативне розмноження рослин в культурі in vitro набуває великого значення в зв’язку з рекурентним відбором, без якого неможливе створення гібридів на ЧС-основі (чоловічостерильній основі). Із вирощених з допомогою культури in vitro маточних рослин та коренеплодів отримують високоякісне насіння.