Фитогормоны. Регуляция растений

Фитогормоны. Регуляция растений 
Во время своего роста и развития культурные растения подвергаются воздействию ряда различных факторов. При этом обобщены эти факторы воздействия можно разделить на внешние, или экзогенные, и внутренние, или эндогенные. Следует заметить, что многие природные факторы не поддаются хозяйственном влиянию. Так, на внешние факторы, такие как температура окружающей среды, ход яровизации, продолжительность светового дня и, например, интенсивность солнечного облучения, человек повлиять не может. Однако на значительный перечень внутренних факторов, к которым относятся генотип растений, обеспеченность их питательными веществами, построение посевов и другие, хозяин может по желанию существенно влиять. К одной из групп факторов внутренней регуляции развития и роста растений относятся фитогормоны. 
 
Фитогормоны можно рассматривать как «химических посыльных». В небольших концентрациях в растениях они регулируют организованную работу клеток и органов. Фитогормоны сильны биостимуляторами, т.е. они способны повышать иммунитет растений, способствовать укоренению, повышать всхожесть и улучшать прорастание, снижать негативное воздействие неблагоприятных факторов внешней среды, таких как похолодание или засуха, ускорять созревание плодов. При этом, в отличие от ферментов, также в небольших концентрациях способны выполнять роль катализаторов биохимических процессов в клетках, для различных фитогормонов важным есть их абсолютный объем - решающий фактор для роста растения, так и их соотношение, которое отвечает за дифференциацию растительных тканей и органов. Всего регулированию со стороны фитогормонов подвергаются такие процессы как прорастания растения, образования и дифференциация органов, прохождения соответствующих стадий развития, угнетение или стимулирования апикальной доминанты, перераспределение ассимилятов, старения растения и созревания плода, период покоя зародыша перед прорастанием подобное. Разные фитогормоны имеют соответствующий способ химического воздействия, образующиеся в разных местах в растении, а также характеризуются разным механизмом переноса их по растительному организму.

Микроклональное размножение растений — один из способов вегетативного размножения в условиях «in vitro»

Для семенных растений характерно два способа размножения: семенной и вегетативный. Оба эти способа имеют как преимущества, так и недостатки. К недостаткам семенного размножения следует отнести, в первую очередь, генетическую пестроту получаемого посадочного материалa и длительность ювенильного периода. При вегетативном размножении сохраняется генотип материнского растения и сокращается продолжительность ювенильного периода. Однако для большинства видов (в первую очередь для древесных пород) проблема вегетативного размножения остается до конца не решенной. Это обусловлено следующими причинами:

• не все породы, даже на ювенильной стадии, могут размножаться вегетативным способом с требуемой эффективностью (дуб, сосна, ель, орехоплодные и др.);
• практически невозможно с помощью черенкования размножать многие виды древесных пород в возрасте старше 10—15 лет;
• не всегда удается получать стандартный посадочный материал (возможность накопления и передачи инфекции);
• трудоемкостью и сложностью операций при размножении взрослых (древесных) растений с помощью прививок;
• неэффективностью разработанных технологий для получения достаточного количества генетически однородного материала в течение года.

Достижения в области культуры клеток и тканей привели к созданию принципиально нового метода вегетативного размножения — клонального микроразмножения (получение в условиях in vitro (в пробирке), неполовым путем растений, генетически идентичных исходному экземпляру). В основе метода лежит уникальная способность растительной клетки реализовывать присущую ей тотипотентность, то есть под влиянием экзогенных воздействий давать начало целому растительному организму. Этот метод, несомненно, имеет ряд преимуществ перед существующими традиционными способами размножения:

• 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. Успеху Ж. Мореля 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. К. А. Тимирязева РАН. Под руководством чл.-корр. РАН, академика РАСХН Бутенко Р. Г. 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 Москвы, Санкт-Петербурга, Воронежа, Уфы, Новосибирска, Архангельска, Киева, Одессы, Ялты 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.