Отчет по практике: Декоративное цветоводство: растениеводство

ГЛАВА 2. КЛОНАЛЬНОЕ МИКРОРАЗМНОЖЕНИЕ

2.1 Общий процесс практического занятия и знания, полученные о клональном микроразмножении

Клональное микроразмножение, как способ размножения растений, имеющий ряд преимуществ перед традиционными методами (семенного и вегетативного), впервые был применен на практике в конце 50-х годов ХХ столетия французским ученым Жоржем Морелем. С тех пор данный метод размножения постоянно совершенствуется и о процессах выгонки, как одним комплексов мер по ускорению роста растений, мы сумели ознакомиться на практическом занятии. Стоит также отметить, что при использовании теоретических знаний на практике, важно знать, чем отличается выгонка цветочных культур от клонального микроразмножения. На практике мы ознакомились с выгонкой тюльпанов. Как уже говорилось выше, выгонка - комплекс мер по ускорению роста растений, не включающий в себя замену тем или иным способам размножения. Семенной и вегетативный способы размножения имеют как преимущества, так и недостатки. К недостаткам семенного размножения следует отнести, в первую очередь, генетическую пестроту получаемого посадочного материала и длительность ювенильного периода, когда в 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.

В Ульяновском совхозе, где проходили практические занятия, нам удалось собственноручно собрать большой урожай тюльпанов и воочию изучить методы выгонки. Практическое занятие проходило с целью позволить нам изучить то, как растения выращиваются в теплицах и какие условия созданы для ускоренного темпа развития цветочных культур. Собирая растения, мы поэтапно проводили сбор и подготовку растений к будущим букетам, в процессе чего нам стала понятна цель выгонки.

2.2 Выгонка луковичных растений

Луковицы и клубнелуковицы для выгонки должны быть диаметром не менее 2 см. Луковицы чаще всего высаживают в горшки по несколько штук в каждом на глубину 3-4 см и выдерживают в специальных хранилищах при t0 8-10 C0 в течение 1,5-2 месяцев. За этот период луковицы дают ростки. Далее растения переносят в светлое помещение с t0 12-15 С0, где они зацветают через 8-9 дней. Выгонка луковичных (тюльпана, нарцисса, гиацинта) выполняют следующим образом. Отбирают крупные и здоровые луковицы. От массы луковицы зависят длина цветоноса и размеры соцветий и цветков. У тюльпанов используются для выгонки «экстра» первого разбора, имеющие диаметр 3,5-4,0 см и более, массой не менее 60 г. Для нарциссов пригодны луковицы «экстра» имеющие 2-3 вершины и диаметр 4,0-4,9 см. Луковицы высаживают в сентябре-ноябре в специальных ящиках размером 70х40х7 см с опорными ножками 15-18 см.

В ящик высаживают 50-60 луковиц тюльпана. В качестве субстрата можно использовать смесь торфа и песка. Субстрат должен быть нейтральным (pH 6,5-7,0) и обеззараженным. Состав субстрата не влияет на качество выгонки оказывает на качество образующейся замещающей луковицы. После посадки луковицы обильно поливают, а ящики после полива содержат в специальных хранилищах или камерах, где поддерживается температура 6-9 С0 c постоянной влажностью воздуха 90%. Если хранилища не имеются, то ящики размещают в парниках и засыпают слоем листьев толщиной не менее 30-40 см. Луковицы при таких условиях укореняются и у них появляются ростки. При достижении ростками длины 7-8 см, ящики с растениями помещают в оранжереи с температурой 10-12 C0.В течение 3-4 дней растения развиться короткие цветоносы. В течение всего процесса выгонки тюльпан питается только за счет веществ, накопленных в луковице, поэтому успех выгонки во многом зависит от используемого посадочного материала. Луковицы, используемые для выгонки, должны быть абсолютно здоровы, без механических повреждений. К началу весны, а именно в марте, тюльпаны начинают цвести, что мы и могли наблюдать во время практических занятий.

Рис. 2.1 Выгонка тюльпанов

2.3 Этапы микроклонального размножения растений

Процесс клонального микроразмножения можно разделить на 4 этапа:

.        Выбор растения-донора, изолирование эксплантов и получение хорошо растущей стерильной культуры.

.        Собственно микроразмножение, когда достигается получение максимального количества меристематических клонов.

.        Укоренение размноженных побегов с последующей адаптацией их к почвенным условиям, а при необходимости депонирование растений-регенерантов при пониженной температуре (+2оС, +10оС).

.        Выращивание растений в условиях теплицы и подготовка их к реализации или посадке в поле.

Для культивирования тканей на каждом из четырех этапов требуется применение определенного состава питательной среды.

На первом этапе необходимо добиться получения хорошо растущей стерильной культуры. В тех случаях, когда трудно получить исходную стерильную культуру экспланта, рекомендуется вводить в состав питательной среды антибиотики (тетрациклин, бензилпенициллин и др.) в концентрации 100-200 мг/л. Это в первую очередь относится к древесным растениям, у которых наблюдается тенденция к накоплению внутренней инфекции.

На первом этапе, как правило, используют среду, содержащую минеральные соли по рецепту Мурасига и Скуга, а также различные биологически активные вещества и стимуляторы роста (ауксины, цитокинины) в различных сочетаниях в зависимости от объекта. В тех случаях, когда наблюдается ингибирование роста первичного экспланта, за счет выделения им в питательную среду токсичных веществ (фенолов, терпенов и других вторичных соединений), снять его можно, используя антиоксиданты. Это возможно двумя способами: либо омывкой экспланта слабым его раствором в течение 4-24 ч, либо непосредственным добавлением в питательную среду. В качестве антиоксидантов используют: аскорбиновую кислоту (1 мг/л), глютатион (4-5 мг/л), дитиотриэтол (1-3 мг/л), диэтилдитиокарбомат (2-5 мг/л), поливинилпирролидон (5000-10000 мг/л). В некоторых случаях целесообразно добавлять в питательную среду адсорбент - древесный активированный уголь в концентрации 0,5-1%. Продолжительность первого этапа может колебаться от 1 до 2 месяцев, в результате которого наблюдается рост меристематических тканей и формирование первичных побегов.

этап - собственно микроразмножение. На этом этапе необходимо добиться получения максимального количества мериклонов, учитывая при этом, что с увеличением субкультивирований увеличивается число растений-регенерантов с ненормальной морфологией и возможно наблюдать образование растений-мутантов.

Как и на первом этапе, используют питательную среду по рецепту Мурасига и Скуга, содержащую различные биологически активные вещества, а также регуляторы роста. Основную роль при подборе оптимальных условий культивирования эксплантов играют соотношение и концентрация внесенных в питательную среду цитокининов и ауксинов. Из цитокининов наиболее часто используют БАП в концентрациях от 1 до 10 мг/л, а из ауксинов-ИУК и НУК в концентрациях до 0,5 мг/л.

При долгом культивировании растительных тканей на питательных средах с повышенным содержанием цитокининов (5-10 мг/л) происходит постепенное накопление их в тканях выше необходимого физиологического уровня, что приводит к появлению токсического действия и формированию растений с измененной морфологией. Вместе с тем, возможно наблюдать такие нежелательные для клонального микроразмножения эффекты, как подавление пролиферации пазушных меристем, образование витрифицированных (оводненных) побегов и уменьшение способности растений к укоренению. Отрицательное действие цитокининов возможно преодолеть, по данным Н.В. Катаевой и Р.Г. Бутенко, путем использования питательных сред с минимальной концентрацией цитокининов, обеспечивающих стабильный коэффициент микроразмножения, или путем чередования циклов культивирования на средах с низким и высоким уровнем фитогормонов.

и 4 этапы - укоренение микропобегов, их последующая адаптация к почвенным условиям и высадка в поле являются наиболее трудоемкими этапами, от которых зависит успех клонального микроразмножения. На третьем этапе, как правило, меняют основной состав среды: уменьшают в два, а иногда и в четыре раза концентрацию минеральных солей по рецепту Мурасига и Скуга или заменяют ее средой Уайта, уменьшают количество сахара до 0,5-1% и полностью исключают цитокинины, оставляя один лишь ауксин. В качестве стимулятора корнеобразования используют β-индолил-3-масляную кислоту (ИМК), ИУК или НУК.

)        выдерживание микропобегов в течение нескольких часов (2-24 ч) в стерильном концентрированном растворе ауксина (20-50 мг/л) и последующее их культивирование на агаризованной среде без гормонов или непосредственно в подходящем почвенном субстрате (импульсная обработка);

)        непосредственное культивирование микропобегов в течение 3-4 недель на питательной среде, содержащей ауксин в невысоких концентрациях (1-5 мг/л в зависимости от исследуемого объекта). В последнее время предложен метод укоренения пробирочных растений в условиях гидропоники. Этот метод позволяет значительно упростить этап укоренения и одновременно получать растения, адаптированные к естественным условиям. Для картофеля возможно использовать безсубстратную гидропонику для получения мини-клубней. Затенение нижней части культуральных сосудов плотной черной материей или добавление в питательную среду активированного угля способствует укоренению микропобегов.Пересадка растений-регенерантов в субстрат является ответственным этапом, завершающим процесс клонального микроразмножения. Наиболее благоприятное время для пересадки пробирочных растений - весна или начало лета.

Растения с двумя-тремя листьями и хорошо развитой корневой системой осторожно вынимают из колб или пробирок пинцетом с длинными концами или специальным крючком. Корни отмывают от остатков агара и высаживают в почвенный субстрат, предварительно простерилизованный при 85-90° С в течение 1-2 ч. Для большинства растений в качестве субстратов используют торф, песок (3:1); торф, дерновую почву, перлит (1:1:1); торф, песок, перлит (1:1:1). Исключение составляют семейство орхидных, для которых готовят субстрат, состоящий из сфагнового мха, смеси торфа, листьев бука или дуба, сосновой коры (1:1:1).

Приготовленным заранее почвенным субстратом заполняют пикировочные ящики или торфяные горшочки, в которых выращивают растения-регенеранты. Горшочки с растениями помещают в теплицы с регулируемым температурным режимом (20-22° С), освещенностью не более 5 тыс. лк и влажностью 65-90%. Для лучшего роста растений создают условия искусственного тумана. В тех случаях, когда нет возможности создать такие условия, горшочки с растениями накрывают стеклянными банками или полиэтиленовыми пакетами, которые постепенно открывают до полной адаптации растений.

Через 20-30 дней после посадки хорошо укоренившиеся растения подкармливают растворами минеральных солей Кнудсона, Мурасига и Скуга, Чеснокова, Кнопа (в зависимости от вида растений) или комплексным минеральным удобрением. По мере роста растений их рассаживают в большие емкости со свежим субстратом. Дальнейшее выращивание акклиматизированных растений соответствует принятой агротехнике выращивания для каждого индивидуального вида растений.

Процесс адаптации пробирочных растений к почвенным условиям является наиболее дорогостоящей и трудоемкой операцией. Нередко после пересадки растений в почву наблюдается остановка в росте, опадение листьев и гибель растений. Эти явления связаны, в первую очередь, с тем, что у пробирочных растений нарушена деятельность устьичного аппарата, вследствие чего происходит потеря большого количества воды. Во-вторых, у некоторых растений в условиях in vitro не происходит образования корневых волосков, что приводит, в свою очередь, к нарушению поглощения воды и минеральных солей из почвы. Поэтому целесообразно на третьем или четвертом этапах клонального микроразмножения применять искусственную микоризацию растений (для микотрофных), учитывая их положительную роль в снабжении растений минеральными и органическими питательными веществами, водой, биологически активными веществами, а также в защите растений от патогенов.

Индийскими учеными предложен простой метод предотвращения быстрого обезвоживания листьев растений, выращенных in vitro, во время их пересадки в полевые условия. Метод заключается в том, что листья в течение всего акклиматизационного периода следует опрыскивать 50%-ным водным раствором глицерина или смесью парафина, или жира в диэтиловом эфире (1:1). Применение этого метода помогает избежать длинных и затруднительных процессов закаливания пробирочных растений и обеспечивает 100%-ную их приживаемость.

Методы клонального микроразмножения.

Существует много методов клонального микроразмножения, а также различных их классификаций. Согласно одной из них, предложенной Мурасиге в 1977 году, процесс можно осуществлять следующими путями:

.        Активация пазушных меристем.

.        Образование адвентивных побегов тканями экспланта.

.        Возникновение адвентивных побегов в каллусе.

.        Индукция соматического эмбриогенеза в клетках экспланта.

.        Соматический эмбриогенез в каллусной ткани.

.        Формирование придаточных эмбриоидов в ткани первичных соматических зародышей (деление первичных эмбриоидов).

Н. В. Катаева и Р. Г. Бутенко (1983) выделяют два принципиально различных типа клонального микроразмножения:

.        Активация уже существующих в растении меристем (апекс стебля, пазушные и спящие почки стебля).

.        Индукция возникновения почек или эмбриоидов de novo:.        образование адвентивных побегов непосредственно тканями экспланта;.      индукция соматического эмбриогенеза;.    дифференциация адвентивных почек в первичной и пересадочной каллусной ткани.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Учебная практика декоративного цветоводства и растениеводства входит в состав основной образовательной программы и учебного плана подготовке бакалавров. Она позволяет приобрести и расширить ряд профессиональных, универсальных знаний и умений, полученных студентами в процессе обучения, сформировать практические навыки, самостоятельной научной и проектной работы.

Всего за полторы недели, студенты первого курса направления «Ландшафтная архитектура», не имеющие опыт в практической работе, сумели получить достаточно сведений по сбору и уходу растений. Итог:

-       мы получили навык работы в коллективе;

-       ознакомились с основными принципами выгонки;

-       смогли различить методы микроклонального размножения от методов традиционного размножения;

-       ознакомились с принципами удобрения цветочных растений;

-       получили сведения по поводу ухода за растениями открытого и закрытого грунта;

-       имеем представление о необходимых условиях для успешного произрастания цветочных культур.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Соколова Т.А. Декоративное растениеводство. Уход за цветочными культурами открытого и закрытого грунта (с. 79)

2.      Чувикова А.А., Потапов С.П., Черных Т.Г., Коваль А.А.; Под ред. С.П. Потапова. - М.: Колос, 1984. - 239 с.

.        Декоративное растениеводство: Цветоводство: учебник для студ. вузов / Соколова Т.А., Бочкова И.Ю. - 4-е изд., стер. - М.: Издательский центр "Академия", 2010. - 432 с., [16] с цв. вкл.: ил.

.        Яковлев Г. П., Челомбитько В. А. Ботаника: Учебник для вузов/ Под ред. Р.В. Камелина.- СПб.: СпецЛит, Издательство СПХФА, 2003.- 647 с.; ил.

.        Цветочно-декоративные растения открытого грунта: учеб. пособие для нач. проф. Образования / О. Н. Бобылева. - 3-е изд., стер. - М. : Издательский центр «Академия», 2012. - 208 с., [16] с. цв. ил.