Микроклональное размножение картофеля: как это делать

Слушать статью

Здравствуйте, с вами Сергей, и сегодня я хочу обратить ваше внимание на практические аспекты применения технологии микроклонального размножения растений. Наш портал о сити-фермерстве, говоря проще — о выращивании растений в условиях городской среды. Казалось бы, при чём тут картофель с его требованиями к большим площадям? Как можно соединить эти противоречия? Давайте разбираться.

Для начала немного напомню о самой технологии микроклонального размножения растений. Первые шаги в открытии и изучении фитогормонов были сделаны в начале ХХ века. А в 50-е годы того же века французским биологом Жоржем Морелем были получены первые клоны растений. Морель экспериментировал с орхидеями и смог получить из верхушечной меристемы растений полноценные клоны материнской орхидеи. Серьёзным открытием было то, что полученные клоны были свободны от вирусов. Но на тот момент причина такого оздоровления клонов была не ясна.

Сегодня известно о более 200 разных растениях, для которых полностью изучена, описана и отработана технология микроклонального размножения. Думаю, эту цифру можно смело умножать на два, поскольку многие лаборатории проводят исследовательскую работу, но о своих успехах сообщают с задержкой или не сообщают вовсе, сохраняя коммерческую тайну.

В основе технологии микроклонального размножения лежит явление под названием тотипатентность — способность растительной клетки, помещённой в определённые условия, дать начало новому, полноценному растительному организму, со всеми специализированными клетками и тканями. Конечно, получить клон из одной клетки — задача непростая, обычно никто так не делает. Но подобные эксперименты проводились, и были успешны.

Существует несколько методов микроклонального размножения, перечислю основные, применяемые при размножении картофеля:

Размножение адвентивными почками.
Размножение пазушными почками.
Соматический эмбриогенез.
Непрямой морфогенез.

Сама технология микроклонального размножения в сравнении с другими видами вегетативного размножения, имеет целый ряд преимуществ и позволяет:

Получить большое количество полноценных растений за очень короткий период на маленькой площади.
Содержать и поддерживать полную жизнеспособность большого числа растений.
Произвести необходимое количество растений к определённому сроку.
Максимизировать эффективность использования площади выращивания и других ресурсов.
Работать с растениями практически без контакта с окружающей средой, сохраняя их от поражения патогенами.
Размножать трудноразмножаемые растения.
Получать полные копии гибридов и особо ценных (продуктивных) экземпляров растений.
Создавать и поддерживать в течение длительного времени генетические банки живых растений.
Оздоравливать растения и получать безвирусный посадочный материал.
Ускорять селекционный процесс. Иногда селекцию, длящуюся 10–15 лет, можно провести за два-три года.

А теперь давайте про картошечку! Два последних пункта из списка выше имеют огромное значение в её выращивании. Думаю, многие посетители портала «Сити-фермер» выращивали или выращивают картофель. Размножается эта культура обычно клубнями. В условиях средней полосы высадка производится в конце апреля — начале мая, а сбор урожая в конце сентября — начале октября. Таким образом, цикл выращивания длится около пяти месяцев, в тёплых странах, откуда, кстати, картофель родом, за год получают два урожая.

Переоценить значение картофеля очень сложно, это одна из самых популярных продовольственных культур. Моё детство пришлось на начало 90-х годов ХХ века — не лучшие времена для всего постсоветского пространства. Картофель, выращенный на даче, мы ели почти каждый день, иногда на обед и ужин, а в других семьях питались постоянно исключительно картошкой. Сейчас, конечно, времена изменились, несмотря на все сложности жизни, наш век — это век пищевого разнообразия. Но картофель не исчез с наших столов. Картофель фри, картофель «по-деревенски», и картофельные чипсы для многих и сегодня являются одними из самых любимых продуктов.

Всё это я написал не для того, чтобы поностальгировать. Для того, чтобы ваши чипсы были не только вкусными, но и красивыми, а картофельное пюре во всем известной сети быстрого питания таяло во рту, потрудилась целая команда учёных-селекционеров. Например, для чипсов выращивают сорта картофеля с пониженным содержанием крахмала. Если крахмала в картошке будет много, то во время жарки он почернеет и чипсы будут некрасивыми. Картофель для супа должен держать форму, а для картофельного пюре, наоборот, должен быть рассыпчатым. Для кормления сельскохозяйственных животных нужен картофель с повышенным содержанием крахмала и так далее. Сегодня в мире существует около 5 тыс. разных сортов картофеля. Для использования в России зарегистрированы 490 сортов.

В нашей стране сразу несколько крупных селекционных площадок ведут работу над поддержанием сортовых линий картофеля, по выведению новых сортов и оздоровлению посадочного материала.

Как я написал выше, жизненный цикл картофеля длится около пяти месяцев, период этот не короткий и не длинный, но за счёт технологии микроклонального размножения, селекционный период вывода нового сорта картофеля можно существенно сократить. И самое главное, получить большое количество растений, обладающих необходимыми характеристиками уже для непосредственной высадки в поле.

Как и с любыми живыми организмами — чем плотнее популяция, тем сильнее она поражается разными болезнями. Картофель тут не исключение. Беглый поиск показал, что на сегодня хорошо описано около 35 самых опасных вирусов, поражающих картофель, все они сведены в семь больших групп. Вирусное поражение картофеля ведёт к большим потерям урожая, и это является серьёзной проблемой для аграрной отрасли всего мира.

Ускоренная селекция и получение безвирусного посадочного материала — два огромных преимущества, которые есть только у технологии микроклонального размножения картофеля.

Питательные среды для микроклонального размножения картофеля

Сегодня ведётся довольно большое количество исследований по размножению конкретных сортов картофеля. Разные сорта могут вести себя по-разному на разных средах. Часто для выявления состава оптимальной питательной среды для размножения конкретного сорта в лабораториях микроклонального размножения проводят исследования. В ходе исследований материал, полученный от одного растения, высаживается на разные питательные среды, и опытным путём подбирается самая продуктивная среда.

Приведу несколько примеров питательных сред для микроклонального размножения картофеля. В каждом случае за основу берётся универсальный состав, он же питательная среда, и к нему добавляются гормоны и сахароза в разной концентрации. Универсальный состав я буду указывать первым, набор его элементов легко найти в интернете.

Среда №1

Среда Мурасиге — Скуга

Сахароза — 30 г/л.
Гиббереллин — 1 г/л.
Кинетин — 0,01 г/л.
ИУК — 2 г/л.

Среда №2

Среда Нича

Сахароза — 20 г/л.
Гиббереллин — 3 г/л.
Аденин — 0,25 г/л.
ИУК — 1 г/л.
Аскорбиновая кислота — 3 г/л.

Среда №3

Среда Гамборга — Эвелега

Сахароза — 10 г/л.
Гиббереллин — 3 г/л.
Кинетин — 0,25 г/л.
Аденин — 0,25 г/л.
Аскорбиновая кислота — 5 г/л.

Конечно, разнообразие питательных сред не ограничивается этими тремя вариантами. И внутри этих вариантов есть много простора для экспериментов, может меняться как концентрация гормонов и сахарозы, так и сами гормоны, и их количество.

Технология микроклонального размножения картофеля

Картофель относится к культурам, которые очень хорошо размножаются вегетативным способом. Всё растение способно к регенерации. Если срезать стебли растения и поместить их в воду, то практически на всех стадиях жизненного цикла материнского растения черенки пустят корни, причём произойдёт это даже без применения гормонов. Картофель хорошо размножается клубнями. При этом клубни можно резать на части. На клубнях расположены точки роста, так называемые «глазки». Если такую точку роста отделить от клубня с небольшим кусочком ткани и поместить в грунт — вырастет полноценное растение. Всё это говорит об относительной лёгкости картофеля в вегетативном и микроклональном размножении.

Подробно познакомиться с этапами микроклонального размножения можно тут. Что касается картофеля, особенностей в его размножении немного. Если необходимо оздоровить культуру, то с растения берут верхушечные клетки. Аккуратно отделяют не больше 5 мм самой верхней части стебля. Далее растительную ткань дезинфицируют и при необходимости обрабатывают фунгицидами и противобактериальными препаратами. После этого в ламинарном потоке воздуха ткань разрезают на небольшие кусочки и помещают на питательную среду. Если питательная среда подобрана правильно, то через 15–20 дней формируются растения, которые можно снова нарезать на экспланты. Далее процесс повторяется.

Внутри самого процесса есть простор для исследований и творчества. Например, изменяя концентрацию гиббереллинов можно менять расстояния до междоузлий. Чем ближе друг к другу располагаются междоузлия, тем больше эксплантов можно получить с одного клона.

Если растения готовятся к высадке, то их с питательной среды переносят в грунт, в теплички и далее адаптируют к открытому грунту.

Сейчас ряд лабораторий ведёт исследовательскую работу по получению микроклубней картофеля на питательной среде. Завязывание клубней тоже стимулируют гормонами. Клубни получаются очень маленькими, от 1 до 3 мм в диаметре, но каждый такой клубень может превратиться в полноценное растение, которое даст урожай.

Микроклональное размножение картофеля и сити-фермерство

Для выращивания картофеля нужны огромные площади, делать это в условиях городской инфраструктуры просто невыгодно. Но вот создание посадочного материала происходит сейчас всё чаще в условиях лабораторий микроклонального размножения. И такую лабораторию можно легко разместить в городской среде. Лаборатория микроклонального размножения может заниматься:

Непосредственным размножением посадочного материала. В условиях лаборатории за зимний период могут быть выращены миллионы клонов сортового картофеля, к весне проводится их адаптация к открытому грунту, и далее они высаживаются в поле. В первый год фермер получает урожай, который идёт на получение семенных клубней. Тем самым сильно сокращается ввод в культуру конкретного сорта картофеля.
Оздоровлением посадочного материала. Это, конечно, не самый частый запрос от аграриев, но такие случаи бывают. Например, какой-то очень продуктивный сорт картофеля подвергся заражению патогенами, а фермер хочет сохранить его. За довольно короткий срок с помощью технологии микроклонального размножения может быть получен оздоровленный посадочный материал.
Селекционной работой. Лаборатория микроклонального размножения может оказывать услуги по быстрому размножению отдельного сортового или промежуточного растения картофеля, задействованного в селекционной работе.

Клиенты на услугу микроклонального размножения картофеля

Как и в любом бизнесе, о клиентах стоит подумать в самом начале. Попробую привести несколько сегментов рынка, в которых можно поискать клиентов на клонированный картофель.

Крупные производители продуктов питания. Некоторые гиганты пищевой промышленности имеют собственные фермы, на которых выращивают картофель. Такие компании есть и в РФ, их поля находятся в Алтайском и Краснодарском краях. Но расположение лаборатории или места выращивания тут не будет решающим фактором. Клоны растений легко транспортируются.
Фермерские хозяйства и агрохолдинги. Тут, думаю, объяснять ничего не нужно. Производители картофеля, как правило, обновляют посадочный материал. Многие проводят частичное обновление каждый год. Следует выяснить потребности таких хозяйств и договориться о сотрудничестве.
Научно-исследовательские институты. Работа по селекции картофеля в нашей стране ведётся довольно активно. Часто НИИ отдают часть работ на аутсорсинг. Мне известны такие примеры. Не всегда на таких проектах можно много заработать, но такое сотрудничество придаст дополнительный статус лаборатории микроклонального размножения растений.
Питомники и сетевые магазины. Рассада картофеля — не частый гость на прилавках магазинов, но как раз пустота этой ниши может сыграть на руку сити-фермеру. А вот с клубнями и микроклубнями картофеля дела обстоят намного лучше, эта продукция представлена как в оффлайн, так и в онлайн-магазинах.

Надеюсь, что знакомство с этим материалом натолкнёт вас на новые идеи аграрного бизнеса. Иногда даже самые распространённые растения могут приносить хороший доход. Если у вас остались вопросы, задавайте в комментариях, я всегда открыт к общению. Всем больших урожаев!