Кіріспе

Өсімдік тіндік мәдениетіне қатысты практика

Микрокөбейту немесе тіндік мәдениеті – заманауи өсімдік тіндік мәдениеті әдістерін пайдалана отырып, көптеген ұрпақ өсімдіктерді алу үшін өсімдік қор материалдарын жылдам көбейту тәсілі. Микрокөбейту генетикалық түрлендірілген немесе дәстүрлі өсімдіктерді өсіру әдістері арқылы алынған өсімдіктер сияқты, әртүрлі өсімдіктерді көбейту үшін қолданылады. Бұған қоса, тұқымсыз өсімдіктерден, вегетативтік көбейтуге жақсы жауап бермейтін немесе микрокөбейту арқылы көбейту арзан болатын (мысалы, орхидеялар) өсімдіктерден отырғызуға жеткілікті мөлшерде көшеттер алу үшін де пайдаланылады. Корнелл университетінің ботанигі Фредерик Кэмпион Стюард 1950-ші жылдардың соңы мен 1960-шы жылдардың басында микрокөбейтуді және өсімдік тіндік мәдениетін ашқан және дамытқан.

Аналық өсімдікті таңдау

Микрокөбейту көбейтілетін өсімдік материалдарын таңдаудан басталады. Өсімдік тіндері тұтас өсімдіктен стерильді жағдайда алынады. Вирустар мен саңырауқұлақтардан таза материалдар ең сау өсімдіктерді өндіру үшін маңызды. Өсімдік материалды мәдени өсіру үшін таңдағаннан кейін, экспланттарды жинау басталады, ол қолданылатын тіндердің түріне байланысты: сабақ ұштары, топырақ қалдықтары, гүл жапырақтары, тозаң және басқа да өсімдік тіндері. Содан кейін эксплант материалдың беті стерильденеді, әдетте бірнеше рет ағартқыш пен спиртпен жуу арқылы, соңында стерильденген суда шайылады. Өсімдіктің бұл кішкентай бөлігі, кейде тіпті бір жасуша ғана, әдетте макро және микроэлементтер, су, энергия көзі ретінде сахароза және бір немесе бірнеше өсімдік өсуін реттегіштер (өсімдік гормондары) бар өсімдік ортасына орналастырылады. Әдетте, орта агар сияқты гельдейтін затпен қалыңдатылады, бұл экспланттың өсу кезінде қолдауын қамтамасыз етеді. Кейбір өсімдіктер қарапайым ортада оңай өседі, ал басқалары сәтті өсу үшін күрделі орта қажет етеді; өсімдік тіні ортаға байланысты жаңа тіндерге өседі және дифференциалданады. Мысалы, цитокинин қосылған орта өсімдік бүршіктерінен тармақталған сабақтар жасау үшін қолданылады.

Көбейту

Көбейту – бірінші кезеңде алынған тіндік үлгілерді алып, олардың санын арттыру процесі. Өсімдік тінін сәтті енгізу және өсіруден кейін, бекіту кезеңінен соң көбейту жүзеге асырылады. Бұл процестің қайталануы арқасында, бір ғана эксплант үлгісінен жүздеген, тіпті мыңдаған өсімдіктерге дейін өсіруге болады. Өсірілген тіндік түріне байланысты көбейту әртүрлі әдістер мен орталарды қамтиды. Егер өсірілген өсімдік материалы каллус тіні болса, оны блендерде ұсақтап, сол мәдени ортада қайта өсіру арқылы көбірек каллус тінін өсіруге болады. Егер тіндік шағын өсімдіктер – түйнектер түрінде өсірілсе, онда көбінесе гормондар қосылады, олар түйнектердің көптеген қосалқы бұтақтарды өндіруіне себеп болады. Көптеген бұтақтар пайда болғаннан кейін, олар ауксин/цитокинин арақатынасы жоғары тамырландыру ортасына ауыстырылады. Тамырлар жетілгеннен кейін, түйнектерді қатайтуға дайындауға болады.

Көшіру алдында

Бұл кезеңде тамыр өсуін және "қатаюын" ынталандыру үшін алынған көшеттер/сабақтар өңделеді. Бұл in vitro, яғни стерильді "сынақ түтігі" ортасында жүзеге асырылады. "Қаттыландыру" – өсімдіктерді табиғи өсу ортасына дайындау процесі. Осы кезеңге дейін көшеттер тез өсу үшін "идеалды" жағдайларда өсірілген. Өсуі бақыланатындықтан, көшеттердің көпшілігінде толыққанды жұмыс істейтін сыртқы қабық болмайды. Бұл оларды ауруларға осал және су мен энергияны тиімсіз пайдалануға бейім етеді. In vitro жағдайында ылғалдылық жоғары болғандықтан, осы ортада өсірілген өсімдіктерде жұмыс істейтін құтикуляр қабықша мен булану тезегі (стомата) қалыптаспайды, бұл өсімдіктің құрғауына алып келеді. Мәдениеттен алынғаннан кейін көшеттерге табиғи ортаға бейімделу үшін уақыт керек. Қаттыландыру көбінесе көшеттерді жоғары ылғалдылықтағы, аз жарықты, жылы ортадан белгілі бір түр үшін қалыпты саналатын өсу ортасына біртіндеп көшіруді қамтиды.

Өсімдіктерден көшіру

Өсімдіктерді микрокөбейтудің соңғы кезеңінде жас өсімдіктер өсімдік ортасынан алынып, топыраққа немесе (көбінесе) горшок топырағына ауыстырылып, дәстүрлі әдістермен өсіріледі. Бұл кезең жиі "көшеттейтін алдындағы" кезеңмен біріктіріледі.

Әдістер

Өсімдіктерді микрокөбейтудің көптеген әдістері бар.

Меристемдік мәдениет

Меристемдік мәдениетте меристем және бірнеше жапырақ бастамалары қолайлы өсіру ортасына орналастырылады, онда олар жаңа меристемдерді қалыптастыруға итермеленеді. Бұл меристемдер кейін бөлініп, одан әрі өсіріліп, көбейтіледі. Өсімдікшелерді алу үшін меристемдер олардың көбею ортасынан алынып, жаңару ортасына ауыстырылады. Бірнеше аптадан кейін ұзын, тамырланған өсімдікше пайда болғаннан кейін, оны топыраққа отырғызуға болады. Осы әдіс арқылы аурудан таза өсімдік өсіруге болады. Тәжірибелік нәтижелер сонымен қатар бұл техниканы әртүрлі өсімдік түрлерін, мысалы, кокос, құлпынай, қант қамысын жылдам көбейту үшін сәтті пайдалануға болатынын көрсетеді.

Эмбриондар өсірілуі

Эмбрио өсірілімінде эмбрион бөлініп алынып, стерильді жағдайда қажетті қоректік заттармен дақыл ортасына салынады. Жақсы және жылдам өсімдікшелерге айналу үшін, ол топыраққа отырғызылады. Бұл, әсіресе, түрлер аралық және туыстар аралық гибридтерді алу үшін және эмбриондық кедергіні жеңу үшін маңызды.

Протопласттар өсірілімі

Протопласттар өсіру кезінде өсімдік жасушасы қабырғасын ыдырататын ферменттердің көмегімен оқшауланып, жаңа өсімдіктерді регенерациялау үшін бақыланатын жағдайда қолайлы өсіру ортасында өсіріледі. Тиісті жағдайларда протопласт жасуша қабырғасын қалыптастырады, содан кейін жасуша бөлінуі мен дифференциациясы күшейеді және жаңа өсімдікке айналады. Протопласттар алдымен 25-28°C температурада 100-500 люкс жарық интенсивтілігімен немесе қараңғыда сұйық ортада өсіріледі, және жасушалардың белсенді бөлінуінен кейін қатты ортаға көшіріледі. Көптеген бау-бақша дақылдары протопласттар өсіріліміне жақсы морфогенездік жауап береді.

Кемшіліктер

Микрокөбейту әрқашан өсімдіктерді көбейтудің ең тиімді тәсілі болып табылмайды. Оның қолданылуын шектейтін жағдайлар:

Еңбек шығындары операциялық құнның 50–69% құрауы мүмкін. Микрокөбейту арқылы алынған барлық өсімдіктер генетикалық тұрғыдан бірдей клондар болып табылады, бұл жалпы ауруға төзімділіктің төмендеуіне алып келеді, себебі барлық ұрпақ өсімдіктері бірдей инфекцияларға осал болуы мүмкін. Жұқтырылған өсімдік үлгісінен жұқтырылған ұрпақ өседі. Бұл сирек кездеседі, себебі вирустық немесе саңырауқұлақтық инфекцияға шалдыққан өсімдіктерді алдын алу үшін аналық өсімдіктер мұқият тексеріліп, бағаланады. Барлық өсімдіктерді тіндік мәдениетте сәтті өсіруге болмайды, көбінесе өсу үшін қажетті орта белгісіз болғандықтан немесе өсімдіктер экспланттың өсуін тежейтін немесе оны өлтіретін екіншілік метаболикалық заттар шығарады. Кейде өсімдіктер немесе сорттар тіндік мәдениеттен кейін өз түріне сай келмейді. Бұл көбінесе бастапқы кезеңде қолданылған эксплант материалының түріне немесе жасушаның немесе көбелек желісінің жасына байланысты болады. Кейбір өсімдіктерді саңырауқұлақтардан тазарту өте қиын. Көптеген өсімдіктер үшін микрокөбейтуді пайдаланудың басты шектеуі – өндіріс құны; көптеген өсімдіктер үшін тұқымдарды қолдану, әдетте аурусыз және жеткілікті мөлшерде өндіріледі, олар арзан бағада көптеген өсімдіктерді тез өндіруге мүмкіндік береді (ортодоксалды тұқымдарға қараңыз). Осы себепті көптеген өсімдік селекционерлері микрокөбейтуді қолданбайды, себебі оның құны тым жоғары. Басқа селекционерлер оны тұқым көбейту үшін қолданылатын аналық өсімдіктерді өндіру үшін пайдаланады. Процесті механикаландыру еңбек шығындарын азайтуға көмектеседі, бірақ технологиялық шешімдерді әзірлеуге белсенді күш сарп еткеніне қарамастан, бұл қиын болып шықты.

Қолданбалар

Микрокөбейту шағын аумақта көптеген өсімдіктерді өсіруге, сақтауға және күтіміне мүмкіндік береді, бұл оны экономикалық тиімді процесс етеді. Микрокөбейту гендік плазманы сақтау және жойылу қаупі төніп тұрған түрлерді қорғау үшін қолданылады.