Для того чтобы получить копию растения с максимальной похожестью свойств желательно такое растение размножать не генеративно, т.е. семенами, а вегетативно, т.е. частями самого растения. Такими частями могут быть черенки, корневые деленки, подземные и боковые побеги, дочерние луковицы, усы и т.п. Растения, полученные таким способом — генетически идентичны исходному экземпляру. Они называются его клонами, а размножение растений такими способами — называются клонированием этого растения. Клонирование – доступный каждому способ размножения растений, не имеющий отношения к генной инженерии, а полученные таким способом растения не являются ГМО. При клонировании стоит задача получить растение с сохранённым генотипом, а не модифицировать его.

Те любители природы, кто занимался укоренением черенков понравившегося растения, мог заметить, что даже при удачном укоренении растения нередко получаются разными. Разница проявляется в скорости дальнейшего роста, в жизненной силе нового растения, даже в его форме. Отчего это бывает? Если исключить различия в уходе и неодинаковое влияние внешней среды, то остаётся только такая причина: «с какого места растения были срезаны черенки». Действительно, черенки, взятые, с верхних и нижних веток растения будут различаться в своём развитии. Так например, если укоренять ель колючую (Picea pungens) срезанной макушкой – получится стройное, симметричное растение с хорошей динамикой роста, если же взять черенок с середины нижней ветки – растение с большой вероятностью будет слабым и однобоким долгое время. Такие же отличия, только в меньшей степени, возможны при черенковании лиственных растений.

Часто бывает так, что чем привлекательнее растение, тем больше требуется его клонов, но количество черенков, которые можно взять с растения — ограничено. При этом, если учесть, что лучше укореняются черенки с молодых, и соответственно, небольших растений, то становится ясно, что черенков будет ещё меньше. Что же делать, если нужно получить много, очень много одновозрастных клонов, и при этом не хочется ждать долгие годы, пока несколько укоренённых черенков вырастут и уже с них можно брать черенки, и так три или четыре поколения? Учёные придумали интересную технологию клонирования растения, позволяющую в сжатые сроки получать практически любое количество генетически однородного и одновозрастного посадочного материала. Эта биотехнология называется «микроклональное размножение растений» или по-простому – микрочеренкование.

В чем его суть? Расскажем по порядку.
На первом этапе выбирается растение, которое хотят размножить. Если есть возможность выбора, то стараются взять молодое, здоровое растение. С него в лабораторных условиях под микроскопом срезается микроскопическая верхняя часть верхушечной почки. Чем же замечательна эта часть растения? Известно, что точкой роста вверх основной части высших растений на нашей планете является самая верхняя часть растений. Т.е. прирост растения по вертикали происходит увеличением вверх самой верхней точки этого растения. (При этом в ширину, т.е. по горизонтали, растение увеличивается по всей своей длине.) Такую точку называют точкой роста растения. То, что рост растения вверх происходит только в этой точке — легко убедится самому. Достаточно сделать отметку на коре любого дерева и время от времени измерять расстояние от этой точки до уровня земли. Это расстояние из года в год будет оставаться неизменным, что опровергнет в ваших глазах легенду о том, как проросшее через каменный жернов дерево в итоге поднимает его над землёй.

Ткань растения, которая образует точку роста растения — называется меристемой. Растительные клетки этой ткани по своей сути являются аналогами стволовых клеток у животных и человека. Это такие же универсальные клетки, и из них могут образовываться различные ткани растения.
Как бы мы ни выбирали здоровое растение по внешнему виду, его внутренние ткани могут быть заражены вирусами, бактериями, микроскопическими грибами и даже многоклеточными паразитами, такими, например, как различного вида нематоды. Очень неправильно было бы клонировать заражённое растение. Как же быть? Очень просто – срезанную верхушечку тщательно дезинфицируют. Кажется, что чем сильнее дезинфицирующая обработка, тем лучше, но дезинфекция может убить не только заразу, но и сам микроскопический (0,2-0,3 мм) кусочек меристемы. Следует заметить, что если с бактериями, грибами и паразитами бороться понятно как – яды и повышенная температура, то с вирусами дело обстоит гораздо сложнее. Поэтому получение жизнеспособного кусочка верхушечной меристемы свободной от заболеваний и паразитов – очень непростая задача, но если она решена – приступают к следующему шагу.

Очищенный от заразы и живой микроскопический срез меристемы помещают на стерильную питательную среду в закрытый лабораторный сосуд (in vitro – ин витро) со стопроцентной относительной влажностью внутри. Основным действующим веществом питательной среды является сахар, а также туда добавлены минеральные удобрения и микроэлементы. Ничего волшебного.

За счёт капиллярности вещества из питательной среды начинают поступать к клеткам меристемы. Клетки начинают делиться и расти и, соответственно, начинает расти наш микроскопический срез меристемы. По мере роста он превращается в миниатюрное растение, которое генетически идентично исходному растению, с верхушечной точки которого брали срез. У растения образуются точка роста, листья, ствол, корень, закладываются почки возобновления.

У учёных-биологов эта процедура называется «введение в культуру in vitro». Это означает, что растение начинает культивироваться (выращиваться при помощи человека) в стеклянной лабораторной посуде в стерильных условиях и искусственном питании. В условиях in vitro растение начинает получать всё необходимое ему для роста и развития из питательной среды. Получая сахара для питания, растение перестаёт нуждаться в их самостоятельном производстве и процессы фотосинтеза сильно замедляются. Замедлению фотосинтеза способствует обеднение воздуха внутри пробирки углекислым газом так как нет его притока кроме продуктов дыхания самого растения. Из-за такого способа питания, на который обречено растение in vitro у самого растения изменяется метаболизм, образуются изменённые и недоразвитые органы. Так 100% относительная влажность и стабильная температура не дают развиться у растения системе термо- и влаго-регуляции. Растения имеют полностью открытые устица на внутренней поверхности листьев, но они не испаряют воду из-за 100% относительной влажности. Растения не производят растительный воск, который должен был бы предохранять их от высыхания и перегрева. Корни вырастают «ленивыми». Они толстые, длинные, на них отсутствуют волосовидные корешки, которые в «обычной» жизни растения выполняют важную функцию всасывания влаги и питательных веществ из почвы.

У растений средней полосы, да и у большинства других, существует чёткая цикличность в развитии. «Дирижёром» этого развития является внешняя среда. Температура, влажность, продолжительность светового дня – все эти факторы «подсказывают» растению в какой части биологического цикла оно находится и к чему нужно готовиться. Механизм влияния прост. При воздействии внешнего фактора в растении вырабатываются определённые химические вещества, которые участвуя в обмене веществ растения, доносят указания «дирижёра» до соответствующих органов растения и запускают соответствующие внутренние биологические процессы. Такие вещества называются растительными гормонами. Растения же содержащиеся в условиях in vitro практически лишены влияния природной среды. Исключение составляет, разве что, только атмосферное давление. Поэтому для управления биологическими циклами и процессами у растений in vitro нашли очень простой способ – гормоны им добавляет в питательную среду сам человек. Получив такую гормональную команду, растение запускает требуемые нам биологические процессы. Так на определённом этапе растению добавляют в питательную среду гормон роста, и оно начинает образовывать боковые побеги. Эти побеги в стерильных условиях аккуратно срезают и помещают опять на питательную среду для укоренения и роста в стерильных условиях in vitro. Такая процедура называется «микрочеренкованием» и отличается от обычного черенкования только стерильными условиями и микроскопическим размером черенков. Следует сказать, что стерильные условия для микрочеренкования обеспечиваются в первую очередь проведением всех манипуляций в ламинарном шкафу.

После укоренения мы имеем первое поколение клонов. Для получения необходимого количества растений на выходе нужно просто провести несколько таких циклов клонирования и после каждого цикла будем получать увеличивающееся с геометрической прогрессией количество растений. Предположим, мы эти шаги проделали нужное число раз и имеем in vitro нужное нам большое количество одинаковых по размеру и генетически тождественных друг другу микроскопических растений.
Теперь перед нами стоит задача вынуть растения из пробирок и приучить их жить и развиваться вне пробирок — в обычных условиях, как говорят биологи — ex vitro. Такая процедура является обратной процедуре введения в культуру in vitro и называется адаптация. В процессе адаптации растение должно:

1. Научиться заново фотосинтезу. Т.е. уметь самостоятельно запасать для себя в нужных количествах энергию света синтезируя полисахара из воды и углекислого газа.
2. Вырастить на корнях волосовидные корешки и через них снабжать себя влагой и растворами солей из почвы.
3. Научиться сужать и вообще закрывать устица для регулирования количества испаряемой влаги с целью регулирования скорости обмена веществ и защиты от перегрева и высыхания.
4. Научиться вырабатывать растительный воск на покровных тканях для защиты от неблагоприятных факторов.
5. Подрасти и укрепиться для последующей акклиматизации.

Адаптация не менее сложный и важный процесс в размножении растений наравне с введение в культуру in vitro. Не все растения могут пройти путь от жизни в пробирке к жизни вне пробирки. Для облегчения растениям этого пути используются специальные установки, позволяющие плавно менять параметры внешней среды и защищать юные растения от быстрого заражения патогенной флорой и фауной.

Растения, прошедшие адаптацию — уникальны по своим свойствам.

Во-первых, они молоды. Биологический возраст растений размноженных in vitro начинает отсчитываться с нуля, в отличие от растений, полученных обыкновенным черенкованием, которые частично наследуют возраст маточного растения. Юные растения быстрее растут и развиваются.

Во-вторых, они абсолютно здоровы, что опять-таки хорошо сказывается на их росте, урожайности и способности хорошо размножаться вегетативно.

В-третьих, они, как говорят садоводы, корнесобственные. Это означает, что все части полученных растений генетически идентичны, что увеличивает их сортовую выживаемость. Это положительное свойство всех черенкованных растений даёт им превосходство над привитыми растениями. Последние в случае утраты надземной части и возобновления роста восстанавливаются как дички, на которые была сделана прививка. Сирень же полученная методом микрочеренкования, даже поросль будет давать сортовую.

В-четвёртых, после размножения растений in vitro укореняемость их черенков при обычном черенковании значительно увеличивается.

Продолжая перечислять положительные стороны размножения растений по технологии микрочеренкования, следует сказать, что эта технология позволяет размножать такие виды и сорта растений, которые не укореняются совсем или крайне плохо укореняются при обычном черенковании. Ещё можно заметить, что сложность и, соответственно, затратность микроклонального размножения вынуждает производителей особо тщательно выбирать сорта для массового размножения. В первую очередь для размножения in vitro отбираются особо качественные, высокодекоративные и урожайные сорта повышенного спроса.
Ввиду сказанного становится понятно, что выращиваемые нами растения по сортности являются супер-суперэлитой в агрономической терминологии. Хотя в картофелеводстве супер-суперэлитой называется семенной картофель, полученный на второй год выращивания в открытом грунте. Наши же растения после адаптации высаживаются в пластиковые контейнеры, заполненные специально подобранной грунтовой смесью на основе торфа. Превосходство технологии in vitro описывают в своей работе ученые из Института биоорганической химии РАН и РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева.[1] Так приведённая ниже Таблица 1 из их работы, наглядно показывает разницу в коэффициенте размножения растений земляники, полученной in vitro и выращенной обычным способом.

Выращенные в контейнерах растения можно свободно перевозить и высаживать в грунт в течение всего тёплого периода года. Состав смеси позволяет удерживать влагу продолжительное время. Но даже обильный полив перед дальней перевозкой не повредит нашему растению, так как в состав субстрата входят разрыхляющие и удерживающие воздух компоненты — корни не задохнутся. В состав субстрата также входят комплексные удобрения с микроэлементами длительного периода действия, что позволяет продолжительное время держать растение до посадки в контейнере, обходясь лишь периодическими поливами.

Автор статьи:
Диев А.Б.

Использованная литература.

1. В.Г. Лебедев, А.Б. Азарова, К.А. Шестибратов, В.И. Деменко. Проявление самоклональной изменчивости у микроразмноженных и трансгенных растений // Известия ТСХА. 2012. N1. С. 153-163.