ГЛАВА 5. О БИОТЕХНОЛОГИИ КАРТОФЕЛЯ

Биотехнология - это  производственное использование биологических агентов (микроорганизмы, растительные клетки, животные клетки, части клеток: клеточные мембраны, рибосомы, митохондрии, хлоропласты) для получения ценных продуктов и осуществления целевых превращений.

С давних исторических времен известны (Биотехнология сельскохозяйственных растений. М., 1987) отдельные биотехнологические процессы, используемые в различных сферах практической дея­тельности человека. К ним относятся хлебопечение, виноделие, приготовление кисломолочных продуктов и т. д.

Впервые термин «биотехнология» применил венгерский инженер Карл Эреки в 1917 г. Использование в промышленном производстве микроорганизмов или их ферментов, обеспечивающих технологический процесс, известны издревле, однако систематизированные научные исследования позволили существенно расширить арсенал методов и средств биотехнологии. (Сельскохозяйственная биотехнология. М.,1998).

В 1891 г. в США японский биохимик Дз. Такамине получил первый патент на изобретение и использование ферментных препаратов в промышленных целях: учёный предложил применить диастазу для осахаривания растительных отходов (Биотехнология сельскохозяйственных растений. М., 1987).

Существует много методов клонального микроразмножения, а также различных их классификаций. Согласно одной из них, предложенной Murashige T. et all. (1962), процесс можно осуществлять следующими путями:

1. Активация пазушных меристем.

2. Образование адвентивных побегов тканями эксплантата.

3. Возникновение адвентивных побегов в каллусе.

4. Индукция соматического эмбриогенеза в клетках эксплантата.

5. Соматический эмбриогенез в каллусной ткани.

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

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

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

2. Индукция возникновения почек или эмбриоидов de novo:

а) образование адвентивных побегов непосредственно тканями эксплантата;

б) индукция соматического эмбриогенеза;

в) дифференциация адвентивных почек в первичной и пересадочной каллусной ткани.

Применение метода активации развития существующих меристем,  позволяет получать из одной меристемы картофеля более 100000 растений в год, причем технология предусматривает получение в пробирках микроклубней – ценного безвирусного семенного материала (Алиев К.А., 2012).

Второй метод – индукция возникновения адвентивных почек непосредственно тканями эксплантата. Он основан на способности изолированных частей растения при благоприятных условиях питательной среды,  восстанавливать недостающие органы, и таким образом регенерировать целые растения. Можно добиться образования адвентивных почек почти из любых органов и тканей растения (изолированного зародыша, листа, стебля, семядолей, чешуек и донца луковиц, сегментов корней и зачатков соцветий). Этот процесс происходит на питательных средах, содержащих цитокинины в соотношении с ауксинами 10:1 или 100:1. В качестве ауксина используют ИУК или НУК. Таким способом были размножены многие представители семейства лилейных, томаты, древесные растения (из зрелых и незрелых зародышей) (Сельскохозяйственная биотехнология.М.,1998).

В течение 6-8 недель образуется конгломерат почек, связанных между собой соединительной тканью и находящихся на разной стадии развития. Появляются листья на коротких черешках, в нижней части которых формируются новые адвентивные почки. Эти почки разделяют, и пересаживают на свежую питательную среду. На среде без регуляторов роста за 4 – 5 недель формируются нормальные растения с корнями и листьями. От одного материнского растения таким образом можно получить несколько миллионов растений-регенерантов в год (Биотехнология. М.,1984).

Третий метод, практикуемый при клональном микроразмножении, основывается на дифференциации из соматических клеток зародышеподобных структур, которые по своему виду напоминают зиготические зародыши. Этот метод получил название соматического эмбриогенеза. В отличие от развития in-vivo, соматические зародыши развиваются асексуально вне зародышевого мешка, и по своему внешнему виду напоминают биполярные структуры, у которых одновременно наблюдается развитие апикальных меристем стебля и корня. Наиболее впечатляющим применением метода соматического эмбриогенеза стало размножение гвинейской масличной пальмы (Elaeis guineensis), масло которой широко используется при производстве маргарина и пищевого масла.

Четвертый метод клонального микроразмножения – дифференциация адвентивных почек в первичной и пересадочной каллусной ткани.

Практически он мало используется с целью получения посадочного материала in- vitro. Это связано с тем, что при частом пассировании каллусной ткани может изменяться плоидность регенерируемых растений, наблюдаются структурные перестройки хромосом и накопление генных мутаций. Наряду с генетическими изменениями отмечаются и морфологические: низкорослость, неправильное жилкование листьев, образование укороченных междоузлий, пониженная устойчивость к болезням и вредителям. В то же время, некоторые недостатки этого метода в селекционной работе оборачиваются преимуществами (Биотехнология. М.,1984).

В целом, эффективность применения апикальной меристемы в качестве метода оздоровления зараженных вирусами растений, может оказаться довольно низкой. Снизить риск попадания вирусов в здоровые ткани можно путем применения предварительной термо- или химиотерапии исходных растений.

Метод термотерапии применяется как в условиях in vivo, так и in vitro и предусматривает использование горячего сухого воздуха. Для объяснения механизма освобождения растений от вирусов в процессе термотерапии существуют различные гипотезы. Согласно одной их них при высоких температурах разрушаются белковая оболочка и нуклеиновая кислота вируса. Вторая гипотеза предполагает действие высоких температур на вирусы через метаболизм растений. При такой температуре начинает преобладать деградация вирусных частиц, а синтез их, наоборот, уменьшается. Растения, подвергающиеся термотерапии, помещают в термокамеры, где температура в

В 2005 году долевое участие биотехнологических культур от общей доли сельскохозяйственных культур в мире составило: сои-70%, кукурузы – 40%, хлопчатника-50%, масличного рапса –19%, табака-2,5%, картофеля –2,2 % (Алиев К.А., 2012).

В Таджикистане биотехнологические исследования в условиях in vitro,  начаты  в   Институте ботаники, физиологии и генетики растений АН РТ в 80-е годы прошлого столетия, (Алиев К.А. и др.,1989), и сравнительно   позже в Таджикском аграрном университете им. Ш. Шохтемура (Анварова М., 1988;  Муминджанов Х.А.,1997, 2003; Салимов А.Ф. и др., 1996;1998; Хотамов У.А., 1997; Салимов А.Ф., 2007; Бободжанов Б.В., 2009).

Таким образом, методы биотехнологии по оздоровлению сортов картофеля  стали важными научно-производственными факторами для дальнейшей интенсификации картофелеводства в будущем в условиях Таджикистана.