Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время происходит стремительное сокращение ареалов и полное исчезновение многих видов растений. Биологическое разнообразие является основой для поддержания экологических условий существования и экономического развития человеческого общества, генетические ресурсы являются основным источником селекционно-важных признаков. В связи с этим актуальна проблема сохранения и воспроизводства редких и исчезающих видов растений как in situ, так и ex situ.
Использование системы in vitro по сравнению с традиционными методами поддержания коллекций растений имеет ряд преимуществ: высокие коэффициенты размножения; миниатюризация процесса, приводящая к экономии площадей, занятых маточными и размножаемыми растениями; оздоровление посадочного материала от нематод, грибов и бактерий, вызывающих болезни растений; возможность длительного депонирования образцов с меньшими затратами на хранение. В условиях in vitro удается размножить и укоренить те растения, которые трудно размножаются традиционным способом.
В коллекциях in vitro необходимо сохранять уникальные ассоциации генов, то есть генотипы различных популяций. Поэтому отбор образцов для сохранения ex situ следует проводить с использованием современных методов молекулярной биологии для анализа генетического полиморфизма.
При подборе оптимальных режимов сохранения редких и исчезающих видов растений необходимо, чтобы образцы находились в жизнеспособном состоянии и генетической подлинности. Молекулярно-генетическое исследование при работе с редкими и исчезающими видами растений позволяет провести генетическую идентификацию и паспортизацию, как исходных растений, так и регенеран-тов, сохраняющихся в коллекциях in vitro.
Разработка эффективных методов микроклонального размножения является основой работ по созданию генетических банков in vitro редких и исчезающих видов растений, а так же одним из перспективных направлений сохранения биоразнообразия в целом.
Цель и задачи исследований. Цель исследований - усовершенствование основ сохранения редких и исчезающих видов растений с использованием метода микроклонального размножения.
Для достижения цели работы были поставлены следующие задачи:
Создать наиболее репрезентативную коллекцию редких и исчезающих видов растений в культуре in vitro.
Оптимизировать методику введения в культуру in vitro редких и исчезающих видов растений.
Усовершенствовать методики клонального микроразмножения редких видов и оценить возможность их унификации.
Оценить уровень внутривидового полиморфизма редких и исчезающих видов растений, используя методы молекулярно-генетического анализа.
Оценить экономическую эффективность хранения редких и исчезающих видов растений в культуре in vitro.
Научная новизна. Впервые на территории России создана крупнейшая коллекция in vitro редких и исчезающих видов растений, содержащая 72 вида из 25 семейств. Выявлены общие закономерности и специфические особенности культивирования in vitro различных видов растений, занесенных в Красную книгу РФ и Красные книги субъектов Федерации.
Впервые в России создан банк ДНК редких и исчезающих видов растений. Проведены RAPD- и AFLP-анализ редких видов, которые можно использовать в качестве методов для выявления генетического полиморфизма, что крайне актуально для малоизученных таксономических групп растений.
Практическая значимость. Созданная коллекция in vitro редких и исчезающих видов растений позволяет не только решить проблемы сохранения биоразнообразия, но и при необходимости получать достаточное количество материала для создания искусственных популяций и выполнения работ по реинтро-дукции редких видов. Модифицированные методики микроклонального размножения редких видов с ценными хозяйственными и декоративными признаками могут быть использованы в промышленном производстве данных растений. Технология апробирована на базе тепличного хозяйства в г. Волжский и отмечена серебряной медалью «За научные инновации года» на Международной выставке «Цветы 2008».
В дальнейшем молекулярно-генетические методы оценки внутривидового полиморфизма могут быть использованы для проведения генетического мониторинга, проверки генетической стабильности образцов, хранящихся в культуре in vitro, для исследования сомаклональной изменчивости, а также паспортизации образцов.
Основные положения, выносимые на защиту:
Усовершенствованные методики клонального микроразмножения некоторых редких видов позволяют сохранить их генофонд и обеспечить устойчивое содержание этих растений в культуре in vitro.
При разработке стратегии сохранения редких видов ex situ отбор образцов и их количество целесообразно проводить с учетом данных об уровне и характере генетического разнообразия вида в целом, полученных с использованием молеку-лярно-генетических методов.
Апробация работы. Результаты исследований были доложены на IV Международной конференции «Биологическое разнообразие. Интродукция растений» (Санкт-Петербург 2007), II Семинаре по реинтродукции растений (Волгоград 2007), II Всероссийской научно-практической конференции «Биотехнология как инструмент сохранения биоразнообразия растительного мира» (Волгоград 2008), I Всероссийской научно-практической конференции «Ведение региональных Красных книг: достижения, проблемы и перспективы» (Волгоград 2011). Научные разработки экспонировались на различных выставках, в том числе отмечены наградами на Международной выставке «Зеленая неделя» в Германии (почетным дипломом и серебряной медалью), Международной выставке «Цветы 2007» и «Цветы 2008» (серебряные медали), выставке «Агропромышленный комплекс 2007» в Волгограде (золотая медаль).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 18 работ, 4 из которых в изданиях, рекомендуемых перечнем ВАК РФ.
Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания объектов и методов исследования, результатов с их обсуждением и выводов. Работа изложена на 154 страницах компьютерного текста, содержит 21 таблицу, 24 рисунка. Список используемой литературы включает 239 авторов, из них 72 - на иностранных языках.
Похожие диссертации на Сохранение редких и исчезающих видов растений в культуре in vitro и оценка уровня их внутривидового полиморфизма
