С помощью культуры зародышей на питательных средах invitroможно решать ряд задач теоретического и прикладного значения. Исследования по культуре зародышей in vitro разделяются на две группы: 1 — выращивание зародышей на ранних этапах их эмбрионального развития; 2 — выращивание зрелых, в основном сформированных, зародышей.
Большое теоретическое и практическое значение имеет выращивание в контролируемых условиях незрелых зародышей, которые находятся в состоянии раннего эмбриогенеза. Такие исследования позволяют решать многие вопросы относительно первичных процессов образования биологических структур, клеточного деления и дифференциации, органогенеза, морфогенеза. Особенно важно осуществление и воспроизведение in vitro эмбриогенеза, начиная с первых делений оплодотворенной яйцеклетки. Большое значение имеет сравнительный подход изучения ранних этапов зародышевого и соматического эмбриогенеза, который достаточно легко воспроизводится и осуществляется в условияхinvitro.
Первая работа по культуре изолированных зародышей была опубликована более 100 лет назад Э. ХаннингоМ (Hanning, 1904), который по праву считается основателем данного метода. Целью этого исследования, проведенного на зародышах семейства крестоцветные, было определение условий для выращивания зародышей вне семени. Работа Э. Ханнинга стимулировала появление аналогичных исследований, выполненных на разных объектах другими авторами.
Начало применению метода культуры изолированных зародышей в прикладном плане было положено в 1924.Ранние исследования по культуре незрелых зародышей были направлены на поиск оптимальных условий культивирования, которые в какой-то мере приближались бы нативным. В результате этих исследований была усовершенствована методика и техника выращивания незрелых зародышей ранних этапов формирования, определены оптимальный состав питательных сред и другие физико-химические условия выращивания. Проведены исследования по выращиванию зрелых зародышей, и подавляющее их большинство подчинено решению различных прикладных задач. Многие из них были направлены на получение взрослых растений из абортивных зародышей, невсхожих в обычных условиях семян, полученных в результате отдаленной гибридизации. Выращивая в соответствующих условиях in vitro зародыши трудно или длительно прорастающих семян, можно преодолеть период покоя и ускорить получение взрослых растений (Калинин и др., 1980).
К началу 80-х годов XX в. стало очевидно, что эмбриология растений является необходимой основой для практических исследований, касающихся вопросов репродукции растений, и располагает целым рядом фундаментальных открытий, имеющих широкий выход в практику. Пристальное внимание для практических целей заслуживает разработка теоретических основ культивирования in vitro различных генеративных органов (завязи, семяпочки, нуцеллуса, интегументов, зародышевого мешка, эндосперма и особенно — изолированных зародышей). В процессе онтогенеза, и в частности, эмбриогенеза, установлен ряд «переломных моментов», или «критических фаз». Одной из наиболее важных фаз эмбриогенеза, начиная с которой происходит переход на относительно самостоятельный путь развития, является фаза автономности. Изучение всех этапов эмбриогенеза, и особенно стадии автономности, является теоретической предпосылкой для прикладных исследований (сокращение периода покоя семян через получение проростков из незрелых зародышей, преодоление несовместимости при отдаленных скрещиваниях с помощью эмбриокультуры, установление оптимального срока сбора урожая и ряд других). Каллус, полученный из недифференцированного на органы зародыша, целого зародыша, а также из отдельных его органов и других генеративных структур, может быть использован как один из способов получения новых форм растений, а также как метод клонального микроразмножения.
К этому времени определились некоторые направления работ в селекции и генетике растений, которые настоятельно требуют знания эмбриологии и применения ряда цитоэмбриологических методов (Батыгина, 1983). К ним относятся:
- Регуляция пола с помощью воздействия различными реагентами на генеративные структуры;
- Управление первыми этапами онтогенеза — эмбриогенеза (например, использование генетического признака — автономности);
- Преодоление нескрещиваемости (многократное опыление, укорачивание столбика, выращивание изолированных зародышей в культуре in vitro);
- Цитоплазматическая мужская стерильность;
- Получение гаплоидов;
- Получение партенокарпических плодов;
- Использование явления полиэмбрионии для получения привоев и подвоев, устойчивых к засухе и болезням (например у цитрусовых);
- Разработка методов борьбы с растениями-паразитами (например, заразиха на подсолнечнике);
- Метод клонального микроразмножения (посадка различных генеративных структур in vitro);
- Получение новых форм ценных растений из каллуса, полученного из генеративных и вегетативных структур;
- Сокращение и снятие периода покоя семян;
- Создание банка растительных тканей ценных видов растений (из различных генеративных структур).
Препятствием к широкому использованию культуры зародышей является невозможность применения универсальной питательной среды, трудности выращивания недозрелых зародышей (Orlikowska, Chrastek, 1979). Более того, положительные результаты, полученные на одних объектах не удается воспроизвести на других, особенно на тех, которые имеют большое народно-хозяйственное значение. Поэтому необходим поиск новых подходов, совершенствование и дальнейшая разработка методических приемов, применительно к разным видам растений.
Источник: Основы биотехнологии моркови
Автор фото (зародыш Zea mays L., 9 DAP) в статье: Ляпустина Е.В.