Инновационные направления развития биотехнологии в виноградарстве

Инновационные биотехнологии в виноградарстве

Инновационные биотехнологии в виноградарстве

В лаборатории биотехнологии ВНИИВиВ им. Я. И. Потапенко исследования проводят по клональному микроразмножению перспективных сортов винограда; оздоровлению посадочного материала от вирусов, микоплазм, бактериального рака; нетрадиционной се­лекции на бессемянность; созданию коллекций генофонда винограда in vitro. Разработаны теоретические основы метода селекции винограда на бессемянность с использованием обоих бессемянных родителей и последующей культуры изолированных семяпочек in vitro.

Метод основан на предотвращении дегенеративных процессов в семяпочке при скрещивании обоих бессемянных родителей Изученные сортовые особенности эмбриогенеза определяют подбор сортов и комбинаций скрещивания. Разработаны способы определения сроков изолирования семяпочек, двойной стерилизации ягод и семяпочек перед вводом их в культуру, способ спасения полученных аномальных растений и т. д.

Разработан способ повышения жизнеспособности зародышей на ранних этапах онтогенеза под воздействием обработки регуляторами роста генеративных органов бессемянных сортов. Использование физиологически активных веществ Циркон, 6-БАП и крезацин позволяет в 2-3 раза увеличить количество нормально развитых семяпочек в ягоде, стимулирует прирост массы гибридных семяпочек на 2-9 мг, обеспечивает увеличение на 50 % количества семяпочек, содержащих развитые зародыши. Выявлен характер влияния этих препаратов на массу ягод, закладку, рост и развитие семяпочек в различных комбинациях скрещивания. В результате использования данного метода получено более 300 сеянцев по 12 комбинациям внутри- и межвидовых скрещиваний. По комплексу агробиологических и хозяйственных признаков выделены 2 сеянца из семьи Кишмиш ЦГЛхРусбол, которые могут быть использованы в дальнейшей селекционной работе с целью получения гибридных форм высокой категории бессемянности.

Разработаны способы повышения жизнеспособности пыльцы для повышения эффективности селекционного процесса при выведении бессемянных сортов винограда.

Выявлены ранее не изученные особенности формирования мужского гаметофита и возможности повышения его жизнеспособности. Показано, что в годы с неблагоприятными метеорологическими условиями во время формирования мужских гамет необходимо повышать жизнеспособность пыльцы бессемянных сортов. Установлено, что проведение зеленых операций, применение веществ химической регуляции расти­тельного организма, своевременный сбор пыльцы, оптимальные условия хранения, выявление наиболее перспективных сортов-опылителей способствуют улучшению ее жизнеспособности.

Биотехнология получения саженцев винограда, свободных от карантинных объектов, оздоровленных от возбудителей хронических болезней (вирусных, бактериальных, микоплазменных), являющихся основой для производства сертифицированного посадочного материала, включает проведение фитосанитарной селекции, отбор визуально здоровых типичных и продуктивных маточных растений, оздоровление при помощи культуры апикальных меристем при относительном размере апекса 0,1-0,2 мм, регенерацию растении из меристем.

Разработаны новые биотехнологические приемы для всех этапов размножения, начиная от формирования меристематических зон до высадки в грунт, направленные на увеличение выхода растений — регенерантов, способствующие реализации биологического потенциала оздоровленных растений.

Способ воздействия на меристемы электромагнитным облучением низкой интенсивности (СВЧ-лучи) в комплексе с узкополосным лазером обеспечивает повышение регенерационной способности меристем в 5,5 раза. Применение СВЧ- лучей на этапе микрочеренкования способствует увеличению суточной скорости роста и улучшению размерных характеристик растений более чем в 1,5 раза.

Осуществлена оптимизация состава питательных сред на отдельных этапах клонального микроразмножения при помощи регулятора роста эмистим. Доказано, что эмистим в питательную среду на этапе ввода меристем в культуру следует добавлять в концентрации 10 -5 -10 -11 , для улучшения ризогенеза — 10 -10 %, на этапе микрочеренкования — от 10 -7 до 10 -10 . При переносе растений в нестерильные условия на этапе адаптации необходимо обрабатывать их эмистимом в разведении 10 -7 —10 -10 . При введении эмистима в состав питательной среды улучшаются приживаемость микрочеренков, образование и рост корней, побегов и листьев, что обеспечивает ускорение процесса клонального микроразмножения более чем на 2 недели и, как следствие, повышение его эффективности.

Усовершенствованы существующие и установлена возможность использования новых приемов световой биотехнологии, позволяющих повысить эффективность метода оздоровления и клонального размножения винограда.

Теоретическая значимость исследования — показана целесообразность пересмотра некоторых аспектов культивирования в направлении снижения энергоемкости метода клонального микроразмножения. Разработана оптимизация условий культивирования изолированных тканей винограда in vitro при помощи интенсивности освещения, изменения продолжительности фотопериода, качества излучения, в том числе в сочетании с регулятором роста растений эмистим, которая обеспечивает повышение качества, выхода мериклонов и снижение их себестоимости.

Разработан способ адаптации оздоровленных пробирочных растений винограда к нестерильным условиям среды. Подобран оптимальный почвенный субстрат, разработан режим снижения влажности воздуха в индивидуальных камерах, выявлены оптимальные способы применения и концентрации препаратов нового поколения для повышения адаптивности растений при переводе в нестерильные условия и улучшения их развития во время доращивания.

Разработана технология закладки и ведения базисных маточников, обеспечивающая высокую приживаемость и оптимальное развитие оздоровленных растений винограда в условиях песчаных почв.

Растениями, оздоровленными при помощи апикальных меристем в культуре in vitro, заложен базисный маточник на площади 3,5 га. Положено начало перевода виноградар­ства на сертифицированную основу.

пространственное размещение и карантинные мероприятия, снижающие риски повторного заражения оздоровленных растений;

способ высадки вегетирующих растений в теплицу или открытый грунт, позволяющий улучшить микроклимат растений в жаркий летнии период и избежать подмерзания корневой системы зимой;

применение системы точечных подкормок сложными комплексными удобрениями и препаратами нового поколения, способствующей оптимальному развитию маточных кустов (корневой системы и побегов), накоплению большего количества запасных питательных веществ и улучшению анатомических особенностей лозы.

Таким образом, на основании разработанных методов создана технологическая цепочка, обеспечивающая процесс регенерации меристем: от меристемы к базисному маточнику.

Высажены на базисном маточнике оздоровленные при помощи культуры апикальных меристем растения сортов:

селекции института: Баклановский, Дружба, Золотинка, Каберне северный, Памяти Кострикина, Платовский, Талисман, Фиолетовый ранний, Цветочный;

донские аборигенные сорта: Кабашный, Красностоп золотовский, Косоротовский, Крестовский, Кумшацкий белый, Пухляковский, Сибирьковый, Сыпун черный, Цимладар, Цимлянский белый, Цимлянский черный и 2 его клона (1-3-13-2-3 и 1-1-61-10-3);

классические сорта Каберне Совиньон, Мерло, Пино нуар;

подвои Гравесак, Виерул 3, Кобер 5ББ, Презент, Рупестрис дю Ло, РСБ, SО4, Телеки 5С, Феркаль.

Выращивание сертифицированного посадочного материала из оздоровленного in vitro предбазового материала позволяет не только избавится от ряда фитоплазменных и вирусных болезней, но и от сосущих вредителей, таких как филлоксера и виноградный зудень. Уменьшается также вероятность присутствия на маточных растениях возбудителей эски, эутипоза и черного рака, то есть возбудителей, входящих в группу хронических вредных организмов. Благодаря этому переход на закладку промышленных насаждений сертифицированным посадочным материалом обеспечивает повышение продуктивности виноградников и продление их продуктивной эксплуатации. В случае предохранения от вторичного заражения возбудителями хронических болезней реально увеличит продуктивность будущих насаждений в 1,5-2 раза.

Источник: Дорошенко Н. П. Инновационные биотехнологии в виноградарстве./ Виноделие и виноградарство. 2013, № 5, с.35-37.

Материал на сайт подготовил Севастьянов В. Н.

Инновационные методы в биотехнологии

Биотехнология как использование живых организмов и биологических процессов в производстве. Клеточная инженерия – создание клеток нового типа на основе их гибридизации, реконструкции, культивирования. Основные задачи, решаемые в процессе клонирования.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Биология – это наука, которая в наши дни активно развивается и огромные надежды возлагает именно на биотехнологии. Сейчас методы биотехнологии внедряются в промышленность, сельское хозяйство и медицину. Генетическая инженерия, клеточная инженерия и конечно клонирование наиболее актуальны в XXI веке.

Биотехнология (от греч. bios — жизнь, techne — искусство, мастерство и logos — слово, учение), использование живых организмов и биологических процессов в производстве. Биотехнология — междисциплинарная область, возникшая на стыке биологических, химических и технических наук. С развитием биотехнологии связывают решение глобальных проблем человечества — ликвидацию нехватки продовольствия, энергии, минеральных ресурсов, улучшение состояния здравоохранения и качества окружающей среды.

1. Клеточная инженерия

Клеточная инженерия – это создание клеток нового типа на основе их гибридизации, реконструкции и культивирования.

А) Гибридизация соматических клеток.

В основе метода лежит слияние клеток, в результате чего образуются гетерокарионы, содержащие ядра обоих родительских типов. Образовавшиеся гетерокарионы дают начало двум одноядерным гибридным клеткам. В 1965 английский ученый Г. Харрис впервые получил гетерокарионы, образованные клетками мыши и человека.

Такую искусственную гибридизацию можно осуществлять между соматическими клетками, принадлежащими далеким в систематическом отношении организмам и даже между растительными и животными клетками.

Гибридизация соматических клеток животных сыграла важную роль в исследовании механизмов реактивации генома покоящейся клетки и степени фенотипического экспрессивности отдельных генов, клеточного деления, в картировании генов в хромосомах человека, в анализе причин злокачественного перерождения клеток. С помощью этого метода созданы гибриды, используемые для получения однородных антител.

Первый межвидовой гибрид при слиянии протопластов из клеток разных видов табака был получен в 1972 П. Карлсоном (США). Гибриды, полученные при слиянии протопластов, имеют важные отличия от половых гибридов поскольку несут цитоплазму обоих родителей. Возможно создание гибридов, наследующих ядерные гены одного из родителей наряду с цитоплазматическими генами обоих родителей.

Особый интерес представляют гибриды растений, несущие цитоплазматические гены устойчивости к различным патогенам и стрессорным факторам от дикорастущих видов или цитоплазматические гены мужской стерильности. Слияние протопластов используют также для получения гибридов с ценными в хозяйственном отношении свойствами между отдаленными видами, которые плохо или вообще не скрещиваются обычным путем. Удалось, например, «ресинтезировать» рапс, являющийся естественным амфидиплоидом между турнепсом и капустой, получить соматический гибрид картофеля с томатами и т. д. При слиянии протопластов создают и новые клеточные линии-продуценты важных соединений.

Б) Реконструкция клеток.

Одним из способов модификации клеток является введение в них индивидуальных генов, т.е. метод генетической инженерии. Встраивание активного гена на место отсутствующего или поврежденного открывает путь для лечения генетических заболеваний человека. Изменять свойства клеток можно, вводя клеточные органеллы (ядра, хлоропласты), изолированные из одних клеток, в протопласты других клеток. Так, одним из путей активизации фотосинтеза растительной клетки может служить введение в нее высокоэффективных хлоропластов.

Искусственные ассоциации растительных клеток с микроорганизмами используют для моделирования на клеточном уровне природных симбиотических отношений, играющих важную роль в обеспечении растений азотным питанием в природных экосистемах. Рассматривается возможность придания растениям способности к фиксации молекулярного азота при введении в них целых клеток азотфиксирующих микроорганизмов.

Реконструкцию клеток проводят также при слиянии клеточных фрагментов (безъядерных, кариопластов с ядром, микроклеток, содержащих лишь часть генома интактной клетки) друг с другом или с интактными (неповрежденными) клетками. В результате получают клетки с различными свойствами, например, гибриды, либо клетки с ядром и цитоплазмой от разных родителей. Такие конструкции используют для изучения влияния цитоплазмы в регуляции активности ядра.

В) Улучшение растений и животных на основе клеточных технологий.

Выращиваемые на искусственных питательных средах клетки и ткани растений составляют основу разнообразных технологий в сельском хозяйстве. Одни из них направлены на получение идентичных исходной форме растений. Другие — на создание растений, генетически отличных от исходных. В первом случае используют искусственное оплодотворение, культуру незрелых гибридных семяпочек и зародышей, регенерацию растений из тканей летальных гибридов, гаплоидные растения, полученные при культивировании пыльников или микроспор. Во втором — новые формы растений создаются на основе мутантов. Таким путем получены растения, устойчивые к вирусам и другим патогенам, гербицидам, растения, способные синтезировать токсины, патогенные для насекомых-вредителей, растения с чужеродными генами, контролирующими синтез белков холодоустойчивости и белков с улучшенным аминокислотным составом, растения с измененным балансом фитогормонов и т.д.

Важную роль в животноводстве сыграла разработка методов длительного хранения спермы в замороженном состоянии и искусственного осеменения. Реально же развернулись исследования по клеточной и генной инженерии на млекопитающих.

Генетическое улучшение животных связано с разработкой технологии трансплантации эмбрионов. Клеточная инженерия позволяет конструировать клетки нового типа с помощью мутационного процесса гибридизации и, более того, комбинировать отдельные фрагменты разных клеток, клетки различных видов относящиеся не только к разным родам, семействам, но и царствам. Клеточная инженерия – широко используется в селекции растений. Выведены гибриды томата и картофеля, яблони и вишни. Регенерированные из таких клеток растения с измененной наследственностью позволяют синтезировать новые формы, сорта, обладающие полезными свойствами и устойчивые к неблагоприятным условиям и болезням. Этот метод и широко используется для «спасения» ценных сортов, пораженных вирусными болезнями.

2. Генная инженерия

Высшим достижением современной биотехнологии является генетическая трансформация, перенос чужеродных генов и других материальных носителей наследственности в клетки растений, животных и микроорганизмов, получение трансгенных организмов с новыми или усиленными свойствами и признаками. По своим целям и возможностям в перспективе это направление является стратегическим. Оно позволяет решать коренные задачи селекции биологических объектов на устойчивость, высокую продуктивность и качество продукции при оздоровлении экологической обстановки во всех видах производств. Однако для достижения этих целей предстоит преодолеть огромные трудности в повышении эффективности генетической трансформации и прежде всего в идентификации генов, создании их банков клонирования, расшифровке механизмов полигонной детерминации признаков и свойств биологических объектов, обеспечении высокой экспрессии генов и создании надежных векторных систем. Очевидна роль генетики и в изучении наследственных болезней человека и способов их профилактики, лечения, а так же путем предотвращения вредного воздействия на наследственность физических и химических факторов окружающей среды.

Клонирование – получение идентичных потомков при помощи бесполого размножения. По-другому определение клонирования звучит так “Клонирование – это процесс изготовления генетически идентичных копий отдельной клетки или организма”. То есть эти организмы похожи не только внешне, но и генетический код, заложенный в них, одинаков. Возможности клонирования открывают новые перспективы для садоводов-огородников, фермеров-животноводов, а также для его медицинского применения.

Одной из главных задач в данной области является создание коров, в молоке которых будет содержаться сыворотка человеческого алгаомина. Эта сыворотка используется для лечения ожогов и иных травм, и мировая потребность в ней составляет от 500 до 600 тон в год. Это одно направление. Второе – создание органов животных, которые можно будет использовать для трансплантации человеку. Во всех странах существует серьезный недостаток донорских органов: почек, сердец, поджелудочных желез, печени. Путём клонирования можно получать животных с высокой продуктивностью яиц, молока, шерсти или таких животных, которые выделяют нужные человеку ферменты (инсулин, интерферон, химозин). Человеческие ферменты можно получать и более простым способом: взяв нужную клетку крови человека, клонировать её и вырастить клеточную культуру, которая в лабораторных условиях будет производить нужный фермент. Комбинируя методы генной инженерии с клонированием, можно вывести трансгенные сельскохозяйственные растения.

биотехнология клеточный гибридизация клонирование

В настоящее время биотехнология решает проблемы не только медицины или создания пищевых продуктов путем ферментации (традиционной области ее применения); с ее помощью ведется, например, разработка полезных ископаемых, решается проблема энергоресурсов, ведется борьба с нарушениями экологического равновесия и т.д. В некоторых странах (например, Японии) биотехнология объявлена «стратегической индустрией», а в других (например, Израиле) включена в число научных направлений с указанием «национальный приоритет».

Биотехнологии важны и необходимы, так как:

1) В рамках новых исследований, проведенных Службой сельскохозяйственных исследований Министерства сельского хозяйства США, обнаружено, что трансгенные животные могут служить новым источником ценных гормонов и лекарств для лечения эмфиземы и инфекций у маленьких детей.

2) Биотехнология помогла в изготовлении вакцины, которая защищает диких животных от бешенства, и вакцины от «транспортной лихорадки» крупного рогатого скота – болезни, которая является основной причиной падежа мясного скота в скотооткормочных хозяйствах.

3) Биотехнология может помочь товаропроизводителям увеличить урожаи сельскохозяйственных культур и накормить все больше людей. Например, ученый из Службы сельскохозяйственных исследований разработали экспериментальный гибрид картофеля, который содержит гены, устойчивые к новому, более живучему штамму так называемой фитофторозной гнили, заболевания, которое вызвало европейский картофельный голод в 1840-х годах.

1. Калашникова Е.А., Шевелуха В.С., Воронин Е.С. Биотехнология. М: Высшая школа, 2005.

2. Найдыш В.М. Концепции современного естествознания: Учебник. — Изд. 2-е, перераб. и доп. – М.: Альфа-М; ИНФРА-М, 2004.

Биотехнологии приходят в виноградарство

Они помогут снизить использование пестицидов

В рамках Федеральной программы Росглаввино начата разработка программы развития собственных виноградников на Таманском полуострове. Особое внимание в этом направлении будет уделено элементам “био” виноградарства, как соответствующим политике государства в области экологической безопасности.

ФП Росглаввино подведены итоги виноградарско-винодельческого сезона 2013 года. На виноградниках хозяйств, находящихся под управлением Федеральной программы, собрано порядка 10 тыс. тонн винограда. По сравнению с прошлым годом урожай, при сохранении высоких стандартов, увеличился более чем на 40%. Уровень качества полученных в сезоне виноматериалов позволит заложить свыше 5 млн. дал вин высокого качества, в том числе, классического российского шампанского.

В 2013-2014 году в рамках Федеральной программы планируется сделать особый акцент на развитие виноградарства, как социально значимой отрасли Юга России.

“В настоящий момент, – говорит руководитель ФП Росглаввино Дмитрий Отряскин, – именно виноградарство, как фундамент производства вин гарантированного качества, является для нас приоритетом. Имеющиеся, на сегодняшний день, под управлением Росглаввино 1 тыс. га виноградников – это только начало большой работы в направлении развития собственной сырьевой базы. Мы будем изучать все имеющиеся возможности в расширении площадей виноградных насаждений под эгидой Росглаввино. Кроме того, мы будем всячески развивать и транслировать те наработки в области виноградарства, которые существуют в рамках уже входящих в Росглаввино виноградарских предприятий”.

Одним из перспективных для ФП Росглаввино направлений является развитие виноградарства с элементами биотехнологий. Снижение объемов использования традиционных средств защиты растений, применение биотехнологий позволят Росглаввино внести свой вклад в национальную стратегию экологической безопасности, повысить стандарты экологичности своей конечной продукции.

“Озвученная Президентом России Владимиром Владимировичем Путиным на заседании Совета безопасности экологическая проблематика, – говорит Дмитрий Отряскин, – актуальна для сельского хозяйства. Для нас крайне важны слова поддержки главы государства, высказанные в адрес научных исследований в сфере защиты окружающей среды. У нас уже имеются разработки, позволяющие снизить воздействие на виноградарства на природные ресурсы, в первую очередь почвы, не только в маленьких хозяйствах, но и в масштабах винодельческой промышленности с сотнями гектар виноградников”.

В настоящее время, Росглаввино располагает 1 тыс. га виноградников в Таманской винодельческой зоне. В рамках виноградарского проекта работает прививочный комплекс, ежегодно производящий более 100 тыс. единиц качественного посадочного материала. Ведутся научные разработке в сфере биотехнологий виноградарства. В планах Росглаввино увеличение площадей виноградников на 30-40%, передает ADVIS.

Источники:

http://mcx-consult.ru/innovacionnye-biotehnologii-v-vinog
http://revolution.allbest.ru/biology/00505849_0.html
http://www.agroxxi.ru/gazeta-zaschita-rastenii/novosti/biotehnologii-prihodjat-v-vinogradarstvo.html