Братья наши зеленые

По словам ведущего научного сот­рудника лаборатории криосохранения гермоплазмы при Институте биологии и биотехнологии растений, кандидата биологических наук Натальи Ромадановой, в августе 2018 года, в период плодоношения лещины обыкновенной, больше известной как лесной орех, или фундук, специалистам института в Западно-Казахстанском государственном ботаническом заказнике «Дубрава» удалось собрать лишь 30 орехов. Площадь заказника составляет 6 га, при этом популяция лещины обыкновенной занимает площадь 0,2 га.

– Местные жители нам жаловались, что кустарники не плодоносят, – рассказывает Наталья Ромаданова. – Из 30 орешков только 14 оказались жизнеспособны. Все они были сохранены на основе использования биотехнологических методов в культуре in vitro (то есть в пробирках, в стекле), размножены и заморожены в криогенном банке. Таким образом, популяция лесного ореха в республике может быть в любой момент восстановлена. Из размноженных в in vitro побегов лещины нами получено несколько партий саженцев, которые уже отправлены в Северный Казахстан, Петропавловск, чтобы восстановить этот вид в нескольких точках региона.

Апорт ценой яблони Сиверса

Одной из важнейших задач лаборатории является сохранение уникальной яблони Сиверса. Как известно, территория происхождения данного вида предгорных яблонь охватывает Казахстан, Кыргызстан, Узбекистан, Таджикистан, Китай. Между тем гены яблони Сиверса присутствуют в яблонях по всему миру, но в настоящее время она находится под угрозой исчезновения.

Сегодня все чаще идут дискуссии про возрождение знаменитого алматинского апорта. Вкуснейшие яблоки, впечатляющие величиной и красотой, часто отправлялись в дар иностранным делегациям или на правительственные столы. По словам специалиста, чтобы закрыть количественную потребность в апорте, в свое время его прививали на произрастающую в горах яблоню Сиверса.

– Яблони Сиверса переопылялись с сортовыми деревьями, в результате, исходя из проведенного анализа, сейчас в пред­горьях Алматы, Тургене подлинной яблони Сиверса осталось не больше 20%. Настоящую яблоню Сиверса можно найти в Тарбагатае (Джунгарском Алатау). Апорт же воссоздать – не проблема. Он продолжает расти на многих приусадебных участках, – заверила Наталья Ромаданова.

Более того, по словам специалиста, апорт сейчас не является рентабельным сортом. Да, он дает большие красивые плоды, когда его прививают именно на яблоню Сиверса. При этом вырастают огромные деревья по восемь метров.

В настоящее время в республике преобладает интенсивное земледелие. За городом можно увидеть сады, где растут небольшие деревца. Такие сады закладываются на 25 лет. Яблоневые сорта в них прививаются на клоновые подвои (побеги маточных растений определенных типов, размноженных вегетативным способом, предназначенные только для того, чтобы прививать на них культурные сорта). При этом для удобства выбирают карликовые и полукарликовые подвои – так отпадает необходимость лезть на восемь метров вверх за спелыми плодами, которые при падении могут и побиться. Собирать плоды вокруг невысоких деревьев куда приятнее. И нужно понимать: апорт плодоносит на яблоне Сиверса на седьмой-восьмой год, а урожай в интенсивном саду можно собрать уже на третьем-четвертом году.

Секрет в температуре

Надо сказать, что на сегодняшний день Институт биологии и биотехнологии растений применяет различные технологии для того, чтобы улучшить те или иные виды растений, помочь им сохраниться, вырастить сорта, устойчивые к заболеваниям, температурам, добиться высокой урожайности. При институте действуют шесть лабораторий, в каждой из них работают в сфере молекулярных исследований, позволяющих «от и до» изу­чить растение, узнать о нем буквально все, составить его генетический паспорт.

– В лаборатории криосохранения гермоплазмы мы сохраняем органы растений, из которых можно выращивать новые. Гермоплазма – это все то, из чего можно вырастить новое растение: семена, побеги, почки... Растения у нас продолжают жить при различных температурных режимах, – продолжает Наталья Владимировна. – Апикальная меристема – это верхушка растений размером один-два миллиметра. Если такой кончик побега сохранить, он может вырасти в новое растение. У нас есть рабочая коллекция в культуре in vitro. При этом растения находятся внутри пробирок, колбочек, культуральных сосудов, то есть развиваются в искусственной питательной среде, состоящей из макро-, микроэлементов, гормонов, углеводов, витаминов. Вся эта среда – своеобразная почва, только искусственная.

Рабочая активная коллекция растений в лаборатории сохраняется при температуре +24 °С и нуждается в постоянной пересадке, так как питательная среда истощается. Как известно, любая почва тоже время от времени требует удобрений. Растения в таких условиях пересаживают в новую питательную среду каждые 4–10 недель. Значит, каждые два месяца нужно готовить (варить) новую среду.

Для коллекции среднесрочного хранения соблюдается температурный режим от +4 градусов до 12 °С. При таких температурных режимах растения можно сохранять от полугода до трех лет, и они не нуждаются в пересадке. При аналогичных температурах можно сохранять и семена. При температуре -20 °С в специальных морозильных камерах тоже можно хранить семена растений.

– В основном почки, семена и апикальные меристемы хранятся у нас при температуре -196 °С. Это температура жидкого азота, которым наполняют специальные сосуды Дьюара, туда же помещаются органы и ткани растений, это и есть криобанк. Для продолжения жизни растений при изъятии из среды таких низких температур, где они хранятся, необходимо оптимизировать методологию процесса криоконсервации и режим хранения. Этим и занимается наша лаборатория, – отмечает Наталья Ромаданова.

Существует ли опасность того, что растение погибнет в жидком азоте? Как известно, все живое – растение и человек – на 70–80% состоит из воды. Если засунуть бутылку с водой в морозилку, через некоторое время она лопнет, потому что вода при замерзании расширяет­ся. Внутриклеточная вода при низких температурах разрывает стенки клетки, поэтому растение погибает.

– Чтобы не допустить этого, мы превращаем внутриклеточную воду в аморф­ное состояние – гель. Оптимизируем методологию криоконсервации так, чтобы жизнеспособность образцов была выше 40%. В дальнейшем в жидком азоте можно сохранять растения бесконечное время. Например, семена, которые находились длительное время в вечной мерзлоте, остались жизнеспособными спустя 30 тысяч лет, – подчеркивает Наталья Владимировна.

Не только сохраняют, но и лечат

Для сохранения и жизнеспособности рас­тений в культуре in vitro с их поверхности удаляются бактерии и грибы, ведь питательная среда привлекательна не только для растений, но и для различных вредных микроорганизмов, которые способны наносить губительный вред. Поэтому в специальных ламинарных боксах, куда помещают растения, создается стерильная обстановка.

Сотрудники лаборатории криосохранения гермоплазмы способны бороться с вирусами. Для диагностики они по аналогии с человеческой медициной вначале проводят ПЦР-анализ растений, а затем при обнаружении вирусов лечат их путем термотерапии, химиотерапии и криотерапии (сам по себе жидкий азот способен убивать вирусы). Для нейтрализации вирусов одних видов растений можно использовать один способ, для борьбы с другими – комбинацию методов.

– Наша лаборатория имеет также в наличии аппарат для экстракции эфирных масел. Мы изучаем их состав, их антимикробную, противовирусную, антира­дикальную, антиоксидантную активность. Изучаем, насколько те или иные растения, произрастающие в нашей республике, полезны и могут быть использованы в медицине. Мы имеем дело с флорой, состоящей из шести тысяч видов растений. При этом многие из них практически не изучены, – заключила кандидат биологических наук Наталья Ромаданова.