Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка технологии массового производства клонированного посадочного материала ценных генотипов лиственных пород (ясень, осина, береза), свободного от фитопатогенов

Докладчик: Кляшторный Владислав Георгиевич

Должность: к.б.н., н.с. группы лесной биотехнологии ИБХ РАН

Цель проекта:
Данный проект направлен на получение значимых научных результатов в области развития лесного и лесопромышленного комплекса РФ, повышения качества ведения лесного хозяйства за счет обеспечения грамотного, рационального управления лесами и использования современных методов ведения лесовосстановительных работ. Целью проекта является разработка технологии и организация массового производства посадочного материала ценных генотипов березы, осины и ясеня, свободного от фитопатогенов, с использованием метода клонального микроразмножения. В соответствии с этим конечным продуктом является посадочный материал элитных пород лиственных деревьев (береза, осина и ясень) высокого качества и свободный от фитопатогенов. Такой продукт очень востребован как на внутреннем, так и на внешнем рынках.

Основные планируемые результаты проекта:
В результате выполнения проекта ожидается получение следующих основных результатов:
1. Разработка и оптимизация методики клонального микроразмножения ценных генотипов лесных древесных растений (осина, береза, ясень), которая должна обеспечить следующие параметры: уровень эффективности стерилизации более 50%, коэффициент мультипликации in vitro не менее 3, частота формирования корней не менее 70%, количество жизнеспособных растений для стадии адаптации микрорастений к условиям защищенного грунта не ниже 80%, эффективность технологии клонального микроразмножения не менее 2000 микрорастений in vitro с 1 м2 полезной площади в месяц.
2. Производство опытной партии продукции посадочного материала березы, осины и ясеня, свободной от патогенной микрофлоры и вирусных инфекций, имеющие нормальную неизмененную морфологию, обладающие ускоренным ростом в полевых условиях в течение первых 3-5 лет. Планируемый объем опытной партии посадочного материала составит не менее 3 тысяч растений (по 200 растений на каждый из 5 ценных генотипов березы, осины и ясеня).
3. Кроме того, результатом работ станет технология для быстрого внедрения новых генотипов данных древесных пород в широкомасштабное производство, отличающаяся тем, что ускорятся темпы получения асептических культур новых генотипов на 10-20%, интенсифицируется процесс размножения растений на 50-100% с сохранением морфологических параметров и качества побегов в пределах нормы, увеличится выход хорошо сформированных корнесобственных микрорастений до 80-100%, увеличится процент приживаемости при адаптации к условиям атмосферной влажности до 95-100%.

Кроме того, поскольку в ходе выполнения проекта будет проводиться разработка методов детекции различного вида фитопатогенов, то после завершения данного проекта (в 2017-2018 гг.) предполагается также создание тест-систем для определения основных типов фитопатогенов не менее чем для 15 сортов 3-х различных пород деревьев в условиях реальных лесонасаждений. Предлагаемые услуги по тестированию лесной продукции будут сопровождаться списком конкретных практических рекомендаций для данного конкретного лесного хозяйства.
Также в ходе реализации проекта будет накоплено большое число материалов по доминирующим видам фитопатогенов осины, березы и ясеня, характерных для исследуемых регионов РФ (Московская обл., Кировская обл., Республика Татарстан, Республика Марий Эл). Таким образом после завершения проекта вероятно также будет принято решение о создание банка данных доминирующих видов фитопатогенов, с возможностью его дальнейшей коммерциализации.

За рубежом метод клонального микроразмножения растений используется широко. Существует порядка 50 крупных предприятий, которые специализируются преимущественно на монокультурных схемах производства. Но технологии селекционных достижений остаются в секрете (ноу-хау), так как имеют очень большую экономическую ценность. Распространяется при этом только продукт производства.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Возможность коммерциализации результатов выполнения данного проекта оценивается как высокая, поскольку существует дефицит здорового посадочного материала древесных растений для нужд сельского хозяйства, лесопаркового хозяйства, садоводств и озеленения городов. В настоящее время в нашей стране остро стоит проблема производства посадочного материала, зачастую имеющего нетоварный вид и зараженность различными инфекционными заболеваниями, поэтому разрабатываемая технология массового производства посадочного материала элитных генотипов осины, березы и ясеня на основе метода клонального микроразмножения позволит получить микрорастения, свободные от патогенной микрофлоры и вирусных инфекций, с нормальной неизмененной морфологией, обладающих ускоренным ростом в полевых условиях и цветением ранее стандартного срока. А разрабатываемые технологии детекции различных видов фитопатогенов могут быть использованы для создания тест-систем, а также банка данных фитопатогенов, которые впоследствии также могут быть коммерциализованы.
Для промышленного размножения лесных древесных растений методом клонального микроразмножения очень важно использовать в качестве исходного материала ценные формы, сорта, гибриды. Для этого нужно знать биологические особенности вида, его селекционное значение. Разрабатываемая технология будет адаптирована к нескольким генотипам березы бородавчатой, пушистой, березы карельской и одному генотипу березы чернокорой, а также двум формам осины – зеленокорой и исполинской.
В мире существует порядка 65 крупных предприятий, которые специализируются преимущественно на монокультурных схемах производства меристемных растений. Но технологии селекционных достижений остаются в секрете (ноу-хау), так как имеют очень большую экономическую ценность. Распространяется при этом только продукт производства. В России отсутствует открытая технологическая документация для организации производства меристемных растений. Без разработки собственных технологий и поддержки научными достижениями организация производства крайне сложна.
Разрабатываемая нами технология должна найти применение в лесном хозяйстве и обеспечить решение следующих задач: ускорить селекционный процесс (сократить время, затрачиваемое на создание новых гибридов и сортов лесных древесных растений, по крайней мере, в 2-3 раза), сократить время, затрачиваемое на массовое производство посадочного материала новых ценных генотипов с 20-30 лет (в зависимости от породы) до 2-3 лет.
Возможными покупателями могут стать: лаборатории меристемных культур; тепличные, фермерские, лесные хозяйства, агрокомплексы, селекционеры. В Московской области порядка 300 предприятий, занимающихся производством и последующей продажей древесных растений. 10-15% - это крупные комплексы, продажи которых составляют более 1,5 млн. растений в год; 15-25% - предприятия среднего размера, продажи которых составляют около 1 млн. растений в год; 60-75% - небольшие предприятии, продажи которых составляют около 200-500 тыс. растений в год.

Текущие результаты проекта:
На текущий момент выполнена основная масса работ по этапу I «Разработка основных этапов и оптимизация ключевых параметров процесса клонального микроразмножения ценных генотипов лесных древесных растений (осина, береза, ясень)». В частности, проведено написание аналитического обзора по данной тематике, а также бизнес-плана проекта и отчета о патентном поиске. Собраны данные по основным патентам в области методов детекции фитопатогенов и способам защиты от них. Разработан список мероприятий и направлений развития проекта, запланированных с целью его коммерциализации, включая перечень пост-проектных мероприятий (создание тест-систем для определения основных типов фитопатогенов в условиях реальных лесонасаждений и создание банка данных доминирующих видов фитопатогенов, характерных для исследуемых регионов РФ).
Проведены работы по материально-техническому обеспечению основных экспериментов, запланированных на первый этап: закуплены необходимые реактивы, подготовлены необходимые образцы микрорастений березы, осины и ясеня, а также образцы растений, зараженных фитопатогенами.
Проведено экспериментальное определение оптимальных значений ключевых культуральных параметров на каждом этапе размножения в условиях in vitro. Установлено, что для получения асептической культуры березы, осины и ясеня наиболее оптимальным режимом стерилизации является промывание в 0,2% растворе нитрата ртути в течение 2 – 2,5 минут, с последующей отмывкой и помещением на питательную среду WPM, дополненную 6-БАП с конечной концентрацией 1,0 мг/л. Подобраны оптимальные параметры питательной среды для этапов размножения и укоренения.
В ходе исследований разработана методика выделения суммарной ДНК патогенов из культур in vitro и посадочного материала ex vitro осины, березы и ясеня, характеризующаяся высокими показателями выхода ДНК (0,6 мкг на 1 мг образца), отсутствием примесей белка и РНК и деградации ДНК в препарате, возможностью ПЦР-амплификации концентрированных растворов. Создана коллекция ДНК доминирующих видов возбудителей инфекционных заболеваний осины, березы и ясеня.
Разработан набор из четырех пар универсальных праймеров для молекулярно-генетической диагностики патогенов методом классической ПЦР. Диагностическая чувствительность ПЦР-анализа с их использованием составила 95,2 %, диагностическая специфичность близка 100%. Разработан набор из четырех пар праймеров для молекулярно-генетической диагностики патогенов методом гнездовой ПЦР. Диагностическая чувствительность: близка к 100%, специфичность: близка 100%. Для отдельных изученных патогенных видов разработаны видоспецифические праймеры и зонды для проведения молекулярно-генетической диагностики и количественной оценки содержания патогенов методом ПЦР в реальном времени.