Криохранение культурных видов картофеля

НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ ПРИКЛАДНОЙ БИОЛОГИИ И БИОЛОГИЧЕСКОГО ОБРАЗОВАНИЯ

Н. С. Волосатова, Ю. В. Ухатова Криохранение культурных видов картофеля

В настоящее время существует несколько способов поддержания вегетативно размножаемых культурных видов растений: полевые, in vitro и криоколлекции. Каждая из этих коллекций необходима. Так, полевые коллекции нужны для активного поддержания образцов в естественных условиях и изучения их морфологических и агрономических признаков; in vitro коллекции используются для ускоренного размножения, оздоровления и изучения образцов в искусственных условиях, а также для рассылки; криоколлекции создаются для сохранения образцов неограниченное количество времени.

Криохранение растений представляет собой хранение растительных тканей и органов в жидком азоте при температуре -196 °С или в парах жидкого азота при температуре -135 °С таким образом, что жизнеспособность тканей сохраняется. Преимуществом криоконсервации является то, что в растении практически останавливаются все метаболические процессы. Таким образом, существует возможность сохранения генетически стабильного материала неограниченно долгое время.

Существуют некоторые проблемы при замораживании растительного материала. Успешное криозамораживание растительных тканей возможно только в том случае, если внутри клеток не образуются кристаллы льда, которые могли бы вызывать необратимые повреждения клеточных мембран. Поэтому основные усилия исследователей при разработке методов криоконсервации направлены на уменьшение количества свободной воды в клетках. Считается, что для успешного замораживания растительных тканей содержание свободной воды в них должно быть снижено на 20-30 %.

Криохранение обычно применяется для видов с рекалцитрант-ными (т. е. чувствительными в обезвоживанию) семенами, которые невозможно сохранить в других условиях, или же для сохранения определенных видов вегетативно размножаемых растений, например, такой сельскохозяйственной культуры, как картофель.

Разные систематики по-разному оценивают число видов рода Solanum L., однако все они сходятся во мнении, что число этих видов очень велико. Например, по систематике Хокса выделяют

400

7 культурных и 228 диких видов картофеля (Hawkes, 1990). Эти виды отличаются по плоидности (внутри рода выделяют 2х, 3х,4х, 5х и 6х формы) и по эколого-географической приуроченности, что определяет их высокое генетическое разнообразие.

Современные селекционные сорта картофеля являются сложными гибридами исходных форм S. tuberosum subsp. tuberosum и различных культурных и диких видов - носителей ценных генов устойчивости. Поэтому селекционный картофель является высоко гетерозиготной культурой и не может быть воспроизведен половым путем через семена. Для сохранения генетической структуры сортов их поддерживают вегетативно в полевых и in vitro коллекциях. В последнее время появилась возможность долгосрочного сохранения данной культуры в условиях сверхнизких температур - криохранения.

Криосохранение картофеля является надежным, компактным и относительно недорогим. В настоящее время криоколлекции создают в различных генбанках по всему миру, в том числе в ВИРе (Швачко и Гавриленко, 2011). Крупнейшими криоколлекциями картофеля являются коллекции CIP (Перу), IPK (Германия). В этих генбанках насчитывается большая коллекция успешно сохраненных образца картофеля. Так, коллекция IPK насчитывает 1403 образца селекционных сортов, а CIP - 670 аборигенных южно-американских сортов (Kaczmarczyk et al., 2011; Швачко и др., 2014).

Для создания криоколлекций в мире используются различные методики. В Германии широко применяют дроплет-метод. Он включает в себя несколько этапов. Сначала микрочеренки картофеля высаживают в стерильные банки на безгормональную среду Му-расиге и Скуга (MC) для получения растений с выровненным физическим состоянием. Растения выращивают в течение трех недель при стандартных условиях: температура 20-25 °С и 16 часовом фотопериоде. Выделенные апикальные и пазушные почки помещают в жидкую среду МС, инкубируют 12 часов и переносят на жидкую среду МС с добавлением 10 %-ного криопротектора диметилсульфоксида (ДМСО) на 1,5-2 часа.

Замораживание в жидком азоте проводят на полосках фольги, нанося по 5 капель среды МС с 10% ДМСО и помещая в них экс-планты. Полоски с эксплантами помещают в криопробирки, наполненные жидким азотом (по две в каждую пробирку), плотно закрывают и опускают в криотанк на длительное хранение. В случае необходимости или для проверки регенерационной способности материал размораживают при комнатной температуре в среде МС в течение 15 минут, после чего эксплант переносят на чашку Петри с меристемной средой и помещают на светоустановку (20-25 °С, 16/8 часов свет/темнота). Оценка выживаемости и регенерации прово-

401

дится на третьей, шестой и восьмой неделе культивирования после размораживания.

Еще один метод - метод витрификации, модифицированный для апикальных почек картофеля Sarkar и Naik в 1998 г., который позволил получить 54 % выживших эксплантов. В одном из ведущих генбанков картофеля Перу (CIP) методом витрификации с 1995 по 2000 г. были криозаморожены 197 генотипов картофеля со средним уровнем выживаемости 46 % (Kaczmarczyk et al., 2011). Однако этот метод не всегда давал высокий процент регенерации образцов, в связи с чем в 2004-2008 гг. CIP в сотрудничестве с лабораторией INIBAP (Лёвен, Бельгия) адаптировали для картофеля метод дроплет-витрификации.

В 2005 г. Panis разработал еще один метод криозамораживания - метод Дроплет-витрификации. Для получения растений с выровненным физическим состоянием микрочеренки картофеля высаживают в безгормональную среду МС в световую комнату (2025 °С, 16/8 часов свет/темнота) на три недели. После изоляции как пазушных, так и верхушечных почек in vitro растений их погружают в жидкую среду LS (Loading Solution) на 20 мин. Затем экспланты переносят на предварительно охлажденную до 0 °С жидкую среду PVS2 (Plant Vitrification Solution) с 15 % ДМСО и оставляют на льду в течение 30 мин.

Для замораживания в жидком азоте стерильные полоски фольги с пятью каплями смеси из среды PVS2 и криопротектора и, соответственно, с пятью эксплантами (по одному в каждой капле), погружают в криопробирку, заполненную жидким азотом (в каждую пробирку помещают по две полоски). Далее подписанные пробирки погружают в пронумерованные ячейки в жидкий азот. Для учета выживаемости и процента регенерации материал размораживают при комнатной температуре в среде RS (Rewarming Solution) в течение 15 мин, после чего экспланты переносят на чашку Петри с мери-стемной средой и помещают на светоустановку (20-25 °С, 16/8 часов свет/темнота). Оценка выживаемости и регенерации проводится на третьей, шестой и восьмой неделе культивирования после размораживания.

В настоящее время в отделе биотехнологии ВИР поддерживается in vitro коллекция, насчитывающая 360 образцов рода Solanum L. С 2011 г. в ВИРе начаты работы по модификации метода дроплет-витрификации для картофеля с целью получения более высоких процентов жизнеспособных и регенерирующих эксплантов после криохранения. Н.А. Швачко модифицировала данный метод и начала закладывать на криохранение не только апикальные, но и пазушные почки, получая высокий выход растений-регенератов (Shvachko, Gavrilenko, 2011). В настоящее время криоколлекция картофеля

402

ВИР, созданная при помощи модифицированного метода дроплет-витрификации, насчитывает 111 образцов. Следует отметить, что процент регенерации растений после криоразмораживания почек составляет свыше 40 % у 90 % изученных образцов (Швачко и др., 2014).

Ф. Е. Ильин, А. В. Шаров, А. М. Малованова

Физическое развитие и работоспособность студентов факультета ЕГиТ Ленинградского университета им. А.С. Пушкина

В настоящее время перед образовательными структурами и обществом в целом как никогда остро стоит проблема воспитания нового поколения здоровым, ведущим здоровый образ жизни, физически закаленным, поэтому исследования в этой области имеют особую актуальность.

Физическое развитие отражает процессы роста и развития организма на отдельных этапах постнатального онтогенеза (индивидуального развития), когда наиболее ярко происходят преобразования генотипического потенциала в фенотипические проявления.

Целью данного исследования было знакомство с методами оценки физического развития и работоспособности студентов, привитие навыков антропометрии, оценка показателей физического развития и работоспособности, в соответствии возрастным нормам.

В ЛГУ им. А.С. Пушкина проведена оценка физического развития и работоспособности студентов в половозрастном аспекте.

Длина тела юношей (I-V курсы) была выше, чем у девушек. В связи с возрастом (17-21) отмечено равномерное возрастание длины тела как у юношей, так и девушек факультета естествознания и географии. Длина тела у юношей и девушек находится в пределах физиологической нормы.

Масса тела юношей в возрасте 17-21 год имела тенденцию к возрастанию, по сравнению с девушками. Отмечено равномерное возрастание массы тела как у юношей, так и девушек факультета естествознания и географии, масса тела у юношей и девушек находятся в пределах физиологической нормы.

Окружность грудной клетки (ОГК) у юношей и девушек плавно возрастает с 17 до 21 года, у юношей данный показатель выше, чем у девушек, и этот показатель у обоих полов находится в пределах нормы.

По динамометрии кисти левой руки достоверно высокие показатели у юношей по сравнению с девушками. Сила кисти левой руки юношей и девушек возрастает планомерно с возрастом. Данный по-

403