В настоящее время в Республике Казахстан, по данным ООН, почти 60% территории считается зоной высокого риска в связи с развитием процессов опустынивания. Так, 12 миллион гектар подверглось ветровой эрозии и 4 миллиона гектар – водной эрозии [1]. Одним из перспективных решений данной проблемы в мире для укрепления структуры почвы и озеленения является использование растений вида Paulownia [2].
Растение вида Павловния является одним из быстрорастущих деревьев, не взыскательных к качествам почвы. Данный вид деревьев обладает морозостойкими и зимостойкими качествами, которые необходимы для развития и размножения растений в различных почвенно-климатических условиях Республики Казахстан. Павловния – лиственное дерево 12-15м высотой, с крупными сердцевидными листьями 15-40 см в поперечнике, расположенными на стебле в противоположных парах. Цветки появляются ранней весной на метелках длиной 10-30 см, с трубчатым фиолетовым венчиком, напоминающим цветок наперстянки. Плод представляет собой сухую капсулу, содержащую тысячи мельчайших семян [3, 4].
Во многих странах мира, как Китай, Япония, Узбекистан, Болгария, для озеленения городских площадей стали широко использовать саженцы быстрорастущих деревьев Павловнии (Paulownia), что является новым инновационным направлением, позволяющим получать результат за более короткое время (6-ти метровые деревья максимум за 3 года) и обеспечивающим значительную экономию финансовых средств [3].
Павловния (Paulownia) – дерево с красивыми крупными листьями (диаметр около 70 см), цветами (до 6 см в диаметре) и красивой кроной. Диаметр ствола достигает 1 метр. Продолжительность жизни до 100 лет. В зависимости от среды произрастания, деревья могут достигать разной высоты, максимум -до 25 метров. Известно, что растения Павловнии используют в фармакологии, косметологии, животноводстве, а древесину, используют для получения целлюлозы. Химическая переработка древесины позволяет получать экологически чистый биоэтанол путем гидролиза [5].
В лаборатории биотехнологии кафедры «Пищевая биотехнология» Алматинского технологического университета проводятся работы по размножению различных видов растений методами биотехнологии. В результате проведенных исследований было выявлено, что растения, которые были получены путем размножения в тканевых культурах in vitro, развиваются лучше, чем те, которые были получены из семян.
Показано, что растения, полученные методом культуры in vitro имеют ряд преимуществ: абсолютно свободны от болезней и вирусов; генетически однородны, так как были размножены из однородного материала и растения развиваются быстрее.
В настоящее время на кафедре «Пищевая биотехнология» ведутся научные исследования по разработке метода введения в культуру invitro и ускоренного микроклонального размножения растений вида Павловнии войлочной (Р.tomentosa) [6].
Нами подобраны условия стерилизации для введения в культуру invitro различных эксплантов растений: верхушечной меристемы, листьев, черешков, стеблей и междоузлий на универсальной питательной среде Мурасиге-Скуга (МС) [7].
Были использованы следующие схемы стерилизации эксплантов. Первый способ: промывание в мыльной воде (2-5 мин); промывка под проточной водой (2-5 мин); стерилизация 70%-ым раствором этанола (1-2 мин); стерилизация 1,2-1,5%-ным раствором гипохлорита натрия (5 мин); трехкратное полоскание в стерильной дистиллированной воде (15 мин). Во втором способе использовали 0,5%-ный раствор гипохлорита натрия. В третьем способе стерилизацию 0,5%-ным раствором гипохлорита натрия проводили с выдержкой в 7 минут.
По результатам экспериментов выявлено, что при использовании первого способа стерилизации достигнута 100% стерильность всех видов эксплантов, но сами экспланты имели повреждения, тогда как стерилизующий агент должен максимально уничтожить все поверхностные микроорганизмы с растительного материала, но не должен повреждать экспланты. При втором случае наблюдали заражение у 70% эксплантов, время действия стерилизующего агента оказалось недостаточным для уничтожения поверхностных микроорганизмов. При третьем способе стерилизации отмечена 100%-ная стерильность эксплантов и не выявлено повреждений.
Таким образом, было установлено, что наилучшими эксплантами для введения в культуру invitro и регенерации растений явились верхушечная меристема и междоузлия растения. Каллусообразование на этих эксплантах начиналось через 7-9 дней, а регенерация наблюдалась через две недели (см. рис.).
Этапы культивирования эксплантов растения Павловнии
Для регенерации растений побеги переносили на питательную среду МС с половинным содержанием солей без фитогормонов. Отмечено, что регенерация растений происходила как на самом экспланте (прямая регенерация), так и через каллус (путем формирования плотных глобулярных структур светло-зеленого цвета). Начало формирования корней наблюдалось через 6-8 дней. Полученные растения –регенеранты высотой 3-5 см после отмывания от агара переносили в стаканчики для развития корневой системы с торфом.
В настоящее время проводятся работы по оптимизации состава питательных сред с целью повышения частоты каллусообразования и регенерации растений.