Вегетативное размножение растений. 3

Московский Государственный Университет Леса

Кафедра ботаники и физиологии растений

РЕФЕРАТ

Вегетативное размножение растений

                                                Студент: Хоменко В.Д.

                                                Группа: ЛД-14

 Преподаватель: профессор Румянцев Д.Е.

Москва 2014

Содержание:

Введение

1. Способы вегетативного  размножения в естественных условиях

1.1 Размножение усами

1.2 Размножение отпрысками

1.3 Размножение отводками

2. Способы вегетативного возобновления

3. Способы искусственного вегетативного размножения растений

3.1 Вегетативное размножение делением куста

3.2 Черенкование

3.3 Прививки

4. Микроклонарное размножение растений

4.1 Методы микрокланарное размножение растений

Заключение

Библиографический список

Приложение

Введение

Размножение растений. Одно из обязательных свойств живых организмов - воспроизведение потомства (размножение). Размножение связано с последующим расселением растений. По словам В.И.Вернадского, размножение и расселение, т.е. растекание жизни - важнейший биологический фактор нашей планеты. При размножении увеличивается численность особей данного вида. Термин «воспроизведение» отражает качественную сторону. Численность особей в результате воспроизведения иногда может сокращаться (диатомовые водоросли).

Размножение как свойство живой материи, т.е. способность одной особи дать начало себе подобной, существовало и на ранних этапах ее развития. Эволюция жизни шла параллельно эволюции способов размножения.

Формы размножения растений можно разделить на два вида: бесполое и половое.

Собственно бесполое размножение осуществляется с помощью специализированных клеток - спор. Они образуются в органах бесполого размножения - спорангиях в результате митотического деления. Спора при своем прорастании воспроизводит новую особь, сходную с материнской, за исключением спор семенных растений, у которых спора утратила функцию размножения и расселения.

Бесполое размножение осуществляется без участия половых клеток, с помощью спор, которые формируются в специализированных органах - спорангиях или зооспорангиях. Внутри спорангия происходит редукционное деление и наружу высыпаются одноклеточные споры, или зооспоры (со жгутиками). Большинство низших растений размножается спорами (водоросли), из высших споровых - моховидные, плауновидные, хвощевидные, папоротниковидные.

Размножение растений с помощью вегетативных органов (частью побега, листом, корнем) или делением одноклеточных водорослей пополам и т.д. называется вегетативным. Оно широко используется в сельском хозяйстве, особенно при размножении сортового материала, где необходимо сохранить материнские признаки сорта. Так, многие культуры хорошо размножаются с помощью одревесневших и зеленых черенков (облепиха, лимонник, актинидия, черная смородина и др.), другие плодовые (яблоня, груша, черешня, абрикос и др.) - прививкой сортовых черенков в крону дикорастущих сеянцев. Луковичные растения размножают луковицами (тюльпаны, гиацинты, гладиолусы и др.); многие многолетние травянистые растения разводят корневищами (ландыш, купена, люпин многолетний, спаржа и др.), корнеклубнями (георгины, топинамбур и др.). Некоторые растения размножаются с помощью поросли (арония черноплодная, облепиха крушиновидная, малина обыкновенная и др.) или отводками (земляника садовая, крыжовник и др.).

 
           Вегетативное размножение широко используется человеком с целью получения урожая за более короткий срок и в больших количествах по сравнению с тем, что можно получить при размножении тех же растений семенами (например, размножение земляники столонами, картофеля - клубнями). Кроме того, вегетативно размножают растения тогда, когда необходимо сохранить сортовые качества сложных гибридов (от лат.гибрида – помесь), каковыми и является целый ряд разводимых и выращиваемых человеком растений. Возможно вообще отсутствие семян у бессемянных сортов. Такие растения размножают вегетативным путем.

Половое размножение осуществляется специальными половыми клетками - гаметами. Гаметы образуются в результате мейоза, они бывают мужские и женские. В результате их слияния появляется зигота, из которой в дальнейшем развивается новый организм. Растения различаются типами гамет. У некоторых одноклеточных организм в определенный период функционирует как гамета. Разнополые организмы (гаметы) сливаются. Такой половой процесс называется хологамией. Если мужские и женские гаметы морфологически сходны, подвижны, это изогаметы, а половой процесс называется изогамией. Если женская гамета несколько крупнее и менее подвижна, чем мужская, то это гетерогаметы, а половой процесс называется гетерогамией.

Способы вегетативного размножения в естественных условиях

        Размножение усами

Усы – это побеги (ползучие), имеющие длинные междоузлия. Образуются усы у основания растения и имеют не полностью развитые чешуевидные листья. Укореняются усы с помощью придаточных корней. Усы имеют боковые почки, из которых развиваются новые растения. Данное растение ус не разрывает, высаживается в почву. После того как период корнеобразования окончен, ус можно перерезать, либо он отомрет самостоятельно со временем.

Классический пример растения, которое размножается именно таким образом – это земляника. Молодые растения достаточно быстро укореняются и дают свои новые усы. Если этот процесс не контролировать, то скоро образуется плотный ковер из этих растений, который вы не сможете отделить и выкопать без каких-либо повреждений. Поэтому следует удалять не нужные новые усы.

Чтобы получить хорошие усы от маточного растения, следует последовательно осуществить ряд действий. Прежде всего, осенью необходимо удобрить растение достаточным количеством полезных веществ. В самом начале лета часть усов, которые уже успели образоваться, следует удалить, оставшиеся необходимо слегка вдавить в землю. Все эти усы необходимо расположить вокруг материнского растения равномерно. Это поспособствует скорейшему окоренению. В горшках растения развиваются быстрее.  

К комнатным растениям, размножающимся таким способом, относятся: хлорофитумы, традесканции и др. Для размножения таких растений достаточно отделить усы от материнского растения и поместить в грунт. Через некоторое время растение приживется и начнет расти (Рис.1).

Размножение отпрысками

 Этот способ применяется у различных кустарников и деревьев, образующих из придаточных почек на корнях корневые отпрыски (корневую поросль), выкапываемые и пересаживаемые на новые места. Так размножают малину, ежевику, сливу, вишню, черемуху, облепиху и др. Подобным же образом, но только стеблевыми отпрысками (усами), размножают землянику и клубнику; у них отделяют и пересаживают молодые растеньица, развившиеся на ползучих укореняющихся надземных побегах. Существуют растения, которые как, например, бриофиллум Дегремона, образуют по краям листьев большое количество отпрысков — полностью сформированных дочерних растеньиц с воздушными корнями. Большинство бромелиевых, суккуленты и кактусы также размножаются отпрысками, отходящими от основного стебля. Их отделяют и высаживают в небольшие горшочки (Рис.2)

Размножение отводками

Ветви растения пригибают дугообразно к земле и засыпают их обычно так, чтобы верхушка побега осталась над землей. Через некоторое время на участке ветви, засыпанном землей, появляются придаточные корни, после чего отводок можно пересадить на другое место.

Укоренению содействует надрезание отводимой ветви: оно затрудняет движение пластических веществ, способствует их скоплению у места надреза и более быстрому образованию корня и новых побегов. Иногда отводимую ветвь всю расстилают по земле и получают несколько отводков из узлов. Ветви от толстых стволов «отводят», подвязывая к ним горшок, выпиленный сбоку и наполненный землей, в которую они пускают корни. Практикуют и другие способы отведения (Рис.3).

а) Горизонтальные отводки. В неглубокие бороздки укладывают молодые ветви, пришпиливают их и по мере роста побегов 2-4 раза за сезон окучивают. Хорошие результаты дают продольные надрезы или перетяжка у основания ветвей медной проволокой в 2-4 витка. Так можно размножать розы, гортензии, чубушник, сирень.

б) Воздушные отводки. Этим способом размножают юкку, аралию, рододендрон, драцену, столетник, эхеверию. Применяют этот способ в тех случаях, когда растение очень вытянулось и нужно уменьшить его высоту. В месте желаемого укоренения обрезают листья. Предварительно вдоль распиливают горшок, подгоняя донное отверстие под диаметр стволика в месте укоренения. Ствол обертывают мхом, прикрепляют к нему при помощи колышков горшок, заполняют его легкой землей и поливают. Для лучшего образования корней на стволе делают продольные надрезы. Горшок можно заменить обертыванием побега полиэтиленовой пленкой.

в) Вертикальные отводки. Окучивание часто применяют при размножении тополя, липы и других растений. Если срезать молодое дерево, появляется сильнорастущая пневая поросль. Когда побеги достигнут 8 - 10 см высоты, проводят первое окучивание (обязательно питательной землей на 2/3- 3/4 их длины), второе - при длине побегов 15 - 18 см, третье, когда их длина достигнет 45 - 50 см. В конце сентября землю удаляют, срезают укоренившиеся побеги и сажают их в питомник или на постоянное место.

В плодоводстве чаще всего применяют размножение вертикальными и горизонтальными отводками; так размножают многие сорта крыжовника, некоторые подвои яблони, в декоративном садоводстве — сирень, калину, жимолость и др.

Вегетативное восстановление

Все органы вегетативного возобновления происходят от почки, которая является началом новой особи. Почки возобновления развиваются в основании побегов, образуя зону кущения. В образовании новых особей из почек отмечают следующие этапы: почка → побег-сосунок → побег, способный к самостоятельному существованию, → частный куст (партикула) → самостоятельное растение (клон, сложный куст).

Зрелая почка при благоприятных условиях развертывается в побег-сосунок, который еще не имеет собственных корней и питается за счет материнского побега. С образованием ассимилирующих листьев и собственных корней побег может перейти к самостоятельному существованию, если он окажется изолированным от материнского побега. При сохранении связей с материнским побегом формируется простой куст, а после распада особи на части появляется клон. У кустовых злаков уже на второй год жизни образуется сложный куст, где между побегами существуют сложные взаимоотношения. В кусте каждого злака можно выделить генеративные и вегетативные побеги. Генеративные побеги делятся на настоящие, заканчивающиеся плодоносящим соцветием, и скрытогенеративные, у которых соцветие находится в зачаточном состоянии и скрыто во влагалище листьев. Среди вегетативных побегов выделяют укороченные, состоящие из листьев и короткого стебля, с очень сближенными междоузлиями, и удлиненные побеги с хорошо развитыми стеблями, но не имеющие соцветий.

Искусственное вегетативное размножение растений

В сельскохозяйственной отрасли и садоводстве применяют преимущественно методы искусственного воспроизводства растений, поскольку это дает возможность контролировать и регулировать процесс размножения. Наиболее традиционными способами являются отводка, черенкование и прививание. Однако сейчас все большую популярность на коммерческом уровне приобретают так называемые методы микрорепродукции (клонирования), где исходным материалом служат клетки растений или очень мелкие участки их биологических тканей. Такой материал выращивается в особых условиях и в специально культивированных средах, поэтому данная методика также именуется культурой ткани.

Вегетативное размножение делением куста

Деление куста

Деление куста - самый простой способ. Обычно так размножают корневищные растения, особенно сильно кустящиеся и образующие большое количество надземных побегов, идущих от корней или корневищ (флокс, спирея, многолетние хризантемы, некоторые сорта сирени, чубушник корнесобственный, а из растений закрытого грунта - аспидистра, аспарагус). Острой лопатой, секатором или ножом выкопанный куст делят на равные части так, чтобы каждая из них имела корни и не менее двух-трех побегов или почек. При необходимости корни, побеги, однолетние ветви укорачивают. Хорошие результаты получают при делении старых растений с мощной корневой системой с помощью острого кола. Растения, цветущие ранней весной, рекомендуется делить и сажать осенью; цветущие летом и осенью лучше делить осенью и весной.

Образование корневых отпрысков иногда вызывают искусственно. Для этого весной куст подрезают с двух противоположных сторон, и к осени в местах подреза образуется густая поросль, которую можно использовать для деления, черенкования и т. д.(Рис.4)

Черенкование

Черенкование - способ вегетативного размножения путем укоренения определенных частей растения. Черенки могут быть стеблевыми, корневыми, листовыми.

Стеблевые черенки подразделяют на одревесневшие, полуодревесневшие и зеленые. Одревесневшими черенками размножают смородину, тополь, спирею, иву. Вызревшие черенки длиной 15-30 см заготавливают осенью или весной. Сажают их под углом 60-70° для большего доступа воздуха к укореняемой части черенка, оставляя над почвой одну-две почки. Посаженные черенки обильно поливают, мульчируют.

Полуодревесневшие черенки имеют листья, древесина их еще не полностью вызрела. Таким способом размножают комнатный жасмин, чубушник, розы, сирень, фуксию. Для посадки используют черенки различной длины с двумя-тремя глазками.

Зеленые черенки представляют собой растущие побеги с невызревшей древесиной и с листьями. В оранжереях размножение зелеными черенками начинают с ранней весны и ведут до середины лета; в открытом грунте этот способ размножения используют с момента появления молодых побегов.

Большинство видов декоративных кустарников черенкуют в фазе бутонизации, что обеспечивает большую приживаемость укоренившихся черенков, лучшее их одревеснение и перезимовку.

Время укоренения черенков разных растений неодинаково. Быстро укореняются черенки альтернантеры, герани, гвоздики, ирезине, гелиотропа, колеуса, люпина, дельфиниума, мальвы, седума, флоксов, большинства комнатных растений - традесканции, фуксии, фикуса, олеандра, аукубы, лигуструма, хризантем, а из древесных растений открытого грунта - тополя, ивы (на 6-8 день). Красивоцветушие кустарники - розы, сирень, чубушник, калина бульдонеж - укореняются на 20-24 день, а большинство хвойных растений - ель, пихта, криптомерия, араукария - через 3-4 месяца после посадки и даже через 6 месяцев. Очень медленно укореняется туя. Ее черенки высаживают в парники под зиму, накрывают рамами и хорошо утепляют. К весне часть растений укореняется.

Для черенкования используют только проверенные на производственные и декоративные признаки здоровые маточники: травянистые в возрасте от 1 до 3-5 лет, древесные - до 10 лет. Лучше укореняются и развивают корневую систему черенки с молодых сильнорастущих растений, специально выращиваемых для этой цели и ежегодно сильно обрезаемых.

При черенковании необходимо соблюдать чистоту. Для этого ящики, горшки, стеллажи, парники перед началом работы дезинфицируют крепким (почти черным) раствором марганцовокислого калия. Этим же раствором дезинфицируют и субстрат, после того как польют его водой. Марганцовокислый калий, кроме стерилизации, способствует лучшему укоренению черенков (Рис.5).

Прививки

Прививки растений или трансплантации, которыми широко пользуются в декоративном садоводстве и плодоводстве для сохранения особенностей сорта или улучшения его, также относятся к вегетативному размножению (рис.2). Прививка заключается в том, что почки или черенки одного растения пересаживают и сращивают с тканями другого растения, имеющего собственные корни. Прививка основана на способности, побегов срастаться благодаря весенней и летней деятельности камбия. То растение, к которому прививают, называется подвоем, а та часть растения, которую прививают, называется привоем. Подвоем может служить как взрослое растение в целом, так и нижняя часть стебля вместе с корнями; привоем служит часть побега с почками (черенок) или один главок (почка). 

Способов прививки много: копулировка, под кору, в расщеп, окулировка и др. Во всех случаях срезанный острым чистым ножом привой плотно прикладывают к срезу на подвое или вставляют под кору и плотно привязывают. Через некоторое время происходит срастание двух растений. Прививки обычно проводят в периоды деления клеток камбиального слоя и сокодвижения. Так, первые три способа применяют весной, а окулировку (прививку почкой) – во второй половине лета. В плодоводстве также применяют зимнюю прививку побегов, используя в качестве подвоя однолетние сеянцы или корневые черенки, выкопанные с осени и хранящиеся в подвале.  
 
Благодаря работам И. В. Мичурина и многих других исследователей установлено, что свойства разных растений могут передаваться от подвоя к привою и обратно. Подвой может влиять на привой, вызывая изменения размера растений, размера листьев и плодов, внешнего облика растения, времени цветения, продолжительности жизни, содержания неорганических и некоторых органических веществ, устойчивости к болезням и др. Влияние привоя на подвой менее заметно (Рис.6).

Микроклонарное размножение растений

Получение растений, свободных от вирусной инфекции, — только первый шаг использования их в семеноводстве. Следующая важная задача- их ускоренное размножение. Кроме того сам по себе метод микроклонального размножения дает возможность получать в больших количествах растения у таких культур, которые с трудом или совсем не размножаются вегетативно, а также быстро размножить уникальный генотип, например, новый сорт.  
Метод позволяет поддерживать на относительно небольшой площади в лабораторных условиях круглогодичный рост растений, что дает возможность планировать их выпуск к определенному сроку. Наконец, благодаря этому методу появилась реальная возможность создания «банка» или коллекции ценных культур.

Методы микроклонального размножения

1) Активация развития уже существующих  в растении меристем (точек роста). Рис. 3. Для получения безвирусного  посадочного материала чаще всего  используют стеблевую меристему. В меристеме содержится минимальная  концентрация вирусных частиц (или  их нет вовсе). В этих клетках  содержится минимальная концентрация  токсинов. Эти клетки программированы  на получение клеточной массы. (рис. 4). Суть метода заключается  в последовательном переносе  в новую питательную среду  вновь возникающих побегов и  почек следующего порядка. Чтобы  активировать появление новых  побегов, почек в питательную  среду вносят цитокинин. Можно  активировать развитие боговых  побегов, удаляя верхушечную почку  побегов, от которых отбирают  побеги нового порядка. Метод  разработан на сахарной свёкле, табаке, картофеле, томатов, перца, тыкве, огурце, гвоздике, хризантеме, розе, гербере, чае, яблоне, сливе, вишне, винограде, смородине, малине, тополе, березе, рябине, можжевельнике  и др.

На производственную основу метод поставлен на картофеле, из одной меристемы картофеля можно получить 100 тыс. растений в год. Разработанная технология позволяет получить микроклубни в качестве ценного безвирусного посадочного материала. Избавиться от вирусной инфекции можно только методами микроклонального размножения, такой посадочный материал дает урожайность на 40-50% больше зараженного.

2) Индукция возникновения адвентивных  почек тканями экспланта. Адвентивные  почки возникают из любого  фрагмента растения, в том числе  из тех фрагментов, которые в  условиях in vivo не закладывают почек. Этот метод основан на способности  изолированных частей растения  при благоприятных условиях питательной  среды восстанавливать недостающие  органы и регенерировать целые  растения. Питательная среда должна  содержать только цитокинин или  цитокинин и ауксин в соотношении 10:1 или 100:1. Метод разработан на  многих луковичных растениях (из  луковичных чешуй получены растения  нарцисса, лилии, гладиолусы, тюльпаны; из фрагментов донца луковиц  получены лук, чеснок; луковичные  растения получают из верхушечной  меристемы, фрагментов листьев, из  фрагментов листьев получены  капуста цветная, кочанная, брюссельская, листовая, фиалки, из фрагментов  зародышей получают представителей  древесных растений). На промышленную  основу поставлено получение  безвирусной земляники. Меристематические  верхушки изолируют от здоровых  растений выращивают в среде  М-С. содержащий цитокинин. Через 3-4 недели меристема развивается  в проросток, в основании проростка  формируются адвентивные почки, они быстро растут и дают  начало новым почкам, почки связан  между собой соединительной тканью, почки развиваются в листья  на коротких черешках. У основания  черешков снова формируются адвентивные  почки. Почки рассаживают в свежую  питательную среду. Если в питательную  среду не включать цитокинин, то через 4-6 недель формируются  нормальные растения с корнями  и листьями. Если же почки пересаживают  в среду с цитокинином индукция  адвентивных почек продолжается. Морфогенетическая активность экспланта  сохраняется в течение 3-4 лет. За  один год можно получить несколько  млн. растений земляники.

3) Индукция соматического Эмбриогенеза. Соматический эмбриогенез приводит  к появлению в клетках экспланта  или каллуса эмбриоидов (зародыше  подобные структуры). Эмбриоиды возникают  неполовым путем, развиваются в  питательной среде, а не в семяпочке, не переходит в состояние покоя, а дают начало проростку.

Питательная среда содержит ауксин, под влиянием которого клетки репрограммируются в эмбриональные. На последующих этапах концентрацию ауксина снижают или полностью его исключают из среды. В безгормональной среде после индукции двух меристемных очагов происходит дифференциация зародыша. В двух точках меристематического роста в достаточных количествах синтезируются ауксины и циоткинины, обеспечивающие дифференциацию зачатков зародыша.

Заключается в индукции эмбриоидов в тканях экспланта или в каллусе. В отличие от остальных методов, соматический эмбриогенез позволяет получить растения с корнями сразу с момента прорастания зародыша (не требуется 3 этап микроклонального размножения). Т.о. из соматического зародыша можно получить растения в кратчайшие сроки. Эти растения отличаются повышенной способностью в адаптации.

Для того, чтобы инициировать эмбриогенез в клетках в питательную среду вносят аналог ауксина 2,4 – Д, под действием этого фактора соматические клетки репрограммируются в эмбриональные. Инициированная клетка ведет себя как зигота. В процессе формирования первичных структур зародыша формируются два меристемных очага. Возникшую биполярную структуру переносят в среду без гормонов. В точках меристемного роста активно синтезируются ауксины и цитокинины. Т.о. зародыш в безгормональной среде развивается самостоятельно без участия аналогов фитогоромнов

4) Дифференциация адвентивных почек  в первичной и пересадочной  каллусной тканях

Основан на регенеративной способности растений. Используется редко, т.к. каллусная ткань не стабильна, и , являясь основой для растений, формирует сомаклоны, которые отличаются от исходных растений. Этот метод может быть рекомендован для размножения культур, у которых вариабельность признаков растений ретордантов подобно вариабельности признаков растений in vivo. К таким культурам относят сахарную свёклу, томаты, рис, подсолнечник, лён, пшеница, некоторые древесные формы. Преимущество этого метода – возможность размножения растений в тех случаях, когда остальные методы поставить невозможно. Например, если в качества экспланта используется небольшой фрагмент редкого растения. Метод используется в клеточной селекции для получения разнообразных вариантов исходного растения, в том числе мутантных.

Почки переносят в питательную среду, если в питательной среде не содержится аналоги фитогормонов, то на таких средах появляются нормальные растения с корнями и листьями; если же в питательной среде содержится аналог цитокинина БАП, то пролиферация (размножение) адвентивных почек.

Заключение

Для сохранения ценных признаков сорта используют вегетативное размножение (только оно обеспечивает сохранение, закрепление и передачу признаков и свойств сорта): деление куста, вертикальные и горизонтальные отводки, корневые отпрыски,  черенки, прививки. Преимущество вегетативного размножения заключается в полном воспроизведении генотипа и сохранении уникальных сочетаний генов, возникших спонтанно или в результате контролируемого скрещивания. Саженцы-отводки цветут в 1-3-й год после посадки, а саженцы, полученные путем черенкования, зацветают лишь на 3-й год. Они имеют слабые корни и медленно развиваются. Растения при других способах вегетативного размножения начинают плодоносить на 3-4 год, при размножении семенами на 8-10 год.

Недостаток в том, что дочерние организмы полностью повторяют свойства материнского организма и поэтому плохо приспосабливаются к изменяющимся условиям среды.

Библиографический список

1. Чебышев Н.В., Гузикова Г.С., Лазарева Ю.Б., Ларина С.Н. Биология. Новейший справочник. – М.: Махаон, 2007. – 512 с.
2. Чебышев Н.В., Кузнецов С.В., Зайчикова С.Г., Гуленков С.И., Козарь М.В.  Биология: Пособие для поступающих в вузы: В 2 т. Т.1. – 2-е изд., испр. и доп. – М.: РИА «Новая волна»: Издатель Умеренков, 2013. – 512 с.
3. Мак-Миллан Броуз Ф. Размножение растений. - М.: Мир, 1987. - 192 с.

Приложение

Рис.1

Рис.2

Рис.3

Рис.4

Рис.5

Рис.6