Природные ресурсы ЛР, их рациональное использование. Интродукция новых видов во флору Беларуси. Культивирование ЛР

Интродукция ЛР. Под интродукцией растений в широком плане понимается введение в куль­туру дикорастущих растений, как в пределах ареала, так и в новых областях, там, где эти виды не встречались до сих пор ни в диком, ни в культивируемом состоянии.

Понятие «интродукция» неразрывно связано с понятиями «акклиматиза­ция» и «натурализация». «Акклиматизация» − это приспособле­ние растения к новым климатическим условиям, отличным от условий ареала. Под «натурализацией» понимается высшая степень акклиматизации, при которой растение настолько приспосабливается к новым условиям обитания, что может самостоятельно размножаться, давать самосев и не уступать в ценозах другим видам в борьбе за существование.

Интродукция − сложный биологический процесс. При ее проведении необходимо знать пределы выносливости интродуцента и его приспособитель­ные особенности − реакцию на температуру, влажность почвы и воздуха, свет; в равной степени нужно знать эдафические и филогенетические особенности и географическое происхождение. Необходимо также изучить биологические свойства, выработанные в результате постоянного взаимодей­ствия его со средой. Интродукторам необходимо изучать, сопоставлять и ана­лизировать сумму активных температур ареала и нового места культуры, абсолютные и средние термические показатели в разные периоды вегетации растения, световой режим, учитывать сумму осадков, зимние осадки, снежный покров и многое другое.

Поскольку интродукция проводится с ЛР, особое место следует уделять важнейшему химическому признаку, учитывая его воз­можную изменчивость в новых условиях обитания. Только изучение всего комплекса факторов: термических, эдафических, биоэкологических, геогра­фических и химических, выявление среди них интегральной и функциональной зависимости − даст возможность прогнозировать эффект интродукции. При этом приходится помнить, что интродуцируемый вид представляет собой сложную, обособленную морфологическую систему, находящуюся в тесной взаимосвязи с определенной средой и ареалом.

ИнтродукциейЛР долгое время занимались во Всесоюзном (теперь Всероссийском) научно-исследовательском институте лекарственных и ароматических растений (НПО “ВИЛАР”) и его зональных опытных станциях, а также сотрудники ботанических садов – в частности, ЦБС НАН РБ, сада «Виолентия» (при Минской овощной фабрике). Введение в культуруновых ЛР − дли­тельный и трудоемкий процесс, осуществляемый в течение нескольких этапов: сбор посевного или посадочного материала, изучение биологических, эдафических, свето-климатических особеннос­тей ЛР, проведение экспериментальных посевов и выяв­ление оптимальной зоны размещения новых культур, отбор хозяйственно ценных популяций, разработка эффективных способов возделывания. Для введения в культуру однолетников в среднем необходимо 3-4 года, много­летников − 6-10 лет.

Несмотря на общую тенденцию увеличения числа интродуцированных видов, этот путь возможен не для всех ЛР. Специалис­тами НПО “ВИЛАР” определено около 70 дикорастущих ЛР, которые по своим биоэкологичес-ким особенностям введе­нию в промышленную культуру не поддаются (адонис весенний, аир болотный, багульник болотный, горец птичий, плауны).

В культуру, как правило, вводят:ЛР, дающие крупнотоннажное сырье (валериана лекарственная, ромашка аптечная, облепиха крушиновидная, наперстянка шерстистая);ЛР с ограниченным ареалом или ограниченны­ми запасами сырья (красавка обыкновенная, марена красильная, женьшень);ЛР с обширным ареалом, но произрастающие спорадически и не образующие зарослей (зверобой продырявленный и пятнистый, бессмертник песчаный, синюха голубая);источники новых ЛС и препаратов с необеспечен­ной сырьевой базой (вздутоплодник сибирский, расторопша пятнистая, рапонтикум сафлоровидный, копеечник альпийский); иноземные ЛР, не имеющие аналогов во флоре РБ (алоэ, каланхоэ, но­готки лекарственные) и РФ (где начато культивирование таких растений как кассия, эрва шерстистая, почечный чай и др.);ЛР, не встречающиеся в диком виде и известные только в культуре (мята перечная);редкие или исчезающие виды ЛР.

Сбор сырья от культивируемых ЛР имеет ряд пре­имуществ перед заготовкой в дикорастущих зарослях. В частности, возмож­ны использование механизированных приемов возделывания, увеличение урожайности путем улучшения агротехники и селекции растений, повыше­ние качества сырья за счет проведения сбора в оптимальные сроки и обеспечения рациональных условий сушки.

Повышению производства ЛРС способствуют правиль­ные севообороты, внесение удобрений, защита растений от вредителей, болезней и сорняков, проведение мелиоративных работ. Немаловажное значение имеют разработка агрорекомендаций для куль­тивируемых ЛР и эфиромасличных растений, внедрение в практику растениеводства индустриальных технологий возделывания лекарственных культур и прове­дение работ по семеноводству.

В СССР около 13-14 видов сырья (в объеме 5-6 тыс. т), предназначенного для комплексного использо­вания, закупались по договорам у неспециализированных хозяйств: напри­мер семена льна и тыквы, плоды черной смородины и зонтичных, луковицы чеснока, створки фасоли, кукурузные рыльца и др. Кроме того, возделывание ЛР проводилось на промышленных плантациях в 42 специализированных хозяйствах. В 1990 г. специализированные хозяйства произвели 27,6 тыс. т ЛРС 49 наименований. Однако и столь значительные масштабы заготовок были не в состоянии удовлетворить всевозрастающие по­требности фармпромышленности в таких видах сырья, как цветки ромашки аптечной, бессмертник песчаный, листья наперстянки, почечный чай, плоды облепихи, шиповника, корневища с корнями валерианы и др.

Специализированные хозяйства по выращиванию лекарственных куль­тур размещены в различных регионах СНГ почти во всех растительных зонах. Такого типа хозяйства имеются на Украине, в Молдове, Белоруссии, центральных областях РФ, на Северном Кавказе, в Грузии, По­волжье, Центральной Азии, Казахстане, Западной Сибири и на Дальнем Востоке.

Интродукция явилась существенным средством для интенсификации ле­карственного растениеводства в нашей стране, для пополнения отечественного лекарственного фитокаталога ценнейшими тропическими и субтропическими растениями.

В СССР успешные опыты по интродукции отдельных растений проводились в сухих субтропиках Туркмении и на южном берегу Крыма. Но основным районом промышленной интродукции иноземных теплолюби­вых лекарственных растений были влажные субтропики Западной Грузии. Неизвестно, когда были акклиматизированы на Черноморском побережье цитрусовые. Значительное ко­личество экзотов на побережье появилось в течение XIX и XX века. Из лекарственных экзотов, интродуцированных на Кавказском побережье от Сочи до Батуми сравнительно давно, нужно отнести: пальмы (сем. Arecaceae), чайный куст (Thea sinensis L.), эвкалипты (Eucalyptus L`. Herit.), агаву американскую (Agave americana L.), алоэ древовидное (Aloe arborescens Mill.), гранат (Punica granatum L.), диоскорею дельтовидную (Dioscorea deltoidea Wall.), камелию эвгенольную (Camellia sasanqua Thunb.), лавр благородный (Laurus nobilis L.), магнолию крупноцветковую (Magnolia grandiflora L.), олеандр (Nerium oleander L.), паслен дольчатый (Solanum laciniatum Ait.), почечный чай (Orthosiphon stramineus Benth.), папайю дуболистную (Carica quercifolia Solms.), стеркулию платанолистную (Sterculia platanifolia L.) и другие. В последние десятилетия на Кавказском побережье Черного моря интродуцированы: 3 вида раувольфии (Rauvolfia serpentina Benth., R. canescens L., R. verticillata Baill.), пассифлора инкарнатная (Passiflora incarnata L.), стефания гладкая (Stephania glabra (Roxb) Miers.) и катарант розовый − (Catharanthus roseus G. Don.).

Работы по интродукции ЛР продолжаютя. По меньшей мере, еще свыше 100 тропических ЛР, интересных для здравоохранения России, Украины, Беларуси и других стран, как предполагают, могут выращиваться в условиях Кавказского побережья Черного моря и Крыма. Большие исследовательские работы в этом направлении проводят сотрудники Никитского, Сухумского, Батумского и других ботанических садов.

В зависимости от потребности здравоохранения и фактиче­ских поставок сырья промышленности его номенклатура ежегодно претерпевает некоторые изменения − как правило, в пределах 10-15%. Из поставок исключают некоторые виды сырья вследствие истощения их природных ресурсов или прекращения выпуска получаемых из них препаратов, утра­тивших свое значение. Одновременно в номенклатуру загото­вок включают новые виды сырья для производства вновь со­зданных фитопрепаратов.

7. Выращивание растительных тканей и клеток in vitro. Применение методов биотехнологии в фармакогнозии.

Промышленное применение культур тканей в качестве лекарственно­го сырья предполагает использование высокопродуктивных и стабиль­ных клонов. Известно, что культивирование клеток in vitro может сопровождаться значительным генетическим разнообразием. Речь идет о так называемой сомаклональной изменчивости, которая возникает при длительном культивировании каллуса. Сомаклональные варианты, сохраняя основные свойства прототипа, часто значительно отличаются от него устойчивостью к вирусам, болезням, экологическим стрессам, а иногда несколько измененной биосинтетической способностью и более высокой продуктивностью − т.е. могут затрагивать хозяйственно ценные признаки. На изменчивости клеток в культуре in vitro осно­вана селекция штаммов, обеспечивающая большой выход ценных продук­тов метаболизма.

Для увеличения спектра изменчивости используют мутагенез (обработка мутагенными веществами), а также селективные условия культивирования клеток. Спонтанно возникшие или индуцированные мутанты в популяции отбираются на устойчивость к созданным жестким условиям: высоким концентрациям солей, экстремальным температурам, гербицидам, токсинам и др. В результате многих экспериментов удается отобрать устойчивые линии и получить растения-регенеранты из стабильной клеточной линии.

Успех в селекции в значительной мере зависит от внедрения ме­тодов количественной оценки селекционного материала. Так, для количественной оценки содержания аймалина в культуре тка­ни раувольфии змеинойразработан быстрый и несложный экспресс-метод, основанный на сравнении интенсивности окраски пятен сока каллусных культур, нанесенных на фильтровальную бумагу и обрабо­танных цветным реактивом, со шкалой стандартов. Метод позволяет исключить заведомо неперспективные варианты и сократить количест­во культур, подлежащих окончательной проверке.

Высокопродуктивные клоны культуры ткани та­бака были селектированы благодаря полуколичественному методу оп­ределения алкалоидов с реактивом Драгендорфа. Ярко-голубая флуо­ресценция серпентина в УФ-свете (λ_max= 365 нм) была использова­на в селекции высокоалкалоидных штаммов суспензионной культурыкатарантуса розового. Селекция штаммов культур тканей с высоким содержанием изохинолиновых, акридоновых и индольных алкалоидов также основана на измерении флуоресценции этих алкалоидов.

Успешным оказался также способ селекции, основанный на отборе окрашенных участков культуры ткани. Известно, что окраска тканей растений является наследственным признаком, связанным с их химическим со­ставом. Связь между окраской тканей и их химическим составом была использована в селекции культур тканей, высокопродуктивных по содержанию антоцианидинов. После 12 пассажей содержание антоцианидинов увеличилось в 3 раза. Селекция промышленных штаммов воробейника краснокорневого была осуществлена путем отбора и пе­ресадок красных участков каллуса. Высокоалкалоидные культуры ткани барбариса − продуцента берберина также были получены в результате клонирования и отбора желтых участков каллуса.

Важным условием биотехнологического использования культур тка­ней является их стабильность, гарантирующая стандартность лекар­ственного сырья. Такие культуры-суперпродуценты, как Аmmi visnaga (L.) Lam., Rauwolfia serpentina Benth., Lithospermum erythrorhizon Sieb. et Zucc., на протяжении многих лет зарекомендовали себя как устойчивые. Но для многих тканевых культур, например Catharanthus roseus (L.) G. Donf., единственным путем сохране­ния высокой продуктивности является регулярный поддерживающий от­бор, их нестабильность − серьезное препятствие к промышленному использованию.

Клеточная селекция − одна из наиболее перспективных клеточных технологий для создания сортов не только важнейших сельскохозяйственных, но и лекарственных растений. В настоящее время с большим ускорением развиваются исследовательские работы по созданию высокопродуктивных штаммов и растений-регенерантов методам и гибридизации соматических (неполовых) клеток путем слияния протопластов и генной инженерии.

Хотя методы соматической гибридизации и генной инженерии пока еще не получили промышленного развития, однако ученые считают, что за ними будущее и генная инженерия станет естественным приемом при создании новых нужных человеку лекарственных растений – продуцентов фармакологически ценных веществ.

В зависимости от условий клетки в культуре in vitro могут делиться анархически, образуя неорганизованную каллусную массу, либо менять программу своего поведения и делиться организованно с образованием зачатков корней, стеблей, зародышей. Из этих зачатков растений в культуре in vitro затем можно регенерировать растения.

Легче всего вызвать морфогенез (образование органов и тканей) и регенерацию растения, используя зародыши и почки, а также стеблевые меристемы, но даже из зародышей, изолированных на ранних стадиях развития, или апикальных меристем стебля очень маленьких размеров для получения растений нужны дополнительные условия, например, очень богатые питательные среды. Обычно в каждом случае разрабатывают условия культивирования и соответствующие питательные среды.

Стеблевая верхушечная меристема, как правило, свободна от вирусной инфекции, микоплазм и возбудителей других инфекций, поэтому культивирование апикальных меристем, а затем быстрое клональное размножение здоровых растений − основа технологии получения безвирусного посадочного материала растений: плодовых, ягодных, декоративных, лекарственных.

Велико значение культуры тканей высших растений для быстрого клонального микроразмножения растений, используя клоны генетически идентичных клеток. Этот процесс “миниатюрен” в сравнении с традиционной техникой вегетативного размножения черенками, отводками, усами, прививками. Он идет быстро и с высоким выходом посадочного материала: от материнской клетки за год можно получить 10⁵-10⁶ растений.

Растения-регенеранты затем адаптируются к почвенным условиям и переводятся в обычную агрокультуру. Сейчас – это основное направление в биотехнологии сельскохозяйственных и ЛР.

Технологии клонального микроразмножения − важное дополнение к традиционной селекции растений. Можно быстро размножить уникальный генотип или новый сорт, что ускоряет его практическое использование. В настоящее время найдены условия размножения более 500 экономически важных или исчезающих видов дикорастущих растений. Многие из них размножаются уже в производственных условиях. Что касается ЛР, технологии микроклонального размножения разработаны в отделе биологии клетки и биотехнологии Института физиологии растений АН России для мандрагоры туркменской, аристолохии маньчжурской, женьшеня, в Санкт-Петербургской химико-фармацевтической акдемии − для ряда видов раувольфии, в ВИЛАРе − для стефании гладкой. Аналогичные работы проводятся в отделе биохимии и биотехнологии растений ЦБС НАН Беларуси.

Таким образом, основой биотехнологического использования культур тканей рас­тений в фармакогнозии является способность клеток in vitro синтезировать самые разнообразные группы веществ: многочисленные фенольные соедине­ния, гликозиды, эфирные масла, каротиноиды, смолы, алкалоиды и другие природные соединения. Все они участвуют в обмене веществ растений и выполняют определенные, часто весьма существенные, функции,

В последние годы число сообщений о синтезе вторичных продук­тов в культурах тканей, представляющих ценность для фармацевтической промышленности, значительно возросло. Можно даже сказать, что переход от научных разработок к промышленному производству продуктов с использованием клеточных культур только начинается.

Поиск по сайту: