Как спасти краснокнижные растения с помощью математики

Ученые Южного федерального университета разработали алгоритм, который поможет подобрать оптимальные питательные среды для микроклонального размножения редких и исчезающих видов растений. Этот метод позволяет сохранять генофонд растений в искусственных условиях и получать большое количество регенерантов для селекции или продажи.


Многие виды растений в России находятся под угрозой исчезновения из-за антропогенного воздействия, изменения климата и потери среды обитания. По данным Красной книги России, в нее вошло более 600 видов растений, которые нуждаются в охране и восстановлении. Среди них — золотой корень, подснежник плосколистный, лотос орехоносный, женьшень обыкновенный и многие другие.

Один из способов сохранить генофонд редких растений — микроклональное размножение. Это метод биотехнологии, при котором из небольших фрагментов растения (эксплантов) выращивают целые растения-клоны in vitro (в пробирке). Это способ вегетативного размножения, при котором из небольших фрагментов растения (эксплантов) выращивают целые растения-клоны. Экспланты берут из меристем — тканей, содержащих недифференцированные клетки, способные к делению и образованию новых тканей.

Экспланты дезинфицируют и помещают на питательную среду, которая содержит минеральные соли, органические соединения и фитогормоны. Под влиянием этих факторов экспланты начинают развиваться и формировать новые органы: корни, стебли, листья. Так получаются растения-регенеранты, которые генетически идентичны исходному растению. Регенеранты затем адаптируют к естественным условиям выращивания в теплице или на открытом грунте.

Так можно получить большое количество генетически одинаковых растений за короткое время. Кроме того, микроклональное размножение позволяет изучать генетические, физиологические и морфологические особенности растений, а также выделять из них полезные вещества для медицины.

Однако для успешного микроклонального размножения необходимо подобрать подходящую питательную среду для каждого вида растения. Питательная среда — это жидкая или твердая смесь минеральных солей, органических соединений и фитогормонов (веществ, регулирующих рост и развитие растений). Подбор питательной среды — сложный и трудоемкий процесс, который требует множества экспериментов и анализа результатов. К тому же, разные этапы микроклонального размножения (инициация культуры, укоренение, адаптация) требуют разных питательных сред.

Для упрощения этого процесса ученые Академии биологии и биотехнологии Д. И. Ивановского ЮФУ под руководством кандидата биологических наук Василия Чохели создали алгоритм математического моделирования, который позволяет оптимально и точно подбирать нужные концентрации питательных сред для растений. Алгоритм основан на анализе трех главных параметров: минерального питания, регулятора роста и концентрации регулятора роста. Ученые берут несколько вариантов питательных сред, которые отличаются по этим параметрам, и сравнивают их эффективность для разных видов растений. Таким образом, они находят оптимальную среду для каждого этапа микроклонального размножения.


— Василий Чохели, руководитель молодежной лаборатории «Молекулярная биотехнология растений».

Такая технология может быть применена для разных видов растений, в том числе для краснокнижных. Ученые ЮФУ уже провели успешные эксперименты по микроклональному размножению таких растений, как лотос орехоносный, женьшень обыкновенный, золотой корень и другие. Эти растения имеют не только высокую эстетическую ценность, но и медицинскую. Например, лотос орехоносный содержит антиоксиданты, женьшень обыкновенный — адаптогены, золотой корень — антидепрессанты. Поэтому их сохранение и размножение имеет большое значение для человечества.

Микроклональное размножение — это не единственный способ защиты краснокнижных растений. Необходимо также проводить мониторинг их численности и ареала, бороться с вырубкой лесов и браконьерством, создавать заповедники и ботанические сады, пропагандировать экологическое образование и осознанное отношение к природе. Только так можно сохранить богатство и разнообразие флоры России.