Ботанический сад Белгородского государственного научно-исследовательского университета по праву считается одной из достопримечательностей Белгорода. Но не все знают, что в его лабораториях ведутся уникальные исследования в области генетики, селекции растений, биотехнологий и экологии.
Корреспондент «АиФ-Белгород» побывал в них и увидел, как растут растения в пробирках без корней и «космическую» сирень, узнал, для чего растения сканируют на 3D-сканере.
Белгородский сирингарий
Ботанический сал НИУ «БелГУ» – один из самых молодых в России, ему всего 20 лет, однако уже сейчас он относится к уникальным объектам инфраструктуры Российской Федерации. Коллекция живых растений, здесь составляет порядка трёх тысяч видов и сортов, адаптированных к нашему климату, хотя эти растения привезены со всего мира - из Европы, Америки, Азии, с Кавказа. В настоящее время все эти растения успешно адаптировались к нашим условиям.
«Значительное число экзотических южных растений зимуют даже в открытом грунте – это, например, кактус-опунция и некоторые виды пальм. Успешно произрастают в наших условиях и плодоносят маклюра, каштан посевной, платан восточный - рассказывает директор научно-образовательного центра (НОЦ) «Ботанический сад» Валерий Тохтарь. – Появление этих растений в ботаническом саду стало возможным в результате целенаправленной многолетней кропотливой работы ученых по введению этих растений в культуру. Все растения адаптированы, прошли длительный путь интродукции: они выращивались из семян, закалялись, отбирались более устойчивые формы, зимующие в наших условиях».
В рамках создания центра «Инновационные решения в АПК» и проекта «Белгородская сирень» в ботаническом саду создали крупнейший в Европе сирингарий, или научную коллекцию сортовой сирени. Он был создан всего за несколько лет, тогда как, например, сирингарий Главного ботанического сада и ботанического сада МГУ в Москве, в которых также собраны большие коллекции сортов сирени, создавали в течение многих десятилетий.
В Белгородском сирингарии сейчас произрастает порядка 450 сортов, из них высажены 378, остальные привиты, подращиваются и ждут своего часа - осенью они будут высажены. Здесь есть уникальные сорта, подаренные японскими селекционерами – это, например, карликовая сирень, новейшие сорта сирени обыкновенной американской и канадской селекции. Есть также другие виды сирени: афганская сирень, сирень-престон, гиацинтоцветковая сирень и многие другие.
«Мы используем эталонные сорта, собранные в нашем сирингарии в генетико-селекционных исследованиях - поясняет Валерий Константинович. – Наш НОЦ «Ботанический сад» был создан буквально за три с половиной года. В нём сейчас работают уже три лаборатории, и одна из них - лаборатория биотехнологии растений - за это время клонировала более 60 тысяч растений, включая декоративные и ягодные культуры».
Биотехнологический способ размножения позволяет и зимой и летом клонировать растения, что гораздо более эффективно, чем их размножение с помощью прививок или отводков. Клонирование растений относится к инновационным способам их размножения, который давно и повсеместно используется за границей. Например, в таких странах Европы, как Франция и Голландия, сейчас 97% посадочного материала получают в биотехнологических лабораториях. В России же эти технологии пока используются в меньшей степени, хотя и успешно развиваются.
Клоны в колбах
В лаборатории биотехнологии растений клонируются различные виды и сорта декоративных и ягодных культур: сирень, ежевика, жимолость, малина, ежемалина, клубника, гейхеры, хосты и многие другие. Коллекция растений, собранных и хранящихся в генобанке лаборатории в условиях in vitro, занимает четвертое место среди ботанических садов страны.
Совместно с коллегами из Мичуринского аграрного университета, наши учёные установили, что некоторые виды растений при их клонировании развиваются быстрее и интенсивнее при обработке их когерентным лазерным облучением. При клонировании каждого сорта необходима разработка отдельной технологии, направленной на оптимизацию этого процесса именно для этого сорта.
Совместно с вьетнамскими учёными разработали способ выращивания азиатских растений рода Momordica, а также смогли размножить один из видов этого рода биотехнологическими методами. Это тропическое растение, распространённое в Южной и Юго-Восточной Азии, относится к очень популярным овощным культурам, которые содержат большое количество антиоксидантов и ликопина. Именно поэтому эти виды усиленно изучаются в Европе на предмет их использования в профилактике и лечении онкологических заболеваний. В переводе с вьетнамского его название означает «горькая дыня», но горечь у него только сверху, а внутри оно вкусное. В лаборатории впервые клонировали многолетний вид этого растения.
Каждая лаборатория состоит из нескольких помещений. Везде стерильные условия, в которых для растений готовят питательные среды – в них добавляются макроэлементы, микроэлементы, гормоны. Всё это варится, стерилизуется, передаётся в автоклавную, а затем в операционную комнату - это центральная и главная комната лаборатории, где в специальный ламинарных боксах в стерильных условиях и происходит сам процесс клонирования.
«Внутри ламинарных боксов через специальные фильтры нагнетается стерильный воздух. Для клонирования могут использоваться различные части растений – это может быть почка, либо кусочек ткани растения и даже отдельные клетки, - рассказывает Валерий Тохтарь. - Из одного растения можно получить до 10 тысяч генетически идентичных экземпляров. Это наилучший способ для размножения трудноукореняемых растений. Также наши растения обладают очень полезным свойством - они свободны от вирусов, а значит, лучше растут и плодоносят».
После клонирования растения сначала находятся в колбах в питательной среде, и у них ещё нет корней, им для жизни достаточно таких условий. Позднее растения пересаживаются на другую питательную среду для укоренения. Фактически в лабораторных условиях повторяются природные процессы, только в ускоренном режиме. Скоростью роста и развитием растений в этих условиях управляют с помощью сочетания специальных гормонов и различных веществ в питательной среде.
«Чтобы высадить все растения, которые сейчас находятся в пробирках в этой лаборатории, понадобится территория размером около 100 гектаров, - говорит директор НОЦ. - Поэтому использование метода получения микроклонов позволяет еще и сэкономить место для выращивания растений. Важно также то, что растения размножаются в лабораторных условиях круглый год и достаточно быстрыми темпами. Одновременно они освобождаются от вирусов и сохраняют сортовые особенности, которые при семенном размножении невозможно воспроизвести».
Индустриальные партнеры учёных -различные питомники Белгородской области, которые закупают здесь посадочный материал. Они заинтересованы в приобретении недорого и качественного материала, который они способны дорастить в своих условиях.
После того, как растения укоренились, их перемещают в теплицы, где высаживают в почву для адаптации к нестерильным условиям. Здесь по техзаданию учёных был разработан и создан так называемый «умный стеллаж», который освещает растения в зависимости от интенсивности солнечного света. Учёные уверены: за биотехнологиями в растениеводстве – будущее.
3D-сканер растений
В лабораториях много интересного оборудования, есть и уникальное. Например, феноспекс - лазерный 3D-сканер, который позволяет ускорить селекционный процесс при получении новых сортов растений.
«Это американская разработка, в России это направление исследований еще только начинает развиваться, - говорит Валерий Тохтарь. -Изучение растений, при котором важное внимание уделяется оценке большого числа морфологических признаков, оформилось в новую научную область, которая называется «феномикой». Такие исследования активно развиваются в США, Австралии, Голландии, Словакии. Применение этой технологии позволяет за несколько секунд сканировать 18-20 морфологических признаков с помощью лазерного сканера, подсчитать значения вегетативных масс растений, количество, размер и даже наклон листьев».
Это необходимо для того, чтобы понять, чем данное растение отличается от стандарта, то есть от конкретного сорта. Если отличия есть, его отбирают и продолжают экспериментировать, смотрят, насколько эта отклоняющаяся форма перспективна для селекционного процесса и получения новых сортов.
Установка 3D-сканера в университете небольшая, но здесь она начала использоваться раньше всех в России – позднее аналогичный сканер, но большего размера, приобрёл Институт сельскохозяйственных биотехнологий в Москве.
Космическая сирень
В следующей лаборатории Валерий Тохтарь показывает нам, как зелёные побеги растут «вверх ногами». Это та самая «космическая сирень» -эксперимент, который проводит университет совместно с областной администрацией и Фондом Бортника по содействию инновациям. Растения из этих пробирок вскоре планируют запустить в космос.
«Многие задают нам вопрос – в чём новшество эксперимента, ведь растения запускали в космос и раньше, - говорит Валерий Константинович. – Но они путешествовали туда на кораблях в специальных фитотронах, где атмосфера и условия существования максимально приближены к земным. Мы же планируем отправить их на наноспутнике, где очень мало места, мало электроэнергии, кроме того, пока непонятно, как он будет вращаться в полете, как пройдёт через плотные слои атмосферы. В ходе выполнения эксперименты планируется в течение года вместе со школьниками наблюдать за ростом сирени в космосе».
Проект этот в первую очередь образовательный, но он интересен и с научной точки зрения, поскольку это будет сделано впервые. В недалёком будущем планируется создание станций на Луне и на Марсе. Запуск ракеты на эти планеты для транспортировки растений крайне затратный, в то время как транспортировка необходимых для этих станций видов и сортов растений с помощью наноспутников гораздо экономичней. Поэтому белгородские учёные изучают особенности роста растений в условиях уплотненной среды, которая в меньшей степени будет подвержена влиянию невесомости и сохранит транспортируемые микроклоны растений в сохранности.
Для решения этой задачи в лаборатории используют разные формы пробирок. В них в обычные питательные среды добавляют различные наполнители, чтобы понять, как растет растение в этих условиях и какие изменения происходят со средой. Первые результаты уже есть: наглядно видно, что растения в такой среде могут выжить и продолжить свой рост.
Учёные надеются, что уже этой осенью наша космическая сирень взлетит с Байконура в космос и будет успешно расти в условиях невесомости, а школьники смогут не только получить новые знания, провести интересные эксперименты, но и навсегда будут очарованы возможностями современной науки. Участие в подобных проектах даст возможность ребятам определиться со своей будущей деятельностью и, возможно, стать учеными, которые в дальнейшем разовьют и расширят начатые исследования.
Цветы из пробирки. Как в белгородском ботсаду выводят новые сорта сирени 
Белгородская сирень полетит в космос