Projekts: 04.1228

Fizioloģisko procesu regulācija augu ilgstošas uzglabāšanas laikā pazeminātas temperatūras apstākļos audu kultūrās: metodoloģiskā pamata radīšana taksonu bankas izveidei bioloģiskās daudzveidības saglabāšanai

Izpildes laiks 2004. - 2007.g. (4 gadi)

Projekta vadītāja: Dr.biol. Gunta Jakobsone

Galvenie izpildītāji: Dr.biol. Dace Kļaviņa, Dr.habil., prof. Ģederts Ieviņš

Mērķis: Augu daudzveidības aizsardzība, pielietojot in vitro metodes šīs daudzveidības saglabāšanā un realizējot būtisku pieejamību ģenētiskiem resursiem.

Uzdevumi: Valsts un Eiropas nozīmes reto un izzūdošo sugu, kā arī komerciāli svarīgo kultūraugu fizioloģiskā izpēte lēnās augšanas apstākļos pazeminātā temperatūrā in vitro taksonu bankas veidošanai.

Veikt pētījumus katram taksonam nepieciešamo ķīmisko un fizikālo parametru noskaidrošanai ilgstošas pazeminātas temperatūras režīmā in vitro.

Radīt kontroles sistēmu augu fizioloģiskā stāvokļa raksturošanai šā perioda laikā.

Noskaidrot aklimatizācijas īpatnības normālos in vitro apstākļos pēc-aukstuma periodā.

Projekta zinātniskā aktualitāte:

Botānisko dārzu galvenais uzdevums ir augu kolekciju veidošana, zinātniskā izpēte un saglabāšana, kas ietverts arī starptautiskā konvencijā par bioloģiskās daudzveidības saglabāšanu. Šī konvencija tika radīta, lai aizsargātu izzūdošo bioloģisko daudzveidību, nodrošinātu gan tās komponentu saprātīgu izmantošanu, gan pieejamību ģenētiskiem resursiem, kā arī realizētu uzglabāšanas tehnoloģiju izstrādāšanu un izplatīšanu. In vitro apstākļiem pasaulē piemēro vai nu kriosaglabāšanu -196 ºC, kas ir tehnoloģiski sarežģīta un dārga, vai arī lēnās augšanas metodi pazeminātā (2-10º C) temperatūrā. Lēnā augšana ir labākais paņēmiens bioloģiskās daudzveidības saglabāšanai. Tā vienlaikus kalpo arī augu juvenilizācijai, kas ir būtiski svarīga ne tikai konkrētā auga, bet arī veco, veģetatīvi vairoto šķirņu ģenētiskai atjaunošanai. Literatūrā sastopamies ar lietišķiem pētījumiem par dažādu komerciāli svarīgu augu taksonu ilgstošai uzglabāšanai nepieciešamiem eksogēnajiem faktoriem, bet trūkst fundamentālu darbu par endogēno procesu izpēti, īpaši par ar retām un izzūdošām savvaļas sugām. Fizioloģiskā izpēte šīs ilgstošās uzglabāšanas laikā dod iespēju, regulējot dažādus faktorus, nodrošināt augu izdzīvošanu.

Projekta kultūras, sociālā un tautsaimnieciskā aktualitāte:

Augu taksonu banku radīšana ir viena no aktuālākām problēmām bioloģijā visā pasaulē, jo tā ir cieši saistīta ar ekonomiku. Lai saglabātu daudzas jaunradītās šķirnes, kā arī retās sugas, būtu kopumā nepieciešama liela zemes platība un nepārtraukti apkopšanas darbi. Lai to veiktu in vitro, platība reducējas līdz laboratorijām un gaismas plauktiem, taču regulāra audu kultūru uzturēšana bioloģiski aktīvā stāvoklī ir darbietilpīga un dārga. Tādēļ šim mērķim lieto ilgstošu in vitro augu piespiedu uzturēšanu pazeminātā t° bez pārstādīšanas, kas būtiski samazina taksonu bankas uzturēšanas izmaksas. Latvija ir pievienojusies Eiropas konvencijai par bioloģiskās daudzveidības saglabāšanu. In vitro veidotā augu banka, kas ietver gan mums interesējošās komerckultūras, gan mūsu valsts un Eiropas nozīmes reliktās, retās un izzūdošās sugas, ir būtisks etaps ne tikai bioloģiskās daudzveidības saglabāšanā, bet arī vienlaicīgā šo augu atveseļošanā un savairošanā. Tas savukārt dod iespēju kā šo sugu reintrodukcijai dabā, tā dekoratīvāko taksonu izmantošanai komercijai, piemēram, krāšņākās savvaļas orhideju sugas, kā Cypripedium calceolus L..

Paredzamo rezultātu zinātniskā nozīmība:

Augu in vitro apstrāde ar pazeminātām temperatūrām var palielināt augu adaptācijas spējas, kā arī nodrošināt augu juvenilizāciju, dzīvotspēju un augšanas kapacitāti, ja ilgstošo uzglabāšanu pastarpināti aizstāj ar īslaicīgo, kas ir ļoti būtiski kā tālākai kultivēšanai in vitro, tā arī kvalitatīva stādāmā materiāla nodrošināšanai ex vitro. Lai mērķtiecīgi vadītu in vitro kultivēšanas procesu, jau iepriekšējā projektā (Nr.01.0324) uzsākta tā bioķīmiska izpēte noteiktās kultivēšanas stadijās. Augu dzīvotspēja aukstuma apstākļos liecina par adaptācijas sistēmu ieslēgšanos un tam nepieciešamajiem eksogēnajiem apstākļiem. Auga aukstumizturību būtiski ietekmē genoms, kā arī dažādas fizioloģiski aktīvas vielas un fizikāli faktori, kas regulē gēnu ekspresiju, inducē noteiktus gēnus un jaunu olbaltumvielu sintēzi, kurām ir aizsargfunkcija pazeminātas t° radītā stresa apstākļos, un kas var radīt vispārējo stresa izturību.

Paredzamo rezultātu praktiskā nozīmība Latvijas kultūrai, izglītībai un tautsaimniecībai:

Augu ģenētisko daudzveidību radījusi kā daba, tā arī cilvēks, veidojot jaunas šķirnes un kultūras. Nereti izrādījies svarīgi saglabāt ne tikai jaunas šķirnes, bet arī atgriezties pie sākotnējām, šos augus juvenilizējot vai arī izmantojot kā materiālu krustošanai ar modernajām šķirnēm. Augu audu kultūras un pazeminātas t° iedarbība kompleksā ar ķīmiskiem faktoriem, kā, piem., dažādiem citokinīniem (stimulē audu atjaunošanos, novērš kultūras novecošanos). Latvijas tautsaimniecībai nozīmīga ir taksonu bankas izveidošana un kvalitatīva uzturēšana (piem., selekcijas materiāla), sterilo kultūru izmantošana augu atveseļošanai un pavairošanai. Esošā eksperimentālā bāze jau tiek izmantota studentu apmācībai un vidusskolēnu zinātnisko konkursa darbu izstrādei.

Iegūto rezultātu praktiskais pielietojums:

Uz fundamentālos eksperimentos iegūto rezultātu bāzes sākam izveidot izzūdošo, reto un relikto augu sugu, kā arī nozīmīgāko kultūraugu taksonu banku in vitro, kas uzturama ar minimāliem naudas līdzekļiem.