Клонирование растений: вся правда о «тайных фабриках» и почему они стоят миллионы

Как коллекционер и любитель научного подхода, я часто сталкиваюсь с вопросами, возникающими в связи с покупкой растения, полученного методом микроклонального размножения. Процесс клонирования давно вышел за узкие рамки научного сообщества, так как популярность размножения комнатных растений среди любителей растениеводства резко возросла. Социальные сети и цифровые платформы значительно повлияли на эту тенденцию, став мощным инструментом для обмена знаниями о размножении и возникновения различных сообществ любителей растений. Растущий спрос на редкие комнатные растения усилил интерес к доступным способам увеличения своих коллекций — размножению. В этой статье будут описаны традиционные и передовые технологии размножения, с акцентом на микроразмножение in vitro и выведение новых сортов. Кроме того, научно разберем дилемму: почему некоторые дорогие пестролистные клоны в итоге становятся обычными зелеными, а новые красивые клоны не могут стабильно передавать свой признак.

Сам себе клон

Растения обладают удивительными способностями — они клонируют себя, создавая точные копии самих себя. Клонирование достаточно распространенное явление в растительном мире. Именно вегетативное размножение растений и воссоздание генетически точных побегов родительского вида и есть клонирование.

Исследование 2022 года в заливе Шарк-Бей в Австралии выявило, что огромнейший луг «морской травы» или посидонии южной (Posidonia australis) — это клоны одного растения, которое размножается, предположительно, уже около 4500 лет. Колония клонов посидонии южной растянулась на 200 км² и соответствует по площади городу Ярославлю, территория которого составляет 205,8 км².

Posidonia australis (Темные пятна морской травы покрывают залив Шарк). Фото: Angela Rossen

Другим примером природного клонирования является знаменитая осиновая роща в штате Юта — «Пандо» (в переводе с лат. pando — я распространяюсь). Эта клональная колония тополя осинообразного (лат. Populus tremuloides) весит 6000 тонн и считается самым тяжёлым известным организмом.

Пандо, известно также под названием «Трепещущий гигант». Фото: J Zapell/Public Domain

Что касается декоративно-комнатных растений, то основная их часть, которая продаётся на мировом и российском рынке — клоны. Хотя точную цифру по всему рынку определить сложно, эксперты оценивают этот процент как очень высокий, до 70-90% в определенных товарных группах. По отчетам аналитиков (market-reports), к 2030 году объем мирового рынка комнатных растений достигнет 14,753 млрд долларов США. Растущий спрос побудил многие развитые страны сосредоточиться на микроразмножении комнатных растений. Это позволило наладить массовое производство и экспорт, стимулировало разработку новых сортов растений, наряду с традиционными процедурами мутации, а так же привело к появлению передовых технологий, таких как CRISPR-Cas9 («молекулярные ножницы» или «генетический редактор»), значительно снижающих затраты и упрощающих процесс создания улучшенных сортов.

Клонирование растений можно разделить на два основных типа:

• Традиционное клонирование.
• Культура тканей (микроклонирование).

Методы размножения комнатных растений: (а) черенкование, (b) отводки, (c) полив, (d) микроразмножение. Фото: Technology in Horticulture 2025, 5

С традиционным клонированием сталкивается практически каждый растениевод в нашей стране, ведь проращивание черенков — это самый что ни на есть процесс клонирования. Черенкование — один из наиболее удобных методов выращивания лиственных растений, часто более экономичный даже в коммерческом использовании, чем культура тканей. Этот метод очень эффективен для суккулентов и многих других комнатных растений, таких как эпипремнум и филодендрон. Черенкование можно разделить на виды: черенкование стеблей (традесканция, сциндапсус); листовые черенки (фиалки, бегонии); корневые черенки (сансевиерии).

Микроразмножение, форма культивирования растительных тканей или Tissue culture (TC). Существующая уже более 120 лет с момента первых экспериментов и теоретических идей немецкого ботаника Готлиба Хаберландта (Gottlieb Haberlandt) до мощной современной индустрии. Метод микроразмножения позволяет исследователям и производителям выращивать большие партии генетически идентичных растений из крошечного кусочка ткани. Не нужно ждать, пока растение достигнет определенной стадии развития и даст семена, нужно взять образец ткани, поместить в богатую питательными веществами среду и уже через несколько недель будет заметна первая маленькая «плантация». Технологии ТС продвинулись вперед, позволив компаниям эффективно и с минимальными затратами выращивать комнатные растения, а так же способствовали выведению новых улучшенных сортов.

«In Vitro» и «In Vivo», в чем разница?

Фактически, это научные определения традиционного клонирования и культуры тканей (ТС).

• In Vivo (от лат. «в живом») — это наше любимое черенкование. Метод старый как мир, но понятный.
• In Vitro (от лат. «в стекле») — это культура тканей. Метод сложный, стерильный и немного пугающий своей точностью.

Цветение In Vivo (А) и In Vitro (B) у растений персидской фиалки, выращенных в почве и выращенных в базальной среде (питательной среде) Murashige и Skoog. «Microshoot culture of Persian violet: Plant regeneration and in vitro flowering», N.Sarai, K. Bodhipadma, S. Noichind, P. Luangsriumporn, David W.M. Leung, Annals of Agricultural Science, 2017.

Как видим на снимке, при правильных условиях цветочные части in vitro и in vivo не отличаются друг от друга по цвету, размеру и количеству. Так почему же растения, получаемые In Vitro, купленные в пробирке и выращенные заботливыми растениеводами разных стран, часто попадают в «черный список». Основные проблемы растений ТС: высокий процент гибели после покупки, несоответствие сорту, потеря вариегатности, появление заражения и болезней?

Начнем разбор с фундаментальной основы получения целого растения из маленького образца ткани и уникального свойства растительных клеток — тотипотентности.

Тотипотентность (англ. totipotency, от лат. totus — весь, целый, совокупный, potentia — сила, мощь, возможность) — это поразительное биологическое свойство растительной клетки, которое означает ее способность дать начало целому новому растению, содержащему все типы тканей и органов (корень, стебель, лист, цветок).

Тотипотентность In Vivo. В природе и при традиционном размножении тотипотентность проявляется постоянно. В черенковании, когда вы срезаете стебель монстеры и ставите его в воду или грунт на укоренение, клетки стебля перепрограммируются и формируют новые корни и побеги. Все методы естественного клонирования (черенкование стеблей, листовые черенки, корневые черенки) используют способность специализированных клеток менять свою функцию (дедифференциация или временный процесс, в ходе которого клетки становятся менее специализированными и возвращаются к более раннему состоянию) и образовывать новые части растения.

Тотипотентность In Vitro. При микроразмножении тотипотентность доведена до абсолютного максимума и является краеугольным камнем всей технологии. Теоретически, из одной клетки можно взять одну-единственную соматическую клетку растения, поместить ее в специальную питательную среду с гормонами и заставить ее размножиться, например, в недифференцированную массу клеток (каллус), а затем сформировать из него целое растение. На практике, конечно, используют не одну клетку, а кусочек ткани (эксплант). Но принцип тот же, что и с одной клеткой.

Преимущества и недостатки при традиционном клонировании

При традиционном клонировании (клонирование In Vivo) есть ряд преимуществ:

• Экономичность метода. Доступность использования для садоводов-любителей и для коммерческих производителей.
• Предсказуемые признаки, наследование точной ДНК материнского растения с желаемыми признаками. Это то, ради чего мы клонируем растения. Гарантия того, что Monstera 'Thai Constellation', выращенная из черенка, будет точно такой же, как материнское растение.
• Естественная устойчивость к существующим условиям выращивания и высокий показатель выживаемости.

Существенные недостатки при традиционном клонировании:

• Медленный темп размножения. С одного маточного растения можно получить лишь ограниченное количество черенков или отводков. Процесс укоренения занимает недели или месяцы и только после этого растение начинает активно расти.
• Для редких и дорогих сортов (например, пестролистных монстер) медленное размножение In Vivo приводит к их высокой цене на рынке.
• Зависимость от сезона и условий окружающей среды. Большинство растений можно эффективно размножать In Vivo только весной и летом, когда достаточно света, тепла и влаги. Зимой этот процесс сильно замедляется или останавливается. Влияние температуры, освещенности, влажности порой трудно контролировать даже в помещении, что может приводить к неудачам.
• Высокий риск заражения патогенами. Вирусы, бактерии и грибковые заболевания (корневая гниль, мучнистая роса и т.д.) легко передаются от материнского растения к новому черенку через срезы, воду или грунт. Если материнское растение заражено системным вирусом, все его черенки (клоны) будут тоже заражены.
• Плохая укореняемость. Некоторые растения очень плохо или вообще не укореняются традиционным черенкованием.
• Отсутствие генетического разнообразия. При in vivo размножении происходит обычное копирование оригинала. Не создаются новые уникальные признаки, которые могли бы улучшить или выделить растение. Нет «перетасовки» генов.

Культура тканей (клонирование In Vitro) — волшебство науки!

Представьте только, что из одной клетки, помещенной в стерильную пробирку, рождается точная копия целого растения. По сути, ученые в лаборатории обманывают природу и создают генетически идентичных клонов, способных покорить мир, будь то редчайшая пестролистная алоказия или устойчивый к болезням картофель. Несмотря на риск непредсказуемых сомаклональных вариаций, именно культура тканей делает редкое доступным, открывая новые горизонты в садоводстве и коллекционировании.

Культивирование тканей быстрее и точнее, но требует специального оборудования и опыта. В зависимости от того, какая часть растения (эксплант) используется в культивировании тканей, выделяют несколько типов методов In Vitro :

1. Культура органов (Organ Culture). В этом методе в стерильных условиях культивируется целый орган растения или его часть для сохранения его структуры и функций.

• Культура верхушечной/пазушной почки (Meristema Culture / Shoot tip culture): Самый распространенный метод для микроразмножения декоративных растений, включая монстеры. Он позволяет получить генетически идентичные растения и часто используется для оздоровления растений от системных вирусов, так как верхушечная меристема обычно свободна от вирусных частиц.
• Культура корней (Root Culture): Используется для изучения роста корней или для получения вторичных метаболитов (полезных веществ, которые вырабатывает корень).
• Культура зародыша (Embryo Culture): Используется для спасения гибридных зародышей, которые могли бы погибнуть естественным путем, что важно в селекции.

2. Культура каллуса и клеток (Callus and Cell Culture). Метод используются, когда нужно получить недифференцированную массу клеток или отдельные клетки. Эксплант (кусочек листа, стебля) помещается на плотную среду, где образует неорганизованную массу клеток, называемую каллусом. Затем из каллуса можно регенерировать целое растение. Этот метод часто приводит к сомаклональной изменчивости (мутациям), что может быть полезно для создания новых культиваров.

3. Культура протопластов (Protoplast Culture). С помощью ферментов из клеток растения удаляется клеточная стенка, оставляя только живую часть (протопласт). Протопласты культивируются до восстановления клеточной стенки и регенерации растения. Используется для соматической гибридизации, когда сливают протопласты двух разных видов, которые нельзя скрестить традиционным путем.

4. Культура пыльников и пыльцы (Anther/Pollen Culture). Позволяет получить гаплоидные растения, которые содержат только один набор хромосом. Это очень важно для селекции, так как позволяет быстро получить чистые линии и закрепить нужные признаки.

Преимущества культуры тканей:

• Массовое производство, позволяющее производить растения в больших масштабах и за короткое время.
• Выращенные растения часто не содержат патогенов и болезней.
• Играет важную роль в сохранении исчезающих видов и редких сортов растений.
• Способствует созданию межвидовых гибридов, которые невозможно получить традиционными методами.
• Процесс может осуществляться в течение всего года.

Недостатки тканевой культуры:

• Высокая стоимость специализированного лабораторного оборудования, сред и контролируемых условий.
• Риск заражения, который может попросту испортить культуру. Стерильность имеет решающее значение. В лаборатории необходимо принимать все необходимые меры и использовать средства индивидуальной защиты.
• Существует вероятность, что растения будут менее устойчивы к болезням.
• Успех в культуре тканей не гарантирован. Для выращивания растений в условиях In Vitro необходимы точные протоколы.
• Необходимость акклиматизации растений, выращенных в стерильных условиях. Им необходима постепенная адаптация, чтобы выжить на открытом воздухе.

Протоколы TC

Ответ на вопрос, поднятый в начале статьи, «почему некоторые дорогие клоны в итоге становятся обычными зелеными растениями, а новые красивые клоны не могут стабильно передавать свой признак» сводится к двум ключевым факторам: нарушение и несовершенство протокола ТС и сомаклональная изменчивость (о которой пойдет речь в следующей статье).

Протокол микроклонального размножения (протокол ТС) — это не просто инструкция, а точный, пошаговый рецепт для выращивания конкретного вида растения в лаборатории. Протокол ТС определяет успех всего процесса клонирования. Успешные методы микроразмножения, используемые в промышленности, редко документируются как научные открытия из-за бизнес-стратегий (коммерческой тайны) и других проблем (иногда в лабораториях простоне ведутся точные записи. Многие элитные и новые сорта защищены патентами на сорта растений (PBR - Plant Breeder's Rights). Публикация протокола упростила бы жизнь «азиатским пиратам» и мелким кустарным производителям, которые начали бы нелегально размножать защищенный сорт без отчислений правообладателю.

Несмотря на трудности, культура тканей остается наиболее используемым методом в растениеводстве высокого ценового диапазона. Первое задокументированное успешное микроразмножение антуриума произошло в 1974 году. С 1980-х годов в Лаборатории растений Оглсби начали попытки гибридизации A. andraeanum с компактными дикими видами антуриума, которая привела к выращиванию многочисленных сортов горшечных цветов, включая такие популярные серии, как 'Red Hot', 'Tropical Fire', 'Orange Hot', 'Salsa', 'Purple Plum', 'Favorita', 'SmallTalk' и 'Lady'.

Anthurium “Orange Hot”. Фото: https://alohatropicals.com/

Относительно недавно, в 2021 году, в лабораторных условиях были успешно размножены монстера заостренная или монстера Кука (лат. Monstera acuminata Koc) и монстера деликатесная (лат. Monstera deliciosa Liebm). Результаты исследований опубликованы в статье «In vitro establishment: Monstera acuminata Koch and Monstera deliciosa Liebm, N. Palomeque, V.Bertolini, L.Donjuan. Trends in Horticulture 4(1), January 2021».

Практика микроразмножения комнатных растений активно развивается в связи с высоким спросом на рынке и ее актуальностью для получения сортового разнообразия. Поддержание асептических условий и выбор подходящих питательных компонентов играют огромною роль в успешном микроразмножении. Например, применяются различные методы стерилизации и питательные среды для разных культур тканей лиственных растений.

Протокол-ТС Monstera deliciosa Liebm, Thai Сonstellation

I. Шаги стерилизации

1. Промыть в раковине с водой и мылом;

2. Поверхность стерилизуют с использованием 2%-ного раствора гипохлорита натрия (NaClO) в течение 20 минут;

3. Промыть в воде (H2O);

4. Промыть 2%-ным раствором гипохлорита натрия в течение еще 20 мин;

5. Наконец, трижды промыть водой.

II. Питательный раствор

Поместить в питательную среду (MS, рН 5,6-5,7) с использованием Витаминов В5, 30 г/л сахарозы, 2,5 г/л геллановой камеди, 7,5 мг/л БАП (6-бензиламинопурина) и 0,5 мг/л NAA, биостимулятор IQ forte, 3 мл/л.

Протокол-ТС Monstera deliciosa Liebm

I. Шаги стерилизации

1. Погрузите в фунгицидный антиоксидантный раствор на 3 мин при перемешивании вакуумным насосом;
2. Двойное погружение в 1,25% раствор NaClO + три капли Tween-20 (Polysorbate 20) на 15 минут;
3. Погружение в 0,83% раствор NaClO + три капли Tween-20 (Polysorbate 20) на 10 минут;
4. Две промывки между каждым погружением в NaClO, три заключительные промывки в стерилизованной дистиллированной воде;
5. Заключительное погружение в раствор антиоксиданта.

II. Питательный раствор

Поместить в питательную среду (MS, рН 5,6-5,7) с использованием 1 мг/л БАП (6-бензиламинопурина) и 2,4-D 0.2 мг/л, PPM 1 мл/л.

По мере развития отрасли микроклонального размножения следует ожидать появление более доступных и инновационных методов выращивания и разнообразие рынка. На примере двух протоколов-ТС, представленных выше, становится понятно, почему не существует единого «рецепта». Определенно, какие-то лаборатории делают ставку на количественный аспект, другие стремятся получить яркие культивары с мутациями, особенно пестролистных растений. В настоящее время основной областью интереса является понимание того, как можно придать растениям пестроту, ведь пестрота может быть вызвана искусственно в процессе TC. Исследования Масаясу Тагучи 1988 года в «Способе получения пестролистных растений» (EP0257845) описывают искусственное создание пестролистных растений путем обработки их ингибиторами хлорофилла в процессе роста. Сейчас метод Тагучи представляет собой обработку 4-метокси-3,3'-диметилбензофеноном, которая может вызвать появление тигровых полос или частичное побеление листьев у таких растений, как Philodendron oxycardium, Spathiphyllum patinii, Musa spp., антуриум.

Разведение растений, наблюдение и изучение становится актуальной тенденцией не только в области технологий, но и образа жизни. Кстати, название проекта INVIRIDIS в переводе с латыни означает «в зелени» , и по стечению обстоятельств как раз расположено между двумя ключевыми научными понятиями In Vitro и In Vivo. Символизм заключается в том, что мои предпочтения находятся на стыке традиционного и высокотехнологичного подходов к растениям.

Ваш гид по научпопу INVIRIDIS☺

Материалы

1. Exploring the diversity, propagation, impacts, and market dynamics of houseplants: current trends and future prospects, Khadiza Alam Oboni and Md. Anowar Hossain, Technology in Horticulture 2025.