CC BY
114
УДК 635.914.635.918
БИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ РАЗМНОЖЕНИЯ НЕКОТОРЫХ ПРЕДСТАВИТЕЛЕЙ РОДА FICUS L. В КУЛЬТУРЕ IN VITRO
Показано развитие исследований по роду Ficus L. в закрытых помещениях на примере образовательной школы г. Москвы. Изучены виды рода фикус на предмет размножения методом культуры клеток. Разработаны методы микроклонального размножения фикусов для использования в озеленении детских учреждений позволяющие получить большое количество генетически однородного, оздоровленного посадочного материала.
Ключевые слова: виды рода Ficus L., озеленение помещений, культура клеток.
Введение
Большинство видов фикуса легко размножается черенками, однако культура in vitro целесообразна для получения большого объема посадочного материала, что довольно трудно осуществить традиционными способами размножения из-за ограниченного количества маточных растений. Еще одна проблема, которая может быть преодолена с помощью микроклонального размножения, — оздоровление фиговых растений (F. earica), пораженных вирусом фиговой мозаики.
На рынке декоративных горшечных растений, в т.ч. крупномеров часто требуется большое количество растений за короткий период времени и к определенному сроку. Микроклональное размножение, посредством увеличения коэффициента размножения растений и сокращения времени их культивирования, может стать подходящим ответом на подобные запросы рынка (Кутас, 1997)-
В настоящее время число работ по микроклональному размножению фикусов невелико. Для многих ценных видов и сортов рода Ficus технологии микроклонального размножения еще не разработаны; некоторые технологии недостаточно оптимизированы. В связи с этим необходимо проведение исследований по разработке и усовершенствованию методик микроклонального размножения фикусов. Нами изучены особенности микроклонального размножения представителей рода Ficus.
Объекты и методы исследования
Методика биотехнологических исследований основывалась на общепринятых классических приемах работы с культурами изолированных тканей и органов растений (Бутенко, 1999). В качестве питательных сред использовали среды с минеральной основой сред Мурасиге-Скуга и Гамборга, дополнительно добавляя сахарозу - 30 г/л, агар - 7 г/л, мезоинозитол - 0,1 г/л. В качестве регуляторов роста использовали ци-токинины БАП, 2-иП, ауксины - ИУК, НУК, ИМК, а также гибереллиновую кислоту может гибберреловую?. Уровень рН питательной среды доводили до 5,7 - 6,0. С целью выяснения влияния видовых и сортовых особенностей исходного растения на коэффициент размножения в культуре in vitro были исследованы следующие виды рода Ficus: Ficus elastica Roxb., Ficus Benjaminii L, Ficus lirata Warb, Ficus
binnendijkii Mig, Ficus deltoidea Jack.
Результаты и их обсуждение
Выбор растения-донора, изолирование эксплантов и получение стерильной культуры. Установлено, что экспланты, взятые с молодых растений фикусов (1 - 2-ой год жизни), обладают гораздо большим морфогенетическим по-
Ю.В. Миронова О.А. Сорокопудова
Белгородский государственный национальный исследовательский университет, г. Белгород, ул. Победы, 85.
e-mail: [email protected]
тенциалом по сравнению со взрослыми растениями ( 5 - 10 лет жизни). Наши исследования полностью согласуются с литературными данными (Бутенко, 1986; Катаева, Бутенко, 1983; Jona, 1982).
Оптимальным типом экспланта для F. benjamina оказались верхушечные побеги с 2-мя междоузлиями, для F. elastica - верхушечные почки, а для
F. lyrata - фрагменты листовой пластинки с наличием центральной жилки. Наши данные подтверждают исследования проведенные Jona, 1982; Jona, Gribaudo, 1987, 1991.
Продолжительность экспозиции подбирали в зависимости от возраста экс-планта и его морфологических особенностей: более молодые и тонкие побеги стерилизовали 8 минут, более крупные - 10-12 мин. Экспозиция, продолжительностью более 12 мин. Приводила к гибели эксплантов.
Первоначальную закладку всех эксплантов проводили на безгормональную питательную среду с минеральной основой МС. Через 5-7 дней полностью инфицированные экспланты выбраковывали, частично инфицированные стерилизовали повторно, а неинфицированные экспланты пересаживали на питательную среду, соответствующую дальнейшим экспериментам.
В результате была получена стерильная культура у следующих видов и сортов: F. benjamina (сорта Daniella, Starlight, Gold Princess, Monique Exotica), F. elastic ( сорта Melany, Rubra, Brazil), F. lyrata (сорт Bambino).
Развитие эксплантов. На этом этапе нами были проведены исследования по влиянию состава питательной среды на коэффициент размножения и характер развития растений.
Для F. lyrata было изучено влияние минерального состава питательной среды на коэффициент размножения (количество растений из одного экспланта) и длину побегов. При этом использовали 3 типа питательных сред, различающихся по минеральному составу. Это - среда с полным составом макро- и микросолей по прописи Мурасиге и Скуга (МС), среда с половинной долей солей МС (1/2 МС) и среда с составом макро- и микросолей по прописи Гамборга. В результате были получены следующие данные (табл.1):
Таблица 1
Влияние минерального состава питательной среды на коэффициент размножения и длину побегов у эксплантов F. lyrata
(концентрация БАП 1,0 мг/л)
Показатели Тип питательной среды
MC l/2 MC среда Гамборга
Коэффициент размножения 66+l,3 5,l+l,8 2,8+0,9
Длина побегов, мм 24,8+4,9 l8,0+3,9 l3,9+3,0
Следующие исследования для Р. Їутаїа проводили в отношении влияния гормонального состава питательных сред на коэффициент размножения и характер роста эксплантов. При этом проводили следующие опыты:
Опыт 1. Экспланты культивировали на питательных средах с минеральной основой МС и постоянным содержанием гормонов - 2-иП (8,05 мг/л),
БАП (5,4 мг/л), ИМК (2,5 мг/л), кинетин (5,16 мг/л), применяя их 10-ти и 100-кратное разбавление, а также добавляя в некоторых вариантах гибберелловую кислоту (Г) и аденинсульфат (АД). В результате были получены следующие данные (табл.10). Статистический анализ данных показал, что значительно лучший результат даёт 100-кратное разбавление основных гормонов, по сравнению с 10-кратным. Исключение составляет вариант с добавлением аденинсульфата, что свидетельствует о его положительном эффекте. В свою очередь добавление гибберелловой кислоты не даёт существенных преимуществ (табл. 2).
Таблица 2
Влияние регуляторов роста, содержащихся в питательной среде, на коэффициент размножения у эксплантов ¥. Ьуга±а
Номер варианта Обозначение питательной среды Коэффициент размножения
l 1:100 + Г 7,33+1,10
2 1:100 9,04+1,00
3 1:10 + Г 6,33+1,56
4 1:10 6,17+0,91
5 1:10 + АД 7,14+1,96
Опыт 2. В этом опыте мы культивировали экспланты на питательных средах с минеральной основой МС и добавлением цитокинина Бап в различных концентрациях. А также в одном из вариантов добавляли ауксин (табл. 3).
Таблица 3
Влияние гормонального состава питательной среды на морфометрические показатели регенерантов ¥. Ьуга±а
Номер варианта Тип питательной среды Число побегов, шт. Длина побегов, мм Количество междоузлий
1 1,5 12,0 + 2,0 5.0+1.8 -
2 0,8 14,0+4,0 3.5+1.1 -
3 0,5 2.0 + 0.5 7,0 + 1,2 1,0 + 0,1
4 1/2 НГ 3.0+1.0 23,0+6,9 3,0+0,5
5 К2 34,0+7.0 8,3+0,8 1,5+0,1
Сравнительный анализ полученных данных показал, что максимальный коэффициент размножения достигается эксплантами F.lyrata при культивировании их на среде К2 (с добавлением цитокинина и ауксина), что подтверждается и литературными данными (Немойкина, 2003; Миронова, 2004). В свою очередь максимальная длина побегов и количество междоузлий достигается на среде с низким содержанием БАП (0,05 мг/л) и половиной дозой солей МС. Но при этом резко снижается коэффициент размножения. Учитывая, что на этапе размножения главным показателем является количество микропобегов из одного экспланта, можно сказать, что лучшей питательной средой для размножения F. lyrata является среда К2 (табл. 3).
По результатам двух опытов можно сделать заключение, что оптимальной питательной средой для микроклонального размножения F. lyrata является среда с минеральной основой МС и добавлением БАП и ИМК в концентрациях 0,5 мг/л и
0,05 мг/л соответственно.
В ходе исследований для F. elastic было изучено влияние гормонального состава питательной среды на коэффициент размножения у трех сортов: Melany, Rubra, Brazil. Гормональный состав среды I принят за стандарт (st), а остальные экспериментально модифицированы (табл. 4).
Таблица 4
Коэффициент размножения у сортов F. elastic в зависимости от гормонального состава питательной среды (минеральная основа — МС)
Сорт Тип питательной среды
I (st) II III IV V
Melany 7,2 + 1,2 7.4+1.1 8.5+1.3 10,5+1,5 8.3+1.2
Rubra 5,3+0,7 5.8+0.8 8.1+1.0 8,5+1,1 6,4+0,9
Brazil 4,8+0,5 5.5+0.5 5,8+0,7 6,5+0,9 6,8+1,0
При сравнении F. elastic и F. lyrata можно заметить, что значительно большим морфогенетическим потенциалом обладает F. lyrata (коэффициент размножения -
34,5 + 7,2). А при сравнении сортов внутри вида F. elastic наибольшей регенерационной способностью обладает сорт Melany (коэффициент размножения - 10,5 + 1,5).
Укоренение. Данный этап был достигнут только у растений F. lyrata. При этом основные исследования были направлены на изучение влияния индукторов ризо-генеза (различных ауксинов) и их концентрации на формирование корневой системы. Корни образовывались преимущественно у основания стебля растения (табл. 5).
Таблица 5
Образование корневой системы у побегов ¥. ЬутаЬа под влиянием различных индукторов ризогенеза
Вариант Концентрация, мг/л Укореняемость, % Число корней, шт Средняя длина корней, мм
Регулятор роста
Без регуляторов - 52,5 + 15,1 1,4+0,2 13,4+2,5
ИМК 0,5 88,1+11,7 6,9+1,3 30,2+5,1
1,0 89,2+10,6 7.2+1.5 24,6+3,8
ИУК 0,5 95,8+5,4 4,6+0,8 17,6+2,9
1,0 88,1+11,7 3,8+0,6 11,8+2,1
НУК 0,5 83,3+15,2 2,9 + 0,.5 10,7+1,9
1,0 68,4+15,9 2,3+0,5 6,7+1,3
Адаптация. Адаптацию размноженных растений фикусов in vitro проводили по ранее разработанной технологии с использованием мха сфагнума (Sphagnum) (Ковалёва и др., 2000).
Укоренившиеся растения были высажены на вегетирующий мох сфагнум и смесь песка, торфа и дерновой земли в соотношении 1:1:1. На стадии адаптации интенсивность светового режима составляет 5 - 7 тыс. лк.
Посадка на мох сфагнум имеет большие преимущества, т.к. позволяет сократить цикл культивирования - растения можно высаживать на мох даже с минимальным развитием корней.
Внедрение клонального микроразмножения способствует увеличению более чем в тысячу раз выхода укорененных растений представителей рода Ficus в сравнении с традиционным черенкованием. При таком способе размножения независимо от времени года возможно получение в короткие сроки однородного оздоровленного потомства, свободного от бактериальных и грибных болезней.
Выводы
1. При микроклональном размножении представителей рода Ficus установлено влияние минерального состава питательной среды и воздействие регуляторов роста на коэффициент размножения. Добавление гормонов (цитокинина и ауксина) в питательную среду увеличивает диапазон морфометрических показателей регене-рантов.
2. При использовании метода in vitro для размножения представителей рода Ficus необходимо учитывать, что экспланты следует брать с молодых побегов (1 - 2 год жизни); что оптимальной питательной средой для микроклонального размножения F. lyrata является среда с минеральной основой МС и добавлением БАП и ИМК в концентрациях 0,5 мг/л и 0,05 мг/л соответственно; для укоренения эксплантов лучше применять ИМК в концентрации 0,5 мг/л, или в концентрации 1,0 мг/л; адаптацию растений лучше всего проводить с использованием технологии посадки на мох сфагнум.
3. Разработанные эффективные методы микроклонального размножения фикусов для использования в озеленении детских учреждений позволяют получить большое количество генетически однородного, оздоровленного посадочного материала за достаточно непродолжительный срок.
НАУЧНЫЕ ВЕДОМОСТИ | ' . | Серия Естественные науки. 2011. № 9 (104). Выпуск 15/2 20
1. Бутенко Р.Г. Культура клеток растений и биотехнология. - М.: Наука. ИФР, 1986. - 179 с.
2. Кутас Е.Н. Научные основы клонального микроразмножения растений на примере ин-тродуцированных сортов голубики высокой и брусники обыкновенной. Автореф. - М., 1997. - 20 с.
3. Катаева Н.В., Бутенко Р.Г. Клональное микроразмножение растений. - М., 1983. - 97 с.
4. Ковалева И.С., Данилова Т.В., Молканова О.И. Усовершенствование методики мик-роклонального размножения малино-ежевичного гибрида Тайберри // Биотехнология, отдаленная гибридизация. Вып. 179. - М., 2000. - С. 136-143.
5. Jona R. In vitro propagation of Fig through Shoot Tip culture // Hort Science 17 (1): 86-87. 1982.
6. Jona R., Gribaudo J. Adventitious bud formation from leaf explants of Ficus lyrata // Hort Science. 1987. - Vol 22, № 4. - P. 651-653.
7. Jona R., Gribaudo J. Ficus spp. // Biotechnology in agriculture and foresty. Vol. 16, 1991.
Список литературы
- P. 79-93.
BIOLOGICAL FEATURES OF REPRODUCTION OF SOME REPRESENTATIVES OF SORT FICUS L. IN CULTURE IN VITRO
Belgorod National Research University, Belgorod, Pobedy str., 85.
J.V. Mironova O.A. Sorokopudova
Development of researches by the nature of Ficus L is shown. In the closed premises on an example of educational school of Moscow. Kinds of a sort a ficus about reproduction by a method of culture of cages are studied. Develop effective methods reproduction of ficuses for use in gardening of child care centers allowing to receive a considerable quantity of genetically homogeneous, improved landing material.
e-mail: [email protected]
Key words: kinds of sort Ficus L., gardening of premises, culture of cages.
