Эмбриогенез моркови столовой (Daucus carota L. ) в культуре микроспор Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»

central Siberia // Canadian Journal of Forest Research. - 2011. - 41(7). - P. 1405-1421.

7. Field C.B., Barros V., Stocker T.F., Qin D., Dokken D.J. andMidgley P.M. (Eds.). Managing the Risks of Extreme Events and Disasters to Advance Climate Change Adaptation. - Cambridge: Cambridge University Press, 2012. - P. 594.

8. FOREST Система управления базами данных. - [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://forest. sfu-kras.ru/

9. Schulze E.-D., Heimann M., Harrison S., Holland E., Lloyd J. Global Biogeochemical Cycles in the Climate System. - Jena: Academic Press, 2010. - P. 345.

10. Scott J. Goetz, Gregory J. Fiske, Andrew G. Bunn Using satellite time-series data sets to analyze fire disturbance and forest recovery across Canada // Remote Sensing of Environment. - 2006. - № 101 -P. 352-365.

11. Soja, A J m. fl. 2007: Climate induced boreal change: predictions versus current observations // Global and Planetary Change. - Vol. 56. - P. 274296.

12. Wirth C., Czimczik C. I., Schulze E.-D. Beyond annual budgets: carbon flux at different temporal scales in fire-prone Siberian Scots pine forests // Tellus. - 2002. - № 5. - P. 611-630.

УДК 635.132:57.082.261

Поляков Алексей Васильевич

доктор биологических наук

Демидкина Марина Александровна

Всероссийский НИИ овощеводства Россельхозакадемии

Зонтиков Дмитрий Николаевич

Костромской государственный университет им. Н.А. Некрасова

ЭМБРИОГЕНЕЗ МОРКОВИ СТОЛОВОЙ (DAUCUS CAROTA L.) В КУЛЬТУРЕ МИКРОСПОР

Культура микроспор позволяет получить при плотности суспензии микроспор 20000 шт./мл 0,12% — 0,25% эмбриоидов, при 50000 шт./мл среды — 0,22%о — 0,35% в зависимости от сортообразца. Культивирование микроспор моркови на агаризованной питательной среде МСм, содержащей 2,4 — Д в концентрации 0,2 мг/л, сахарозу — 3%, агар — 6 г/л позволяет получить от 0,34% до 0,49% эмбриогенных структур в зависимости от сортообразца. Использование комбинаций сахарозы в двухслойной питательной среде агаризованная среда 3%о и жидкая среда 3%о или агаризованная среда 6%о и жидкая среда 3%о позволяет получить у сорта Rondo от 0,75%о до 0,78%о эмбриоидов. Доращивание зонтиков моркови столовой в лабораторных условиях не привело к растрескиванию пыльников и выходу микроспор/ пыльцы из них.

Ключевые слова: морковь столовая, in vitro, микроспоры, эмбриоиды.

Использование гаплоидных растений может значительно ускорить селекционный процесс при создании высокопродуктивных, устойчивых к неблагоприятным биотическим и абиотическим факторам внешней среды линий и сортов сельскохозяйственных культур [3]. Однако процесс производства гомозиготных линий моркови столовой в силу двулетнего цикла ее размножения и перекрестного типа опыления достаточно трудоемкий, малопроизводительный и занимает длительное время.

Для повышения эффективности этого процесса разработаны методы получения гаплоидов и удвоенных гаплоидов в культуре изолированных пыльников; культуре семяпочек [1; 4; 6] и индуцированном апомиксисе [2; 5]. Однако эти методы остаются недостаточно эффективными для того, чтобы использовать в селекционном процессе, и нуждаются в усовершенствовании. В связи с этим актуально получение удвоенных гаплоидов моркови в культуре микроспор, так как они являются уникальным объектом для изучения процессов морфогенеза и регенерации гаплоидных растений. В свя-

зи с этим целью нашей работы было изучение эмбриогенеза в культуре изолированных микроспор моркови столовой.

Объектами исследований служили зонтички, бутоны, пыльники и микроспоры трех сортов моркови - Лосиноостровская 13, Шантенэ королевская, Rondo.

Донорные растения выращивали в открытом и защищенном грунтах. Доращивание зонтичков осуществляли в лабораторных условиях in vitro и in vivo.

Доращивание зонтичков в условиях in vitro осуществляли на среде с содержанием сахарозы 2,5%, 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 40% в течение одних и двух суток.

Доращивание зонтичков в условиях in vivo на питательной среде в термостате при температуре 25 0С и 32 0С, экспозиции одних и двух суток.

Для введения в культуру in vitro пыльники извлекали из зонтичков 2-4 порядков с центрального зонтика и применяли ступенчатую стерилизацию. Первоначально бутоны промывали проточной водой, затем замачивали в мыльном растворе в течение 1-2 часов. В стерильных условиях обраба-

24

Вестник КГУ им. Н.А. Некрасова ♦ № 4, 2013

© Поляков А.В., Демидкина М.А., Зонтиков Д.Н., 2013

тывали 70%-ным раствором этанола в течение 30 секунд, выдерживали в 1,0%-ном растворе гипохлорита кальция в течение 20 минут, промывали в трёх сменах стерильной дистиллированной воды в течение 15-20 минут.

Для получения микроспор из бутонов извлекали пыльники и помещали их на стекло в каплю жидкой среды, после чего пыльники механически измельчали с помощью игл в жидкой питательной среде Масуда [7] в чашке Петри. Суспензию микроспор помещали на среду МСм, содержание сахарозы в которой составляло от 30 до 140 г/л, 2,4-Д - 0,2 мг/л, агара - 6 г/л, рН среды - 5,6.

Первые 10 суток микроспоры культивировали в темноте, далее в условиях периодического освещения (16 часов день и 8 часов ночь) при температуре 25 0С.

В исследованиях по изучению влияния концентраций микроспор на эффективность эмбриогенеза использовали следующие их концентрации в питательной среде: 10, 20, 50 тыс. шт./мл среды.

Развитие микроспор происходит внутри пыльника, и для их освобождения необходимо использовать эффективные приёмы. В результате проведения исследований изучено несколько способов выделения микроспор: многократное разрезание пыльников в жидкой питательной среде и доращивание зонтичков в лабораторных условиях.

При доращивании зонтичков моркови in vitro в течение суток, в вариантах с использованием 1040%-ой концентраций сахарозы доля нежизнеспособных пыльников составляла 11-70%. При содержании 25%, 40% сахарозы в питательной среде 30% и 40% пыльников было раскрыто, но пыльца из них не высыпалась, в других вариантах опыта пыльники не раскрылись.

При доращивании зонтичков моркови столовой в течение 2 суток наблюдали 14,3% жизнеспособных раскрывшихся пыльников на питательной среде МСм с содержанием сахарозы 10%, а также 6,6% и 8,5% - на среде с концентрацией сахарозы 15% и 20% соответственно.

В результате доращивания зонтичков моркови изучаемых сортов на среде, содержащей 15% сахарозы, только у сорта Витаминная 6 было обнаружено 50% жизнеспособных, но нераскрывшихся пыльников. В других вариантах жизнеспособных пыльников не было обнаружено. Причиной этому,

по-видимому, была высокая влажность воздуха в культивационных сосудах.

При доращивании зонтичков в условиях in vivo у раскрытых цветков всех вариантов опыта тычиночные нити были скрученными, пыльники хорошо развитыми, но выхода пыльцы не наблюдали. При культивировании зонтичков в течение 2 суток наблюдали их полное увядание.

По литературным данным, морфогенных микроспор в пыльниках различных культур содержится от 0,05% до 0,12%, поэтому важно определить зависимость между интенсивностью эмбриогенеза и числом закладываемых на питательную среду микроспор.

В результате исследований изучена эффективность эмбриогенеза в зависимости от концентрации микроспор и отмечено образование эмбриоидов при концентрации микроспор 20 и 50 тыс. шт./мл среды. У сорта Rondo доля эмбриогеннных микроспор составила 0,25% и 0,35%, у сорта Витаминная 60,18% и 0,22% соответственно, а у сорта Лосиноостровская - 13-0,12% при концентрации микроспор 20 тыс. шт./мл среды.

Известно, что состав питательной среды является наиболее важным фактором, определяющим как эффективность культивирования пыльников in vitro, так и путь развития андрогенных структур. Состав питательных сред подбирается опытным путем и содержит минеральные соли, углеводы, аминокислоты, витамины, фитотогормоны, агар и другие добавки - кокосовое молоко, дрожжевой экстракт, гидролизат казеина и т.д.

При культивировании пыльников моркови столовой сорта Rondo (концентрация микроспор 50 тыс. шт./мл среды) в жидкой питательной среде МСм, содержащей 2,4 -Д в концентрации 0,2 мг/л, сахарозу - 12% и 14%, на 16 сутки наблюдали растрескивание пыльников и выход микроспор в питательную среду.

В результате культивирования микроспор моркови сортов Лосиноостровская 13, Шантенэ королевская и Rondo на агаризованных модифицированных питательных средах МС [8] установлено, что эмбриогенные микроспоры, образовавшиеся на среде МСм, составляли от 0,34% у сорта Rondo до

0,49% у сорта Лосиноостровская 13 (табл. 1).

Количество эмбриогенных микроспор, образовавшихся на среде МС, незначительно отличалось

Таблица 1

Эмбриогенез моркови столовой на различных питательных средах в культуре микроспор (п = 50000)

Сортообразец Образовалось эмбриоидов

МСм МС МСп

шт. %±Sp шт. %±Sp шт. %±Sp

Лосиноостровская 13 246 0,49±0,03 209 0,42±0,03 138 0,28±0,02

Шантенэ королевская 204 0,41±0,03 197 0,39±0,03 143 0,28±0,02

Rondo 169 0,34±0,03 141 0,28±0,02 117 0,23±0,02

Вестник КГУ им. Н.А. Некрасова ♦ № 4, 2013

25

от их числа на среде МСм. Так, доля эмбриоген-ных структур колеблется от 0,28% у сорта Rondo до 0,42% у сорта Лосиноостровская 13.

Большое влияние на рост и развитие микроспор оказывает концентрация сахарозы в питательной среде. В зависимости от ее концентрации количество эмбриоидов у сорта Rondo составляло от 0,31% (при содержани сахарозы в среде 14%) до 0,78% (при концентрации сахарозы в агаризованной среде 3%).

Лучший результат достигнут в вариантах, когда использовалась двуслойная среда - агаризован-ная, содержащая сахарозу в концентрации 3%, и жидкая, концентрация сахарозы в которой составляла 3% или агаризованная с 6% сахарозы и жидкая с 3% сахарозы. Доля эмбриогенных микроспор в этих вариантах соответственно составила 0,78% и 0,75%.

Таким образом, для индукции эмбриогенеза важное значение имеет концентрация сахарозы в питательной среде. Использование таких комбинаций сахарозы в двухслойной питательной среде, как агаризованная среда 3% и жидкая среда 3% или агаризованная среда 6% и жидкая среда 3%, позволяет получить от 0,75% до 0,78% эмбриоидов.

Доля эмбриоидов при концентрации микроспор 20 и 50 тыс. шт./мл среды у сорта Rondo составляет 0,25% и 0,35%, у сорта Витаминная 6 - 0,18% и 0,22%, у сорта Лосиноостровская 13 - 0,12%.

Библиографический список

1. Домблидес Е.А. Разработка методов индукции андрогенеза у различных видов капуст: автореф. дис. ... канд. с.-х. н. - М.:ВНИИССОК, 2001. - 198 с.

2. Ильченко О. В. Получение апомиктичных семян моркови // Картофель и овощи. - 2007. - № 6. - С. 31.

3. Поляков А.В. Биотехнология в селекции льна. - Тверь, 2000. - 180 с.

4. Поляков А.В. Андро- и гиногенез моркови (Daucus carota L.) / А.В. Поляков, О.В. Ильченко // Международная научно-практическая конференция «Приоритетные направления в селекции и семеноводстве сельскохозяйственных растений в XXI веке». - М., 2003. - С. 420-422.

5. Тимин Н.И. Индуцированный апомиксис моркови и получение гомозиготных форм растений / Н.И. Тимин, З.Т. Валеева, Л.Г. Пыжьянова // Селекция овощных культур / сб. науч. трудов. - М., 1994. - Вып. 34. - С. 11-16.

6. Тюкавин Г. Б. Основы биотехнологии моркови. - М.:ВНИИССОК, 2007. - 480 с.

7. Masuda K. Revision of the Medium for Somatic Embryogenesis in Carrot Suspension Culture / K. Masuda, Y. Kikuta, Y.A. Okazava // J. Fac. Agr. Hokkaido Univ. - 1981. - V.60. - P. 183-193.

8. Murashige Т. Revised Medium for Rapid Growth and Bioassays with Tobacco Tissue Cultures / Т. Murashige, F.A. Skoog // Physiol. Plant. - 1962. -V. 15. - P. 473-497.

УДК 541.138

Соловьев Михаил Евгеньевич

доктор физико-математических наук solo vie v56@gmail. com

Каранец Александр Олегович

alexial@gmail. com

Ярославский государственный технический университет

Леготин Денис Леонидович

кандидат физико-математических наук

Сухов Андрей Константинович

кандидат физико-математических наук suhov_andrei@mail.ru

Костромской государственный университет им. Н.А. Некрасова

КВАНТОВОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОННОЙ СТРУКТУРЫ МОЛЕКУЛ ТЕТРАБЕНЗОПОРФИРИНА И ФТАЛОЦИАНИНА. Ч. 2. РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТОВ

Сравнительное моделирование электронной структуры молекул фталоцианина и тетрабензопорфирина показало, что фталоцианин более стабилен в химических превращениях, тогда как тетрабензопорфирин может иметь более эффективное применение в фотоэлектрических преобразователях, вследствие меньшей разницы между потенциалом ионизации и сродством молекулы к электрону.

Ключевые слова: компьютерное моделирование, квантовая механика, электронная структура, тетрабензопорфирин, фталоцианин.

Д

вбнного те

гля проведения моделирования в настоя кластере КГУ им. Н.А. Некрасова проводились на

щей работе использовались вычисли 4 узлах по 8 ядер (всего 32 ядра). Оперативная пастельные кластеры Ярославского государ- мять использовалась полностью.

ственного технического университета и Костромс- При проведении квантово-химических расчетов,

кого государственного университета им. Н.А. Не- как правило, приходится выбирать между точнос-

красова (табл. 1). Параллельные вычисления на тью достигаемого результата с использованием кон-

26

Вестник КГУ им. Н.А. Некрасова ♦ № 4, 2013

© Соловьев М.Е., Каранец А.О., Леготин Д.Л., Сухов А.К., 2013