CC BY
36
Литература
Васильев А.Н. Цитоскелет генеративной сферы высших растений // Журн. общ. биол., 1996. Т.57, №5. С.567-590.
Кашин А.С., Чернышова М.П. Частота апомиксиса в популяциях некоторых видов Taraxacum и Hieracium (Asteraceae) //Бот. жури., 1997.- Т. 82, М> 9.-С. 14-24
Куприянов П.Г. Соотносительная роль факторов, вызывающих появление дефектных пыльцевых зёрен у растений в природе // Аломиксис и цитозм-бриология растений. Саратов, 1983. Вып.5. С.3-33.
Сравнительная эмбриология цветковых растений. Л., 1987,- 391 с
Тутаюк В.Х. Анатомия и морфология растений. 2е изд. М, 1980. 317с.
Xoxjfob С.С., Зайцева М.И. Опыт определения количества апомиктических видов во флоре окрестностей Саратова антморфологическим методом // Аломиксис и цитогзмбриология растений. Саратов, 1971. Вып. 2. С.25- 40.
Birari S.P. Apomixis and sexuality in Themeda Forssk. at different ploidy levels (Graminae) II Gcnclica (Med), 1980. V.54, № 2. P. 133-139.
Davis Cj.L. Apomixis and abnormal anther development in Calotte Lappilacea Benth. (Compositae) II Auslr. J. Bot., 1968. V.16,№1.P. 1-17.
Dawe R.K. Meiotic chromosome organization and segregation in plants // Annu. Rev. Plant. Physiol. Plant Mol. Biol., 1998. V.49. P. 371-395.
Gustafsson A. Apomixis in higer plants. Part П. The causal aspcct of apomixis. Eund.s universitets arsskrift.N.F. Avd. 2, 1947. -Bd.43, №2. S.71-179.
Quari C.L., Po/zobon M.T., Vails J.F.M. Cytology and reproductive behavior of diploid, tetraploid and liexaploid germplasm accessions of a wild forage grass: Pas-palum compressfolium // Euphytica, 1996. V.90, №3. P. 345-349.
Richards A.J. Eutriploid facultative agamospermy in Taraxacum // New Phytol., 1970. V. 69, №3. P.761-774.
Rutishauser A. Fortpllanzungsmodus und Meiose apomiktischer Blutenpflanzen. // Protoplasmologia, 1967. N 3. S. 1-243.
УДК 581.143.6
fOPMOHOíНЕЗАВИСИМОЕ ПРОЯВЛЕНИЕ ЭМБРИОГЕНЕЗА IN VITRO У ПАРТЕНОГЕНЕТИЧЕСКОЙ ЛИИИИ КУКУРУЗБ1
Т.А.Алаторцева, В.С.Тыриов Саратовский государственный университет им. Н.Г.Чернышевского
Индукция автономного развития яйцеклетки in vitro зависит от многих факторов, включая состав питательных сред, их специфичность для разных видов и этапов культивирования. Обычно среды для индукции каллусо-и эмбриоидогенеза включают различные гормональные добавки в сочетании с углеводами (Yang, Zhou, 1982; Бугара, Русина, 1988; Mukhambetzhanov, 1997; Mol, 1999).
Установлено, что в культуре неопыленных завязей апомиктичных форм сравнительно легко идет процесс формирования гаплоидных проэмбрио, эм бриоидон и регенерация из них растеньиц, гак как развитие зародыша без оплодотворения уже генетически предопределено (Алаторцева, Тырнов, 1989). Эту особенность нами предложено использовать как маркерный признак для диаг ностики апомиксиса и отбора на этот признак (Алаторцева, Тырнов,1993). Фактором, ограничивающим возможность реализации этой идеи, может быть индуцированный эмбриогенез не связанный с генетически обусловленной предрасположенностью к апомиксису. Перспективным подходом к решению этой проблемы может быть выявление и использование сред, содержащих те компоненты (или их концентрации), которые являются недостаточными для индукции морфогенеза у обычных половых форм, но не препятствует его проявлению у апомиктов.
Цель данного исследования заключалась в изучении реакции неопыленных завязей партеногенетической линии кукурузы на средах, не имеющих гормона 2,4-Д или включающих его в минимальных концентрациях (0,2 и 0,25мг/л), при разных количествах сахарозы.
Материал и методы
В качестве объектов исследования использовали партеногенетическую линию кукурузы АТ-1 (Тырнов, Еналссва, 1983). Контролем служили десять обычных линий, не имеющих склонности к апомиксису. Растения-доноры выращивали в поле. Спустя 5 суток после появления пест ичных нитей, початки, закрытые изоляторами для исключения опыления, срезали с растения, стерилизовали в 70% этиловом спирте и растворе натриевой соли этилмсркуртиосали-циловой кислоты. Питательная среда включала макро- и микроэлементы MS, витамины, агар-агар, а также в разных количественных соотношениях сахарозу и 2,4-Д. Для опытов отбирали завязи только средней части початка. Их культивировали в пробирках при температуре 25±2° С в темноте. Перед посадкой па среду часть завязей каждого соцветия фиксировали в растворе ацетоалкоголя () :Л) для у точнения стадии развития зародышевого мешка.
Частоту эмбриогенеза оценивали по суммарному количеству эксплантов с данным признаком спустя 2,5 месяца развития in vitro.
Результаты и обсуждение
Эксперимент проводили, используя 7 вариантов питательной среды, отличающихся концентрациями 2,4-Д (0; 0,2; 0,25 мг/л) и сахарозы (1,5,9%). Завязи в момент помещения на среду содержали зародышевые мешки либо с нормальной яйцеклеткой, либо с яйцеклеткой, вступившей в стадию деления. Иногда обнаруживали двух-шести-клеточные проэмбрио. В конце культивирования во вскрытых завязях были обнаружены глобулярные зародышеподоб-ные структуры величиной до 2 мм в диаметре. Результаты количественной оценки таких явлений при разных условиях культивирования представлены в таблице I.
Таблица 1. Частота эмбриогенеза in vitro в зависимости от количественных сочетаний 2,4-Д и сахарозы
№ среды Количество завязей
2,4-Д, мг/л Сахарозы, % Всего С эмбриогенезом, %
1 1 132 0
0 5 2 130 9,2
9 3 128 7,8
1 4 139 3,6
0,2 5 5 131 12,2
9 6 132 7,6
Было установлено, что на среде 1 (отсутствие 2,4-Д, 1% сахарозы) семяпочки прекращают развиваться и погибают.
Размеры завязей при этом остаются практически такими же, как и до культивирования. Их поверхность ослизняется и вскоре они полностью дегенерирует. Однако при больших концентрациях сахарозы (5 и 9%) частоты эмбриогенеза составляют 9,2 и 7,8%, в зависимости от количества углевода (среды 2 иЗ).
В то же время при добавлении в среду 2,4-Д, даже в небольшом количестве (0,2 мг/л), частота встречаемости этог о признака может- варьировать от 3,6 до 12,2%, в зависимости от уровня сахарозы.
Однако достоверных различий (при уровне значимости 0,95) между всеми указанными частотами за исключением безгормонального варианта с минимумом углевода (среда 1), не выявлено.
Аналогичные исследования в другом эксперименте (табл.2) с использованием вариантов сред с малым количеством 2,4-Д (0,25мг/л) и безгормонального, в сочетании с 9 % сахарозы, показали, что, как и в первом опыте, отсутствие ауксина принципиально не сказывается на частоте проявления партеногенеза, и различия в величинах не являются достоверными.
Таблица 2. Частота эмбриогенеза в зависимости от присутствия в питательной срсде 2,4-Д (при 9,0% сахарозы)
Концентрация 2,4-Д, мг/л Количество завязей
Всего С эмбриогенезом,%
0 127 3,2
0,25 129 4,7
Таким образом, возникиовение и развитие аиомиктичного ироэмбрио находятся в большей зависимости от количества углевода в среде, нежели от концентраций ауксина. И это, видимо, не случайно.
Партеногенез у згой линии генетически детерминирован и проявляется как in vivo, так и in vitro, в отличие от обычных амфимиктичных линий (Ала-торцева, Тырнов, 1994). Именно поэтому нет особой необходимости добавлять ауксин. Он (2,4-Д) обычно зребуется позже для того, чтобы переключить программу развития глобулярного зародыша на формирование регенерацион-носпособных эмбриоидов и поддержание их клонов. Что касается сахарозы, то, как правило, в исходных пассажах в период адаптации эксплантов к новым условиям потребность в ней значительно выше, чем на поздних этапах - при кал-лусогенезе, регенерации растений и т.д. Это отмечено для культуры как гаплоидных, так и диплоидных тканей (Laudenir, William, 1989; Benkiranc et al., 2000). Зависимость от углевода вполне объяснима, поскольку его присутствие необходимо растениям и для энергетического питания клеток, и для подержания скорости метаболических процессов. Именно поэтому только определённое его количество способно обеспечить зародышеподобным структурам любого происхождения, в том числе и апомикгичного, жизнеспособность in vitro, особенно в условиях, где невозможна фотосинтетическая активность.
Культивирование in vitro неоплодотворенньгх завязей десяти обычных половых линий нри использовании всех тех же веществ и концентраций показало их неспособность к эмбриогенезу. Видимо, при указанных условиях культивирования уже возможен отбор форм, предрасположенных к апомиксису, хотя и не исключена дальнейшая оптимизация этих условий.
Выводы
1. Условием возникновения и развития проэмбрио in vitro у нартеногенети-ческой линии кукурузы является наличие в среде достаточного количества сахарозы (5 - 9 %).
2. Отсу тствие ауксина 2,4-Д, при достаточном количестве сахарозы не оказывает негативного влияния на проявление эмбрио1«неза у паргеногенетичс-ской линии.
3. Показана принципиальная возможность отбора на партеногенез на основе использования технологии культуры завязей in vitro.
Литература
Алаторцева Т.А., Тырнов B.C. Использование техники in vitro для дора-щивания проэмбрио при редуцированном партеногенезе у кукурузы// Биология культивируемых клеток и биотехнология. Тр. II Междунар. конф. Алма-Ата, 1989. С. 139.
Алаторцева Т.А., Тырпов B.C. Сравнительное изучение развития неопы-лённых завязей ano- и амфимиктичных линий кукурузы in vitro Н Апомиксис у
растений, состояние проблемы и перспективы исследований. Гр.Междунар. еимп. Саратов, 1994. С. 8-9.
Ьугара A.M., Русина JT.B. Культура неоплодотворённых завязей и семяпочек как способ получения г аплоидных растений // Физиол. и биохимия культ, растений. 1988. Т.20. № 5 . С.419-430.
Тырнов B.C., Еналеева К.Х. Автономное развитие зародыша и эндосперма у кукурузы // Докл. АН СССР. 1983. Т. 272.№3. С. 722-723.
Alatortscva ТА., Tymov V.S. The use of culture for identification apomictic form// Trends in Plant Biotechnology: II Symp. Puschino, 1993. P.342.
Benkirane H., Sabounji K„ Chlyah A., Chlyah H. Somatic cmbryogcncsis and plant regeneration from fragments of immature inflorescence and coleoptiles of durum wheat // Plant Cell, Tissue and Organ Culture. 2000. Vol.61. P. 107-113.
Laudenir P., William S., Somatic embryogenesis and regeneration capacity in tropical maize inbreds // Rev. Bras. Genet. 1989. Vol.12. N3. P. 553-566.
Mol R. F.mbryological aspects of in vitro gynogenesis in plant organ cultures. Acta Biol.Cracov. Ser. Bot. Vol.41. 1999. P.67-74.
Mukhambetzhanov S.K. Culture of nonfertilized female gametophytes in vitro. Plant Cell. Tissue and Organ Culture. Vol. 48. 1997. P. Ill -119.
Yang 11.J., Zhou C. In vitro induction of haploid plants from unpollinated ovaries and ovules // Theor. And Appl. Genet. 1982. Vol.63. № 2. P.97-104.
УДК: 631.52
ПРЕДРАСПОЛОЖЕННОСТЬ К ПОЛИЭМБРИОНИИ СОРТОВ МЯГКОЙ ПШЕНИЦЫ САРАТОВСКОЙ СЕЛЕКЦИИ
Н.Г. Геворгян
Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского
Полиэмбриония у растений (возникновение в одном семени нескольких зародышей) связана с рядом явлений, которые имеют важное селекционное значение. К ним относятся партеногенез, андрогенез, гаплоидия, апомиксис (Хохлов и др., 1976; Селиванов, 1983; Тырнов, 1986). Все они у большинства возделываемых растений встречаются крайне редко и их очень трудно выявлять. Полиэмбриония, напротив, самый легко диаг ностируемый признак, поэтому не исключено, что, производя отбор на полиэмбрионию, можно будет выявить формы, предрасположенные к вышеперечисленным явлениям.
По литературным данным, использование только апомиксиса при воспроизводстве риса должно дать дополнительную продукцию не менее чем па 2,5 миллиарда долларов в год (Kolluiiow, 1998). Не меньшие результаты могут быть получены и при возделывании пшеницы.Использование гаплоидии и анд-рогенеза позволяет в несколько раз сокращать сроки селекции. Поэтому изучение полиэмбриоиии может оказаться очень перспективным направлением. Встречаемость полиэмбрионии у пшеницы отмечалась разными авторами (Селиванов, 1983; Цветова, 1971; Зайкина,1978). Нами проведена оценка разных
