CC BY
22
Таблица 1. Индукция морфогенеза в культуре тканей разных сортов
бегонии
Сорт Среда Кол-во культур с Тип морфогенеза
морфогенетической (среднее число почек
активностью, % на культуру, шт.)
Диадема MS+кв-*- кн 22 ПСО (15,8)
MS+НУК+БАП 69 ВМК
Тигровая MS+KB+ кн 66 ПСО (4,5)
MS+НУК+БАП 100 ВМК
Пендула MS»кв + кн 0 -
MS+НУК+БАП 23 ВМК
Рэд MS+KB+ кн 0 -
MS f ПУК+БАП 57 ВМК
ПСО - прямой стеблевой органогенез; ВМК -- высокоморфогенный каллус (с множественным почкообразованием)
После пересадки стеблевых почек, развившихся непосредственно из тканей экспланта на среде MS * кинетин > кокосовая вода, на среду с 0,2 мг/л ИУК от их основания наблюдалось развитие корней. Наиболее интенсивно данный процесс происходил у сорта Диадема, у которого от черешка одного листа, введенного в культуру in vitro, развивалось более 60 регенераптов, большинство из которых были пригодны для пересадки в почву (Рис. 2). Часть побегов, лишенных корней, или со слаборазвитой корневой системой была пересажена далее па среду с половинным содержанием солей MS и добавкой ИУК или НУ К. При этом среда с ПУК оказалась более эффективной, способствуя развитию более мощной корневой системы. Кроме того, было обнаружено, что такая пересадка не только благоприятствовала ризогенезу, но и способствовала дальнейшему новообразованию побегов, пригодных для последующего размножения в условиях in vitro.
В то же время, пролиферация каллуса с почками, образовавшегося на среде MS +НУК + БАГ1, после пересадки на среду с ИУК у всех испытанных сортов замедлялась, и последующее развитие почек прекращалось.
Таким образом, использование культуральной системы, основанной на стимуляции развития стеблевых почек непосредственно из тканей экспланта (прямого органогенеза) на питательной среде MS, дополненной регуляторами роста (кинегином и кокосовой водой), позволяет проводить микроклональное размножение в условиях культуры in vitro ценных декоративных сортов бегоний. Такая система позволяет избежать сомаклональной изменчивости, возникающей в каллусе, развивающемся из эксплантов на среде, содержащей НУК и БАП (DeKlerk et al., 1990). По нашим наблюдениям, фрагменты черешков бегонии обладают более высокой способностью к прямому органогенезу, по сравнению с
листовыми лисками. Б этой связи, в технологии по массовому размножению ценных генотипов необходимо использовать именно данный тип гжспланта. В дальнейшем представляется целесообразным проведение исследований по оптимизации состава питательной среды, способствующего прямой регенерации побегов, но не содержащего дорогостоящих добавок, типа кокосовой воды, которые увеличивают себестоимость регенерантов.
Литература
Castillo В., Smith M.A.L. Direct somatic embrvogenesis from Begonia gracilis explains // Plant Cell Repts. 1997. V. 16. P.385-388.
De Klerk G.J., Ter Brugge J. Botiman H. An assay to measure the extent of somaclonal variation in micropopagated plants of Begonia hiemalis ii Acta Bot. Neerl. 1990. V.39. P.145-151.
Hakaart F.A., Versluijs J.M.A. Control of leaf curl and Xanthomonas begoniae in Begonia elatior by meristem culture and an isolation test // Acta Horticult. 1984. V.131. P.299-301.
Margara J., Phelouzat R. Structure and ontogeny of neoformations observed in vitro on Begonia x elatior petals // Can. J. Bot. 1984. V.62. P.2798-2803.
Peck D.E., Cummings, B.G. In vitro propagation of Begonia x tuberhybrida from leaf sections // Hortscience. 1984. V.19. P.395-397
Samyn G.L., Debergh P.C., Vermaerke D. Field performance and phenotypic stability of virus-free-cultured Begonia x tuberhybrida multijlora H Sci. Horticult. 1984. V.24. P. 185-191.
Simmonds J. Micropropagation of Begonia spp.// In: Biotechnology in Agriculture and Forestry. Y.P.S. Bajaj (ed). Springer-Verlag. Berlin, Heidelberg 1992. V.20. P.34-48.
УДК 575.224.234; 581.46
ХАРАКТЕРИСТИКА ВЕГЕТАТИВНЫХ И ГЕНЕРАТИВНЫХ ПРИЗНАКОВ У ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО ПОЛУЧЕННЫХ ТЕТРАПЛОИДОВ И ГИПОТЕТРАПЛОИДОВ ТАБАКА
О. Л. Госенова, А. 10. Колесова Саратовский государственный университет им. ИТ. Чернышевского
Геномные и хромосомные мутации являются источником генетической изменчивости в естественных популяциях и одним из факторов эволюции эукариотов (Жуковский, 1958; Otto, Whitton, 2000) Согласно существующим данным, у растений кратное увеличение числа хромосом вызывает морфологические изменения в вегетативной и генеративной сферах. Тетраплоиды пр сравнению с диплоидами в
большинстве случаев отличаются более мощным развитием. Для них характерно увеличение размеров растения, ширины и толщины листьев, размеров цветков и семян (Афанасьева, 1962; Бреславец, 1963). Помимо этого, полиплоидия может вести к изменению структуры цветков. Например, появление махровых цветков было отмечено у теграплоидов портулака (Blakeslee, 1940), льна (Лутков, 1939), капусты (Щавинская, 1937). У ряда видов, склонных к апомиксису, переход на полиплоидный уровень сопровождается переключением с полового на апомиктичный способ размножения или увеличением частоты апомиксиса (Izmailow, 1996; Naumova et al., 1999; Quariri et al., 2001). При анеуплоидии также возникают специфические фенотипические изменения. Как правило,
анеуплоидия вызывает снижение вегетативной массы растений и уменьшение размеров всех органов (Шевцов, Тимошенко, 1974; Юркевич, 1977).
Nicotiana tabacnm L. является одним из удобных объектов для исследования геномных мутаций. Для него разработаны методы получения гаплоидов и теграплоидов, показаны пути возникновения анеуплоидньтх растений. Полученные мутантные формы могут быть сохранены в коллекции в течение длительного времени путем культивирования соматических тканей в условиях in vitro.
Нами экспериментальным путем на основе десинаптического мутанта табака Dsyl были получены тетрагшоидные и гипотетраплоидпые растения (Колесова и др., 2003). В данной работе приводятся результаты их морфомстричсского анализа.
Материал и методика
Объектом исследования служили растения из самоопылешюго потомства тетраплоида, полученного на основе I)sy\ мутанта, и потомки 94-хромосомного гипотстраплоидного растения, взятого из потомства тетраплоида. Для сравнения использовались диплоидные мутантные Dsy 1 растения, выявленные на основе эмбриологического анализа зародышевых мешков.
Растения выращивались в поле на экспериментальном участке. Измерение высоты растений проводилось в сентябре-октябре после их зацветания.
Для кариологического анализа было взято по 10 растений из потомств тетраплоида и гипотеграплоида. Подсчет соматического числа хромосом проводился в кончиках корешков, зафиксированных в ацетоалкоголе (1:3) после их предобработки в 0,002 М растворе гидроксихинолипа. Корешки окрашивали ацетогематоксилином по стандартной методике (Паушева, 1974).
Морфометрический анализ цветков проводили у 12 потомков тетраплоида, 12 потомков гипотетраплоида и у 11 диплоидных мутантных растений. В ходе анализа измеряли следующие параметры: размеры
венчика (длину и диаметр), длину столбика, размеры завязей (длину и диаметр). У каждого растения было изучено по 15 цветков в момент их полного распускания.
Результаты и обсуждение
Подсчет соматического числа хромосом показал, что два растения в потомстве тетраплоида и три растения в потомстве гипотетраплоида имеют тетраплоидный набор хромосом (4п=96), а остальные растения являются гипотетраплоидами с числами хромосом от 93 до 95 (рис.1).
Большая часть потомков тетраплоида и гипотетраплоида отличались от диплоидных мутантных растений меньшими размерами растений, большим числом листьев (рис. 2) и более поздним зацветанием (рис. 3). Пять растений из потомства гипотетраплоида не зацвели вовсе до наступления заморозков.
В результате морфомстрического анализа цветков установлено, что у потомков тетраплоида и гипотетраплоида происходит уменьшение длины венчика и длины столбика по сравнению с диплоидами (рис. 4). Диаметр венчика у потомков тетраплоида был больше, а у потомков гипотетраплоида, наоборот, меньше, чем у диплоидных растений (рис. 4). Потомки тетраплоида и гипотетраплоида также отличались от диплоидов меньшими размерами завязей (длиной и диамезром) (рис. 4). Следует отметить, что у потомков гипотетраплоида происходит более существенное уменьшение размеров растений и всех изученных компонентов цветка по сравнению с потомками тетраплоида.
Ранее для полиплоидных рядов была установлена морфогенетическая закономерность, согласно которой с увеличением числа хромосом органы становятся относительно короче и шире (Сиинот, 1963). У изученных нами гипотетраплоидов и тетраплоидов также наблюдалось уменьшение индекса цветка и коробочек (отношение их длины к диаметру) (рис. 4).
У потомков тетраплоида были обнаружены структурные изменения в цветках. Так, у одного растения все цветки имели трехлопастные рыльца вместо двулопастных. У второго растения в двух цветках было обнаружено по 6 тычинок вместо 5. Еще у одного растения в одном цветке было 7 тычинок, а во втором цветке трехлопастное рыльце.
Согласно литературным данным, у тетраплоидных форм Nicotiana tahacum L. , в противоположность тетраплоидам большинства видов растений, снижается вегетативная масса и происходит укорочение цветков (Костов, 1941). Это объясняется тем, что Nicotiana tabacum является естественным полиплоидом с большим числом хромосом, и дополнительное увеличение числа хромосом оказывает негативное влияние. Для анеуплоидов табака также характерно уменьшение размеров растений, листьев и цветков (Smith; 1979).
%!
2 I о
2 в
о- 94
о
5
X
У 93 | -
92 : » ■■ » . . .
123456780 10 Растения
потомство тетраплоида .....потомство гипотетраплоида
Рис. 1. Цитогенетическая характеристика гютомств тетраплоида и 94-хромосомного
гипотетраплоида.
45 40 35 30 25 20 15
у
I • • •« п » • ; X • ■» I 1.1: П1 тг • п
1 5 9 13 17 21 25 29 33 37 41
Растения потомство гипотетраплоида; - - --диплоидные растения
60 Г| П ••"1 • ' • I Г?........ 11 ! п • • |-Г ч ГГГГ1 Г'ТТП
1 5 9 13 17 21 25 29 33 37 41 Растения потомство тетраплоида;
Рис. 2. Количссво листьев и высота растений у потомков тефаплоида и гипотетраплоида
150 140
ПО 120 110 • 100 -90 '
80 •
ц
60 !
I
10 !3 16 19 22 25 28 31 34 37 40
Рчртвиип
- потомство тетраплоида;
потомство гипотетраплоида; • -диплоидные растения Рис. 3. Сроки зацветания у потомков тетраплоида и гипотетраплоида.
Индекс завязи
Длина завязи, мм
о со
Диаметр завязи, мм
Н5
X а
с 5 V» О
и- Ч \
\ ч *
и
ы Г\
•Рь Г\
г»
О* И
^ Г\
эо VI
•о \ »
о 1
~ - а
1
Проведенное нами исследование тстраплоидов и гипотетранлоидов табака показало, что изученные формы характеризуются уменьшением размеров растений, цветков и их отдельных компонентов по сравнению с диплоидами, при этом наблюдается значительное варьирование исследованных признаков у различных растений. Структурные изменения в цветках, наблюдаемые у потомков тстраплоида, выражались в увеличении числа тычинок до 6-7 и появлении трехлопастных рылец.
Идентифицированные формы представляют интерес в качестве материала для дальнейшего эмбриолог ического исследования.
Работа выполнена при поддержке фонда МО РФ по фундаментальным исследованиям в области естественных наук (грант Е02-6.0-315).
Литература
Афанасьева А. С. Аутотстраплоиды проса, полученные действием колхицина // Полиплоидия у растений. M., 1962. С. 154-163.
Бреславец Л. П. Полиплоидия в природе и опыте. М., 1963. 364 с.
Жуковский П. М. Эволюционные аспекты полиплоидии растений // Полиплоидия у растений / Тр. совещ. по полиплоидии растений 25-28 июня 1958 г. М., 1962. С. 27-32.
Колесова А. Ю., Госенова О. Л., Еналеева II. X. Характеристика пыльцы у тетраплоидных и гипотетранлоидных форм табака, полученных на основе десинаптического мутанта Dsyl // Бюл. ботанического сада СГУ. Вып. 2. Саратов, 2003. С. 215-220.
Костов Д. Цитогснстика на рода Nicotiana. София, 1941-1943. 1072 с.
Лутков А II. Тетрашюидия у льна, вызванная действием высокой температуры на зиготу // Докл. АН СССР. 1939. Т. 19. № 1-2. С. 87-90.
Паушева 3. II. Практикум по цитологии растений. М., 1974. 288 с.
Синнот Э. Морфогенез растений. М., 1963. 603 с.
Шевцов И. А., Тимошенко В. М. Анеуплоидия у триплоидных кормово-сахарных гибридов свеклы // Ци тология и генетика. 1974. Т. 8. Ки 1.С. 69-72.
Щавинская С. А. Тетраплоидная капуста, полученная путем регенерации // Тр. по прикл. бот., ген. и сел. 1937. Сер. 2. № 7. С. 13-36.
Юркевич Л. Н. Изменчивость некоторых морфологических и цитогенетических признаков разнохромосомных анеуплоидов из тетраплоидной популяции клевера красного АН-тетра-1 // Экспериментальная генетика растеши. Киев, 1977. С. 73-84.
Blakeslee A. Effect of induced polyploidy in plants // Amer. Naturalist. 1940. N75. P. 117-135.
Coen E. S. The role of homeotic genes in flower development and evolution//Ann. Rev. PI. Physiol. Pl. Mol. Biol. 1991. Vol. 42. P. 241-279.
