Научная статья на тему 'Лабораторная оценка регенерантов пшеницы, полученных в экспериментальной селективной эмбриокультуре in vitro'

Лабораторная оценка регенерантов пшеницы, полученных в экспериментальной селективной эмбриокультуре in vitro Текст научной статьи по специальности «Сельское хозяйство, лесное хозяйство, рыбное хозяйство»

CC BY
340
75
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
АВТОНОМНЫЙ ЗАРОДЫШ / ОТЗЫВЧИВОСТЬ / ЭМБРИОКУЛЬТУРА IN VITRO / ЗАСУХА / ЯРОВАЯ МЯГКАЯ ПШЕНИЦА / TRITICUM AESTIVUM L

Аннотация научной статьи по сельскому хозяйству, лесному хозяйству, рыбному хозяйству, автор научной работы — Круглова Н. Н.

Проведена лабораторная оценка регенерантов яровой мягкой пшеницы, полученных в модельных экспериментальных условиях эмбриокультуры in vitro на селективной питательной среде, имитирующей засуху. Выявлены засухоустойчивые генотипы, перспективные для использования в селекционных исследованиях.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по сельскому хозяйству, лесному хозяйству, рыбному хозяйству , автор научной работы — Круглова Н. Н.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

LABORATORY EVALUATION OF WHEAT REGENERATES OBTAINED IN EXPERIMENTAL SELECTIVE EMBRYOCULTURE IN VITRO

The laboratory evaluation of wheat spring regenerantes obtained in model experimental conditions of embryo culture in vitro on the selective nutrient drought-imitated medium has been conducted. The drought-resistant genotypes perspectives for using as donor plants during selection investigations were revealed.

Текст научной работы на тему «Лабораторная оценка регенерантов пшеницы, полученных в экспериментальной селективной эмбриокультуре in vitro»

Изучение семенной продуктивности растений сорта Пермский местный показало, что его потенциальная семенная продуктивность (ПСП) составляла 3304-7327 семязачатков на растение. Реальная семенная продуктивность (РСП) на особь варьировала от 528 до 2089, в зависимости от возраста растения. Основной вклад в разницу между кустами вносили такие показатели, как количество цветков и бобов на соцветие. Также существенно отличалась РСП генеративного побега в зависимости от его порядкового номера. Коэффициент продуктивности (Кпр) составил у побегов второго года жизни 29-34%, у побегов третьего года -всего 16-18%.

Сорт Трио формирует гораздо меньше генеративных побегов на растение, чем сорт Пермский местный, - в среднем 9,4 - 10,8. Также меньше образуется и соцветий на побег - 1,9-2,4. Значительно меньше насчитывается цветков в соцветии (57,8-78,6). В итоге ПСП почти в 2 раза меньше (2053-4092). Но данный сорт отличается ранними сроками цветения, не зависящими от погодных условий, и даже при раннем наступлении осенних холодов - гарантированным созреванием семян. Реальная семенная продуктивность растений сорта Трио варьировала от 434 до 906. Но коэффициент продуктивности оказался близким к первому сорту (20-23), кроме того, не было различий РСП растений разного возраста и генеративных побегов в зависимости от порядкового номера.

Сорт Первенец клевера гибридного значительно отличался по семенной продуктивности от первых двух сортов, относящихся к клеверу луговому. Хотя генеративных побегов на особь образуется меньше и доля их по отношению к общему числу побегов составляет всего 44-67%, существенно возрастает число сформировавшихся бобов на головку и семян на боб. В итоге, коэффициент продуктивности на генеративный побег составил 62-82%.

Заключение. Пути формирования генеративных побегов различны, и в совокупности образуют сложные побеговые системы. Наибольшего разнообразия достигают генеративные побеги, цветущие первыми. Такое разнообразие побеговых систем демонстрирует высокие адаптационные способности вида. Поливариантность развития соцветий разных сортов клевера лугового и гибридного является одним из механизмов приспособления видов к длительному периоду цветения и гарантирует семенное размножение.

Сорт Первенец характеризуется большим разнообразием типов развития соцветий и значительно отличается по урожайности семян от сортов Пермского местного и Трио. Коэффициент продуктивности сорта Первенец составил 62,5-82,4%. Высокая реальная семенная продуктивность на генеративный побег и особь у сорта Первенец, по сравнению с другими исследованными нами сортами, обусловлена увеличением числа бобов на соцветие и семян на боб.

Литература

1. Вайнагий, В.И. О методике изучения семенной продуктивности растений /В.И. Вайнагий// Ботан. журн., -1974. - Т.59,№6. - С.826-831.

2. Вайнагий, В.И. Методика определения семенной продуктивности представителей семейства лютиковых / В.И. Вайнагий // Бюл. Гл. бот. сада. - 1990. - Вып.155. - С.86-90.

3. Современные подходы к описанию структуры растения / Под ред. Н.П. Савиных и Ю.А. Боброва и др. - Киров: ООО «Лобань», 2008. - 355 с.

4. Заугольнова, Л.Б. Особенности популяционной жизни растений / Л.Б. Заугольнова, Л.А. Жукова, Н.И. Шо-рина. // Популяционные проблемы в биогеоценологии. - М., 1988. - С. 24 - 59.

УДК 576.3.7.086.83:58

Н.Н. Круглова, д-р биол. наук, профессор,

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт биологии Уфимского научного центра РАН

ЛАБОРАТОРНАЯ ОЦЕНКА РЕГЕНЕРАНТОВ ПШЕНИЦЫ, ПОЛУЧЕННЫХ В ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ СЕЛЕКТИВНОЙ ЭМБРИОКУЛЬТУРЕ IN VITRO

Введение реализации адаптивного потенциала растений.

Повышение эффективности и рентабель- Биотехнологический метод эмбриокультуры ности использования основной хлебной куль- in vitro позволяет наиболее полно выявить и туры - яровой мягкой пшеницы - как биоло- реализовать различные онтогенетические (в гического ресурса во многом базируется на том числе и адаптивные) программы развития

зародыша, а, значит и растения в целом, поскольку зародыш обладает всеми потенциями взрослого организма [1, 2].

Засуха - основной неблагоприятный климатический фактор на Южном Урале. За последние 10 лет средняя температура воздуха в регионе повысилась на 1,2% и имеет тенденцию к дальнейшему повышению. Перед селекционерами остро стоит проблема создания новых засухоустойчивых сортов яровой мягкой пшеницы, перспективных для районирования на Южном Урале в условиях глобального потепления.

Один из биотехнологических подходов к получению засухоустойчивых растений предполагает получение регенерантов из зародышей, находящихся в критической стадии автономности, в экспериментальных условиях культуры in vitro на селективной питательной среде, имитирующей дефицит влаги путем введения в состав среды полиэтиленгликоля ПЭГ 6000 [3, 4]. Такой подход позволяет дать экспресс-оценку каждому вновь создаваемому сорту по устойчивости к стресс-фактору «засуха» [5, 6].

Цель работы состояла в получении расте-ний-регенерантов яровой мягкой пшеницы из автономных зародышей в экспериментальных модельных условиях культуры in vitro, селективных по фактору «засухоустойчивость», и лабораторной оценке таких регенерантов.

Методика

Объектом исследования послужили 10 новых гибридных комбинаций яровой мягкой пшеницы поколения F1, полученных в лаборатории селекции яровой пшеницы Селекционного центра по растениеводству ГНУ «Башкирский научно-исследовательский институт сельского хозяйства Россельхозакадемии» (г. Уфа): Боевчанка х Ирень, Л42938 х Салават Юлаев, Дуэт х Башкирская 28, Э43018 х Ту-лайковская золотистая, Л42809 х Л42866, Л42875 х Экада 70, Башкирская 26 х Экада 70, Л42875 х 76/98a, Воронежская 16 х Л42833, Боевчанка х Башкирская 26. Семена для исследования предоставлены согласно договору о творческом сотрудничестве на 2011-2015 гг. Донорные растения выращивали в полевых условиях научного стационара Института биологии Уфимского НЦ РАН (Уфимский район).

В работе использовали метод эмбриокультуры in vitro яровой мягкой пшеницы с учетом эмбриологических и физиологических нюансов, в авторской разработке [7, 8]. Критическую стадию автономности выявляли по способности зародышей, изолированных на последовательных стадиях эмбриогенеза, завершить эмбриогенез и дать нормальные про-

ростки в условиях in vitro на простой безгор-мональной среде [1], при этом использовали авторскую периодизацию эмбриогенеза пшеницы [9]. Оценку засухоустойчивости автономных зародышей проводили по их отзывчивости в культуре in vitro в селективных условиях, имитирующих дефицит влаги, путем введения в состав среды осмотика полиэти-ленгликоль молекулярной массой 6000 Да (ПЭГ 6000), понижающего осмотический потенциал питательной среды, но не проникающего в растительные клетки [3]. Использовали ПЭГ 6000 в концентрации 25%, существенно ингибирующей рост клеток [4]. Цитогенетическую оценку регенерантов проводили согласно общепринятому методу [10]. Статистическую обработку полученных результатов вели с применением программы Excel, учитывая основные статистические параметры.

Результаты

Экспериментально выявили критическую стадию автономности зародыша изучаемых гибридных комбинаций пшеницы, соответствующую стадии сформированного зародыша. Морфометрические, временные и морфологические показатели зародышей изучаемых гибридных комбинаций пшеницы в критической стадии автономности следующие: длина зародыша 2.1-2.2 мм; 17.5-20.0 сут после опыления; наличие всех типичных для зародышей злаков органов: щиток (семядоля), лигула (вырост щитка), дифференцированная почечка, состоящая из апекса побега и первого листа, колеоптиль, эпибласт, колеориза, зародышевый корень.

Зародыши в критической стадии автономности инокулировали в условия культуры in vitro на селективную питательную среду I, составленную по прописи [11], в состав которой вводили осмотик ПЭГ 6000 в концентрации 25%.

Установлено, что в условиях выполненных экспериментов происходило существенное ингибирование развития и постепенная деградация зародышей гибридных комбинаций Боевчанка х Ирень, Дуэт х Башкирская 28, Л42809 х Л42866, Воронежская 16 х Л42833, Боевчанка х Башкирская 26. Автономные зародыши гибридных комбинаций Э43018 х Тулайковская золотистая, Л42875 х Экада 70, Л42875 х 76/98a, Башкирская 26 х Экада 70, Л42938 х Салават Юлаев оказались способны к формированию проростков в модельных условиях имитации засухи in vitro. В таблице 1 в качестве примера приведены данные по формированию или отсутствию формирования проростков через 9 суток культивирования автономных зародышей in vitro.

Таблица 1

Формирование 9-суточных проростков из автономных зародышей гибридных комбинаций пшеницы в селективных условиях эмбриокультуры in vitro (ПЭГ 25%)

Г ибридная комбинация Количество проростков, % от инокулированных автономных зародышей

Э43018 х Тулайковская золотистая 11.9±3.42

Л42875 х Экада 70 8.3±3.32

Л42875 х 76/98а 3.2±0.62

Башкирская 26 х Экада 70 3.Ш.31

Л42938 х Салават Юлаев 2.5±0.93

Боевчанка х Ирень 0

Дуэт х Башкирская 28 0

Л42809 х Л42866 0

Воронежская 16 х Л42833 0

Боевчанка х Башкирская 26 0

----------------1----------------------------------2-----------------------------------5----------------------------------

Примечание'. - значимо на 0.1%-ном уровне, - значимо на 1.0%-ном уровне, - значимо на 5.0%-ном уровне

Таким образом, гибридные комбинации пшеницы Э43018 х Тулайковская золотистая, Л42875 х Экада 70, Л42875 х 76/98a, Башкирская 26 х Экада 70, Л42938 х Салават Юлаев следует оценить как перспективные стресс-толерантные, автономные зародыши которых способны к формированию проростков в модельных условиях имитации засухи в культуре in vitro.

После переноса проростков стресс-толерантных гибридных комбинаций на питательную среду II, составленную по прописи Blaydes [12], и их культивирования in vitro в течение 30-35 сут получили растения-регенеранты.

В фенофазе кущения регенеранты извлекали из пробирок, и вели их цитогенетический анализ путем подсчета числа хромосом в ме-тафазной пластинке клеток кончика одного из корней. Для дальнейших экспериментов отбирали только те регенеранты, которые прошли цитогенетический тест на диплоидность.

Диплоидные растения переносили в условия ex vitro в сосуды со специально подобран-

ной почвенной смесью. Дальнейшая вегетация таких растений-регенерантов проходила на лабораторной светоплощадке при щадящем температурном режиме (+20-220С) и в условиях освещенности, приближенных к условиям светового дня (16-18 тыс люкс, 16 час света/8 час темноты).

Развитие растений-регенерантов в условиях ex vitro шло типично для развития растений яровой мягкой пшеницы в естественных условиях [1, 13] как по последовательности прохождения фенофаз: выхода в трубку, стеблевания, колошения, цветения, молочной, восковой и полной спелости зерна, так и по продолжительности этих фенофаз.

В фенофазе полной спелости зерна провели лабораторную оценку всхожести зерновок полученных растений-регенерантов путем их проращивания в чашках Петри при +270С в темноте. Полученные результаты демонстрируют высокую лабораторную всхожесть зерновок растений-регенерантов всех изученных гибридных комбинаций (табл. 2).

Лабораторная всхожесть зерновок растений-регенерантов гибридных комбинаций яровой мягкой пшеницы

Таблица 2

Г ибридная комбинация Лабораторная всхожесть зерновок, %

Э43018 х Тулайковская золотистая 95.1±1.4

Л42875 х Экада 70 88.7±5.3

Л42875 х 76/98a 93.8±3.6

Башкирская 26 х Экада 70 98.1±6.2

Л42938 х Салават Юлаев 92.4±3.7

Примечание: все показатели значимы на 5.0%-ном уровне

Выводы

На основании формирования проростков ности, что и исходные (донорные) растения

из автономных зародышей в модельных усло- яровой мягкой пшеницы. Регенераты форми-

виях культивирования in vitro на селективных руют зерновки высокого качества, что под-

питательных средах, имитирующих засуху тверждается лабораторными наблюдениями

введением осмотика полиэтиленгликоль ПЭГ по их всхожести.

6000 в концентрации 25%, выявлены 5 пер- Работа выполнена при поддержке гран-спективных стресс-толерантных гибридных та по Программе фундаментальных исследо-

комбинаций яровой мягкой пшеницы. ваний Отделения биологических наук РАН

Растения-регенеранты в своем развитии в «Биологические ресурсы России: динамика в

условиях in vitro и ex vitro проходят те же фе- условиях глобальных климатических и антро-

нофазы и практически той же продолжитель- погенных воздействий» (2012-2014 гг.).

Литература

1. Батыгина, Т.Б. Хлебное зерно: Монография./ Т.Б. Батыгина; Л.: Наука, 1987. 103 с.

2. Терёхин Э.С. Зародыш // Эмбриология цветковых растений. Терминология и концепции. Т. 2: Семя / Э.С. Терёхин, ред. Т.Б. Батыгина. СПб.: Мир и семья, 1997. C. 294-297.

3. Долгих Ю.И. Сомаклональная изменчивость растений и возможности ее практического использования (на примере кукурузы): автореф. ... д-ра биол. наук. М., 2005. 45 с.

4. Круглова Н.Н. Клеточное и тканевое воздействие ПЭГ 6000 как имитатора засухи на органы автономного зародыша пшеницы в условиях in vitro // Материалы междунар. конференции «Биотехнология. Взгляд в будущее» (Казань, 17-19 апреля 2012 г.). Казань, 2012. С. 17-20.

5. Круглова Н.Н. Оценка коллекции генотипов яровой мягкой пшеницы по устойчивости автономных зародышей in vitro на селективных средах, имитирующих засуху // Известия Самарского НЦ РАН. 2012. Т. 16. № 1. С. 2243-2245.

6. Круглова Н.Н., Никонов В.И. Оценка экспланта для биотехнологических разработок в целях адаптационной селекции яровой мягкой пшеницы в засушливых условиях Южного Урала // Известия Уфимского НЦ РАН. 2012. №

3. С. 15-18.

7. Круглова Н.Н. Культура in vitro разновозрастных зародышей яровой мягкой пшеницы на основе эмбриологических и цитофизиологических данных / Методические рекомендации. Уфа, 2012. 45 с.

8. Круглова Н.Н. К вопросу о выявлении автономности зародыша пшеницы для биотехнологических целей // Достижения и проблемы генетики, селекции и биотехнологии: Сборник научных трудов. Т. 4. Киев: Логос, 2012. С. 542-546.

9. Круглова Н.Н. Периодизация эмбриогенеза пшеницы как методологический аспект биотехнологических разработок // Известия Уфимского НЦ РАН. 2012. № 1. С. 56-61.

10. Абрамова, З.В. Руководство к практическим занятиям по генетике. / З.В. Абрамова, О.А. Карлинский; Л.: Колос, 1968. 192 с.

11. Murashige Т., Skoog F. A revised medium for rapid growth and bioassays with tobacco cultures // Physiol. Plant. 1962. V. 15. № 3. P. 473-497.

12. Blaydes D.F. Interaction of kinetin and various inhibitors in the growth of soybean // Physiol. Plant. 1966. V. 19. № 3. P. 748-753.

13. Челак В.Р. Система размножения пшеницы Triticum L. Кишинев: Штиинца, 1991. 320 с.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.