БИОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ
БИОЛОГИЯ ЖИВОТНЫХ
ПЕЧАТНАЯ ВЕРСИЯ
ЭЛЕКТРОННАЯ ВЕРСИЯ
 
КАК ПОДАТЬ РУКОПИСЬ
 
КАРТА САЙТА
НА ГЛАВНУЮ

 

 

 

 

doi: 10.15389/agrobiology.2019.5.934rus

УДК 633.1:581.143.6

Работа выполнена в рамках финансирования Комитета науки МОН РК по бюджетной программе 217 «Развитие науки», подпрограмме 102 «Грантовое финансирование научных исследований», проект ИРН № AP05132430.

 

ЭМБРИОГЕНЕЗ И РЕГЕНЕРАЦИЯ РАСТЕНИЙ В КУЛЬТУРЕ
ПЫЛЬНИКОВ ГЕКСАПЛОИДНОЙ ТРИТИКАЛЕ
Triticosecale Wittmack) ПОД ВЛИЯНИЕМ ЦИТОКИНИНА ЗЕАТИНА

Р.С. ЕРЖЕБАЕВА, М.А. АБДУРАХМАНОВА, Ш.О. БАСТАУБАЕВА,
Д. ТАДЖИБАЕВ

В селекционных программах зерновых культур обычно используется сочетание методов классической селекции: подбор родительских пар, широкомасштабные скрещивания и гаплоидная технология (культура пыльников и изолированных микроспор), которая позволяет получать гомозиготные линии из гибридов F1. Для селекции пшеницы и тритикале широко применяются методы андрогенеза (культура пыльников и изолированных микроспор). В настоящее время основная проблема андрогенеза тритикале заключается в низкой эффективности получения зеленых растений. В наших экспериментах по культуре пыльников тритикале впервые использован цитокинин зеатин как экзогенный фитогормон индукционной среды. Установлена его оптимальная концентрация, улучшен процесс формирования эмбриоидов и регенерация зеленых растений. Целью выполненного исследования было улучшение технологии культуры пыльников тритикале и изучение эффекта от добавления цитокинина зеатина в питательную среду для индукции эмбриогенеза и регенерации зеленых растений. В экспериментах были использованы линии ярового тритикале (ЯТХ-327-11 и Зернокормовое 5 — двуручка) и две линии озимого тритикале (Т-968 и Т-45). Донорные растения для гаплоидной технологии выращивали в условиях научного полевого стационара (орошаемый) ТОО Казахский НИИ земледелия и растениеводства (Казахстан, Алматинская обл.). На срезанные колосья воздействовали низкими температурами (4 °С в течение 14 сут), после изоляции пыльников их подвергли высокотемпературной обработке (при 32 °С в течение 3 сут). Стерилизацию колосьев проводили 0,1 % раствором дихлорида ртути. В качестве базовой питательной среды для индукции эмбриогенеза использовали модифицированную среду mW14. Сравнили пять вариантов с различными концентрациями зеатина («Sigma-Aldrich», Индия) в питательной среде (0,2; 0,4; 0,6; 0,8 и 1,0 мг/л), контролем служила среда без добавления зеатина. Пыльники выделяли из колоса в асептических условиях и помещали в пластиковые чашки Петри (100 пыльников на одну чашку с 6 мл жидкой питательной среды для индукции эмбриогенеза). В каждом варианте использовали 500 пыльников. Пыльники инкубировали в темноте при 32 °С в течение первых 3 сут, затем в термостате с температурой 25-28 °C до появления новообразований. Андрогенные структуры (АС), достигшие в длину 2,0-2,5 мм, пересаживали на питательную среду для регенерации.  Их инкубировали при 16-часовом фотопериоде, освещении 10 тыс. лк и температуре 24-26 °С. Адаптацию растений-регенерантов к почве осуществляли в климатической камере KBWF 720 («Binder GmbH», Германия). Для растений-регенерантов озимого тритикале проводили яровизацию в холодильной камере в течение 6 нед при 3-4 °С и непрерывном освещении. Введение в питательную среду зеатина в концентрациях 0,2-0,8 мг/л приводило к увеличению формирования АС на 42,3-65,2 %. Наибольшее влияние на выход андрогенных структур зафиксировано при добавлении 0,4 мг/л зеатина: образовалось в среднем 112 АС/100 пыльников при значении в контрольном варианте 67,8 АС/100 пыльников. В питательной среде для индукции эмбриогенеза, где концентрация зеатина составляла 0,4-0,6 мг/л наблюдалось формирование большего количества эмбриоидов (на 16,9-24,1 % по сравнению с контролем, p ≤ 0,0001), имеющих биполярную структуру и дающих при регенерации побег и корни, что показывает положительное влияние зеатина на дифференцировку и органогенез делящихся клеток микроспор. Зафиксировано достоверное увеличение формирования зеленых растений во всех вариантах опыта по сравнению с контролем. Самую высокую частоту регенерации зеленых растений (6,3 шт/100 пыльников) отмечали у эмбриодов, которые были пересажены с питательной среды, содержащей зеатин в концентрации 0,6 мг/л. Добавление зеатина и влияние генотипа оказались статистически значимыми факторами при образовании андрогенных структур и регенерации. Эффективность спонтанного удвоения набора хромосом у тритикале составила 26,5 %, что позволило без болезненного этапа колхицинирования получить 97 дигаплоидных линий из перспективных линий тритикале.

Ключевые слова: тритикале, культура пыльников, зеатин, эмбриоид, регенерация, альбиносные растения, зеленые растения, спонтанное удвоение.

 

 

EFFECT OF ZEATIN ON in vitro EMBRYOGENESIS AND PLANT REGENERATION FROM ANTHER CULTURE OF HEXAPLOID TRITICALE (× Triticosecale Wittmack)

R.S. Yerzhebayeva, M.A. Abdurakhmanova, Sh.O. Bastaubayeva,
D. Tadjibayev

To achieve results sooner, cereal crop selection programs usually combine conventional methods, such as selection of parents and large-scale cross-breeding with haploid technology, a methodology which allows obtaining homozygous lines from the F1 hybrids. Methods of androgenesis (anther culture and isolated microspore culture techniques) have gained widespread use for selection of wheat and triticale. Currently, the main issue for the androgenesis in Triticale is the low efficiency of green plant regeneration. The present work, for the first time ever, utilizes cytokinin zeatin as an exogenic phytohormone in the induction medium, and determines its concentration optimal for improving embryo formation and green plant regeneration from the triticale anther culture. The aim of this research is to increase efficiency of the triticale anther culture, and study the effects of adding cytokinin zeatin to the nutrient medium on embryogenesis induction and regeneration. Two lines of spring triticale, YaTKh-327-11 and Zernokormovoye 5 (facultative), and two lines of winter triticale, T-968 and T-45, were used. Donor plants for the haploid technology were grown in the irrigated field of Kazakh Research Institute of Agriculture and Plant Growing LLP (Kazakhstan, Almaty Region). Cut spikes were subjected to low temperature (4 °C for 14 days), and then the anthers, after they were isolated, to high temperature (32 °C for 3 days). The spikes were sterilized with 0.1 % solution of mercuric chloride. Modified mW14 medium was used as the basic nutrient medium for embryogenesis induction. Five variants of nutrient medium were studied, with concentration of phytohormone zeatin gradually increasing in each subsequent variant (0.2 mg/l, 0.4 mg/l, 0.6 mg/l, 0.8 mg/l, 1.0 mg/l), and medium without zeatin served as control. The study conducted on 4 genotypes of triticale has shown that addition of zeatin to the nutrient mediums in concentrations of 0.2-0.8 mg/l increased the rate of androgenic structure formation by 42.3-65.2 %. Maximal effect on the androgenic structure formation was achieved at 0.4 mg/l concentration of zeatin, with 112 androgenic structures (AS) per 100 anthers on average compared to 67.8 AS per 100 anthers in control group. In the embryogenesis inducing nutrient mediums with 0.4-0.6 mg/l zeatin concentrations the rate of embryogenesis was 16.9-24.1 % higher compared to the control, with embryos having bipolar structure, and producing stem and roots during the regeneration, which indicates positive effect of zeatin on differentiation and organogenesis of the dividing microspore cells. All the variants in the experiment showed a significant increase in the rate of regeneration compared to the control with no zeatin added. In embryos transplanted from the medium containing 0.6 mg/l zeatin the rate of green plant regeneration was the highest reaching 6.3 pcs/100 anthers. It has been established that addition of zeatin and the effect of genotype were the statistically significant factors for androgenic structure formation and regeneration. Efficiency of spontaneous chromosome doubling in triticale amounted to 26.5 %, which has allowed producing 97 double haploid lines from the promising lines of triticale without colchicination.

Keywords: triticale, anther culture, zeatin, embryo, regeneration, albino plants, green plants, spontaneous doubling.

 

ТОО Казахский НИИ земледелия и растениеводства,
040909 Казахстан, Алматинская обл., Карасайский
р-н, п. Алмалыбак, ул. Ерлепесова, 1,
e-mail: raushan_2008@mail.ru ✉, abduraxmanova58@inbox.ru, sh.bastaubaeva@mail.ru, daniyar.taj@gmail.com

Поступила в редакцию
16 августа 2019 года

 

назад в начало

 


СОДЕРЖАНИЕ

 

 

Полный текст PDF

Полный текст HTML