влияние возраста незрелых зародышей подсолнечника на

186
УДК 633.854.78: 581.143.6
ВЛИЯНИЕ ВОЗРАСТА НЕЗРЕЛЫХ ЗАРОДЫШЕЙ
ПОДСОЛНЕЧНИКА НА ВЫХОД ЖИЗНЕСПОСОБНЫХ
РАСТЕНИЙ И НЕКОТОРЫЕ ИХ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Сорока А.И., к.б.н., старший научный сотрудник
Институт масличных культур УААН
Приводятся сведения о влиянии возраста зародышей подсолнечника при их культивировании in vitro
на частоту полученных из них растений и некоторые их характеристики. В качестве материала
использовали зародыши культурного подсолнечника трех гибридов, одного сорта, а также две линии.
Установлено, что продуктивные растения подсолнечника возможно получать из зародышей одно-,
двух- и трехнедельного возраста, а частота таких растений существенно зависит от возраста
зародышей. Зародыши, выделенные в более ранние сроки (7 дней), прорастают позже, в отличие от
зародышей 21-дневного возраста. Установлено, что возраст зародышей влияет на такие признаки как
высота растений и длина вегетационного периода, в то время как по признакам диаметр корзинки,
угол наклона корзинки, морфотип листа, растения, полученные из одно- и двухнедельных зародышей,
практически не различались.
Ключевые слова: подсолнечник, эмбриокультура, незрелые зародыши, морфологические и физиологические
признаки.
Сорока А.І. ВПЛИВ ВІКУ НЕЗРІЛИХ ЗАРОДКІВ СОНЯШНИКА НА ВИХІД ЖИТТЄЗДАТНИХ
РОСЛИН І ДЕЯКІ ЇХНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ / Інститут олійних культур УААН, Україна
Наводяться дані про вплив віку зародків соняшника при їх культивуванні in vitro на частоту
отриманих з них рослин і деякі їхні характеристики. Як матеріал використовували зародки
культурного соняшника трьох гібридів, одного сорту, а також дві лінії. Встановлено, що продуктивні
рослини соняшника можливо одержувати із зародків одно-, дво- і тритижневого віку, а частота таких
рослин істотно залежить від віку зародків. Зародки, виділені в більш ранній строк (7 днів),
проростають пізніше, на відміну від зародків 21-денного віку. Встановлено, що вік зародків впливає
на такі ознаки як висота рослин і довжина вегетаційного періоду, у той час як за ознаками діаметр
кошика, кут нахилу кошика, морфотип листка, рослини, отримані з одно- та двотижневих зародків,
практично не відрізнялися.
Ключові слова: соняшник, ембріокультура, незрілі зародки, морфологічні й фізіологічні ознаки.
Soroka А.І. INFLUENCE OF IMMATURE SUNFLOWER SEED AGE ON THE AMOUNT OF VIABLE
PLANTS AND SOME THEIR CHARACTERISTICS / Institute of Oilseed Crops of the UAAS, Ukraine
The data are presented on the influence of sunflower embryo age at their cultivation in vitro on the frequency
of the plants received from them and some their characteristics. Immature seeds of cultivated sunflower of
three hybrids, one variety, and two lines were used as the material. It was found that it was possible to receive
productive plants of sunflower from embryos of one-, two- and three-week age, and the frequency of such
plants essentially depended on the age of embryos. Embryos, isolated during earlier terms (7 days), sprouted
later, as compared to embryos of 21-day's age. It was shown that the age of embryos influenced such traits as
plant height and length of a vegetation period while for the traits of head diameter, head inclination angle,
leaf morphotype, the plants raised from one- and two-week-age embryos, practically did not differ.
Key words: sunflower, embryo rescue, immature seeds, morphological and physiological traits.
ВВЕДЕНИЕ
Подсолнечник занимает значительную часть мирового рынка масличных культур и является основной
масличной культурой Украины. Расширение площадей под данной культурой, замена устаревающих
сортов и гибридов на более урожайные, пластичные и технологичные требует привлечения в
селекционный процесс методов и приемов, облегчающих и ускоряющих работу селекционеров.
Длительный период, затрачиваемый учеными для создания каждой новой формы, стимулирует
интенсивное использование новейших подходов, призванных сократить период от скрещивания
исходных родительских форм до получения константных образцов, которые в дальнейшем станут
сортами или войдут в состав гибридов.
Из целого ряда перспективных методов, призванных ускорить и упростить создание новых форм
подсолнечника, одним из наиболее доступных является метод культуры незрелых зародышей. Этот
биотехнологический прием используется в разных аспектах, например, для получения отдаленных
гибридов, введения в культурные формы желаемых признаков, а также для ускорения создания новых
сортов данной культуры [1-3, 6-8].
Кроме того, получение одного-двух дополнительных поколений в год позволяет существенно сократить
период, требуемый для приведения расщепляющейся формы к стабильному состоянию. Это возможно
благодаря тому, что в условиях искусственного культивирования возможно стимулировать развитие
Біологічні науки
187
зародыша, минуя стадию покоя и, частично, дозревания, что может существенно ускорить получение
взрослых продуктивных растений следующего поколения [4, 5].
Как показано для многих культур, возраст незрелых зародышей имеет существенное значение для
сохранения их высокой жизнеспособности и получения из зародышей полноценных растений. Слишком
молодые зародыши требуют питательной среды значительно более сложного состава, их трудно
выделять из соцветий, они отстают в росте, характеризуются рядом морфологических изменений, легко
образуют каллус, что зачастую нежелательно. Зародыши, взятые на очень поздних стадиях развития,
труднее вводить в культуру, поскольку они сильнее повреждаются болезнями и вредителями в полевых
условиях.
В связи с вышеизложенным целью нашей работы было изучить влияние возраста незрелых зародышей
подсолнечника на выход жизнеспособных растений, а также влияние эмбриокультуры на некоторые
характеристики полученных растений.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
В качестве материала для исследований по влиянию возраста зародышей подсолнечника при их
культивировании in vitro на частоту полученных из них растений использовали зародыши культурного
подсолнечника Helianthus annuus L. трех гибридов (1814 x 1811, 1812 x 1811, 1813 x 1811) и сорта
Прометей. Через 7-21 дней после самоопыления, в зависимости от предоставленного образца, из
корзинок асептически выделяли незрелые зародыши и высаживали в чашки Петри на искусственную
питательную среду. Питательная среда представляла собой модифицированную среду МС [9] со
сниженным вдвое содержанием минеральных веществ и повышенным содержанием витаминов.
Зародыши культивировали при 16-часовом фотопериоде при температуре 20-25°C. После формирования
нормальных растеньиц их переносили в почву и доращивали до стадии цветения и созревания.
Для изучения влияния эмбриокультуры на некоторые характеристики полученных растений в качестве
материала использовали две линии подсолнечника из лаборатории селекции межлинейных гибридов
подсолнечника Института масличных культур (ИМК): ЗЛ-809 и ЗЛ-95. Растения получали из зародышей
двух возрастов: 8-10 дней (1 неделя) и 14-15 дней (2 недели). Зародыши соответствующего возраста
выделяли из самоопыленных корзинок, промывали в растворе с детергентом 1-2 минуты, ополаскивали
проточной водой 5-10 минут, стерилизовали 30 секунд в этиловом спирте и 20 минут - в 5% растворе
хлорамина, промывали стерильной водой и высаживали на ту же модифицированную питательную среду
МС. Культивирование проводили в темноте 1 сутки, а затем на свету до прорастания зародышей и
формирования зеленых растеньиц (7-10 дней). Сформированные растения с побегами и корнями
высаживали в небольшие емкости со стерильной почвой. После двухнедельной акклиматизации они
были высажены в открытый грунт на опытном участке ИМК. Анализировали высоту растений, сроки
зацветания и длительность вегетационного периода.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Влияние возраста зародышей подсолнечника при их культивировании in vitro на частоту
полученных из них растений.
Незрелые зародыши начинали рост на искусственной питательной среде через несколько дней их
культивирования in vitro. Так, зародыши исследуемых гибридов прорастали через 5-7 дней. Однако это
происходило только у образцов, зародыши которых формировались в условиях in vivo 21 день (табл.1).
Лишь у образца 1814 x 1811 не наблюдали развития в этот период. Зародыши, выделенные через 14 дней
после самоопыления, в течение этого времени еще не образовывали ни корней, ни побегов. Эти
структуры появлялись лишь через 10-14 дней с частотой 15,8-25,0% в зависимости от генотипа. Через 14
дней культивирования незрелые зародыши возрастом 21 день формировали корни и побеги с частотой до
85,7%, а те, которые выделяли в более молодом возрасте (14 дней), образовывали проростки с частотой
до 25%.
После высадки полученных растений в сосуды с почвой их приживаемость (в целом по вариантам)
составила около 58% для 14-дневных зародышей и около 80% - для 21-дневных.
Безусловно, возраст зародышей существенно влияет на эффективность получения из них растений не
только у гибридов, но и у сортового материала. Чем младше зародыши, тем сложнее подобрать для них
условия дальнейшего развития. Как видно из таблицы 2, из зародышей сорта Прометей 14-дневного
возраста было получено 60,6% растений, тогда как из 7-дневного возраста - лишь 3,1%. Кроме того,
ткани молодых зародышей значительно чаще дедифференцируются и образовывают каллус. Это в
конечном результате также снижает долю полученных из зародышей нормальных растений.
Вісник Запорізького національного університету
№ 2, 2008
188
Таблица 1 - Образование проростков незрелыми зародышами разного возраста у гибридов
подсолнечника
Возраст
Высажено
Образовали проростки, %
зародышей,
Генотип
зародышей,
дней
шт.
Через 7 дней
Через 14 дней
14
1814 x 1811
36
0
25,0±7,32
21
1812 x 1811
19
0
15,8±8,6
1813 x 1811
12
0
16,6±11,22
1814 x 1811
41
0
19,5±6,26
1812 x 1811
15
26,7±11,82
26,7±11,82
1813 x 1811
14
64,3±13,29
85,7±9,71
Таблица 2 - Частота получения растений из незрелых зародышей разного возраста у сорта подсолнечника
Прометей
Возраст
Высажено
Сформировали каллус, %
Получено растений, %
зародышей, дн.
зародышей, шт.
7
14
97
175
17,5±3,86*
6,9±3,67
3,1±1,76***
60,6±3,69
Прим. *, *** - различия между вариантами по возрасту зародышей существенны с достоверностью Р<0,05
и 0,001, соответственно.
Влияние возраста зародышей на проявление некоторых морфологических признаков полученных
растений
При использовании метода эмбриокультуры важно знать характеристики растений, полученных из
зародышей соответствующего возраста. В связи с этим мы изучали, каким образом возраст зародышей
подсолнечника влияет на отдельные характеристики продуктивности и состояние экспериментальных
растений.
Как было установлено, возраст зародышей подсолнечника существенно повлиял на некоторые
количественные характеристики полученных из них растений. Для обеих изученных линий характерным
было то, что более молодые зародыши формировали и более низкие растения (Табл. 3). Вероятно, срок 89 дней in vivo недостаточен для того, чтобы генетическая программа, отвечающая за развитие
вегетативных органов, в частности, признаков, обеспечивающих нормальную высоту изученных линий
подсолнечника, полностью включилась в работу.
Таблица 3 - Влияние возраста зародышей на некоторые количественные характеристики полученных из
них растений у двух линий подсолнечника
Линия ЗЛ-95
Линия ЗЛ-809
Признак
8-9 дн.
14-15 дн.
8-9 дн.
14-15 дн.
Высота, см
69,8±4,85
86,2±2,59**
44,3±1,68
55,8±2,58***
Сроки зацветания, дн.
76,5±1,32
75,7±0,84
67,7±0,96
66,4±0,53
Вегетационный период, дн.
127,5±1,74
118,9±1,73***
114,1±0,9
114,8±1,16
8
Прим. **, *** - различия между зародышами разного возраста существенны при P<0,01 и 0,001 соответственно.
Задержки в развитии вегетативной сферы при культивировании более молодых зародышей приводили и
к удлинению вегетационного периода в целом. Правда, здесь сказались некоторые генотипические
различия между линиями. Так, растения линии ЗЛ-809, в отличие от ЗЛ-95, имели одинаковую длину
вегетационного периода, независимо от возраста использовавшихся зародышей.
Однако, сроки зацветания растений, полученных из зародышей разного возраста, практически не
различались. Это говорит о том, что сокращение времени развития вегетативной сферы растений
приводило к увеличению периода развития генеративных органов (возможно, из-за недостаточного
накопления необходимых ассимилятов на предыдущих фазах развития).
Сравнивая высоту растений, полученных через культуру зародышей, с высотой растений тех же
образцов, выращенных в полевых условиях, было установлено, что степень ингибирования признака
«высота растений» при культивировании зародышей на искусственной питательной среде зависела от
генотипа. Оказалось, что у линии ЗЛ-809 ингибирование было более сильным, чем у линии ЗЛ-95. Так,
Біологічні науки
189
степень снижения высоты растений линии ЗЛ-809 для однонедельных зародышей составила 2,1 раза, а
для линии ЗЛ-95 − 1,3 раза.
Установлено, что по таким морфологическим признакам, как диаметр корзинки, количество семян в
корзинке, угол наклона корзинки, морфотип листа, растения, полученные из одно- и двухнедельных
зародышей, практически не различались. Так, например, средний диаметр корзинки у линии ЗЛ-809 был
8,5±0,56 см, а у растений, выросших из двухнедельных зародышей – 9,0±0,64 см. Сходными
показателями по диаметру корзинки характеризовалась и линия ЗЛ-95.
Особо следует остановиться на количестве семян, полученных с опытных растений. Это важно в связи с
тем, что основное назначение метода культуры незрелых зародышей – доведение растений до стадии
биологического созревания и получение с них определенного количества семян, достаточного для
дальнейшего ведения работы. Наш эксперимент показал, что растения, выросшие из одно- и
двухнедельных зародышей, формируют достаточное количество семян. Однако в последнем случае
(двухнедельные зародыши) завязываемость семян существенно выше.
ВЫВОДЫ
Нормальные растения подсолнечника возможно получать как из зародышей одно-, двух-, так и
трехнедельного возраста.
Частота растений, полученных из незрелых зародышей подсолнечника, существенно зависела от
возраста зародышей. Зародыши, выделенные через 14 дней после опыления, не прорастали в короткие
сроки (7 дней культивирования), в отличие от зародышей 21-дневного возраста. Частота прорастания
незрелых зародышей 14-дневного и 21-дневного возрастов через 14 дней их культивирования была
близкой, и лишь для отдельных генотипов количество ростков, которые появились, было значительно
большим для зародышей 21-дневного возраста.
Возраст зародышей влияет на такие признаки как высота растений и длина вегетационного периода. С
уменьшением возраста зародышей высота растений уменьшается, а вегетационный период удлиняется.
ЛИТЕРАТУРА
1.
Попов В.Н., Юшкина Л.Л., Шарыпина Я.Ю., Кириченко В.В. Генотипические особенности
скрещиваемости культурного подсолнечника с дикими видами и использование эмбриокультуры
при отдаленной гибридизации // Цитология и генетика. - 2005. – Т.39, № 1. - C. 3-9.
2.
Пушкаренко А.Я. Культура in vitro незрелых гибридных зародышей подсолнечника // Сборник
научных трудов ОСГИ / Одесса, 1992. - С. 31-38.
3.
Пушкаренко А., Игнатова С.А., Лукьянюк С.Ф. Культура незрелых зародышей подсолнечника in
vitro // Сборник научных трудов ВСГИ. - 1988. - C. 72-77.
4.
Сорока А.И. Использование метода культуры зародышей в селекции подсолнечника // Наук.-техн.
бюл. ІОК УААН, Запоріжжя. - 2000. № Вип. 5. - C. 28-31.
5.
Cecconi F., Baldini M., Turi M., Vannozzi G.P. Embryo rescue in Sunflower (Helianthus annuus L.) a
simple method to obtain more generations per year // 14th International Sunflower Conference, 1996: China, 1996/6/12. - P. 1075-1081.
6.
Christov M., Shindrova P., Encheva V., et al. Development of fertiliry restorer lines originating from
interspecific hybrids of genus Helianthus // Helia. - 1996. - 19, № 24. - P. 65-72.
7.
Faure N., Serieys H., Cazaux E., Kaan F., Berville A. Partial Hybridization in Wide Crosses between
Cultivated Sunflower and the Perennial Helianthus Species H. mollis and H. orgyalis // Annals of Botany.
- 2002. - 89, № 1. - P. 31-39.
8.
Krauter R., Steinmetz A., Friedt W. Efficient interspecific hybridization in the genus Helianthus via
"embryo rescue" and characterization of the hybrids // Theor. Appl. Genet., 1991. - V.82. - P.521-525.
9.
Murashige T., Skoog F. A revised medium for rapid growth and bioassays with tobacco tissue cultures //
Physiol. Plant., 1962. - V.15. - P.473-497.
Вісник Запорізького національного університету
№ 2, 2008