влияние фитогормонов на процесс морфогенеза сортов

ИЗВЕСТИЯ ВЕЛИКОЛУКСКОЙ ГСХА
2015 №4
УДК 635.21:661.162.6
ВЛИЯНИЕ ФИТОГОРМОНОВ НА ПРОЦЕСС
МОРФОГЕНЕЗА СОРТОВ РОССИЙСКОЙ СЕЛЕКЦИИ
Юлия Николаевна Федорова, д-р с.-х. наук, профессор
Андрей Иванович Ковалев, агроном
Михаил Борисович Тельпук, канд. техн. наук
ФГБОУ ВО «Великолукская ГСХА», Россия, г. Великие Луки
В работе изучено комплексное влияние на развитие морфогенеза у отечественных
сортов картофеля, выведенных совместно Северо-Западным НИИСХ и селекционной фирмой «ЛиГа». Показано положительное влияние цитокинина – 6-бензамиламинпурина и гиббереллиновой кислоты.
Ключевые слова: картофель, микрорастения, питательная среда, фитогормоны,
морфогенез.
Селекция и семеноводство
сельскохозяйственных культур – неотъемлемая часть эффективного растениеводства. В задачу отрасли растениеводства входит получение высокоурожайных сортов, а также их
размножение. Современное семеноводство включает использование
биотехнологических методов.
Процессы роста и развития
растений регулируются экзогенными
фитогормонами и светом различного
спектрального состава. Эффект от
света проявляется через изменение
эндогенного баланса. Свет разного
спектрального состава способен воздействовать на интенсивность поступления экзогенных гормонов в
растения, на эндогенный уровень
гормонов, на процессы их коньюгирования и окислительного разрушения, а также на уровень и характер
использования гормонов в процессах
роста и морфогенеза.
Формирование продуктивности определяется процессами роста,
происходящими как на уровне целого растения, так и на тканевом, клеточном и других, более низких
уровнях организации фотосинтетического аппарата. Изучение показателей роста листа определяется чувствительностью к спектральному составу света, что характеризуется показателями роста и дифференцировки его ткани.
Фитогормоны являются сильным химическим средством управления онтогенеза и продуктивности
растений. Эти препараты находят
широкое применение в биотехнологии и растениеводстве. Фитогормоны имеют ряд особенностей, которые необходимо учитывать.
Так, они имеют эндогенное
происхождение и образуются из органических кислот. Фитогормоны
способны передвигаться по расте12
ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ
нию и, образовавшись в одном органе, способны регулировать ростовые
процессы в другом. В малых концентрациях фитогормоны способны
вызывать заметные ростовые и формативные эффекты.
Фитогормональная регуляция
играет главную роль в реализации
наследственности и адаптации растений к изменяющимся условиям
среды.
В научной литературе выделяют семь групп фитогормонов: ауксины, цитокинины, гиббереллины,
этилен, абсцизовая кислота, брассиностероиды, фузикокцины, они присутствуют в растении в очень небольших концентрациях от 10 – 6 до
10 – 12 М.
В связи с развитием биотехнологии сельскохозяйственных растений необходимость получений сведений о гормональной регуляции органогенеза возрастает. Фитогормоны
являются основным инструментом
при различных манипуляциях с
культурами клеток и тканей растений in vitro.
Помимо «классической пятерки», выделяют другие фитогормоны:
брассиностероиды, жасмоновая кислота, салициловая кислота, ряд
пептидных гормонов, монооксид
азота и т.д.
Цитокинины играют значительную роль в регуляции органогенеза. Преобладающая концентрация
этих гормонов задерживает образование корней и ускоряет закладку
стеблевых почек, а гиббереллины
влияют на активный рост стебля. Ре-
зультаты исследований совместного
влияния цитокинина и гиббереллина
на процесс морфогенеза растений
картофеля в условиях in vitro представлены в таблице 1.
Из полученных нами данных у
среднераннего сорта Чародей на 7,
14 и 21 дни положительное влияние
на развитие количества междоузлий
и высоты растений оказала питательная среда MS+БАП(1,5)+ГК(1,5)
под обычным освещением. На 21
день количество междоузлий превышало стандарт на 1,1 шт. и равнялось 6,4 шт. на растение, а высота
растений составила 12,8 см, что
больше стандартного значения на
2,0 см.
У сорта Весна Белая на количество междоузлий в процессе культивирования благоприятное воздействие оказали питательная среда
MS+БАП(1,5)+ГК(1,5), обычное и
красное освещение, оно составило
2,0 шт., 4,2 шт. и 6,9 шт. По высоте
растений на 7, 14 и 21 дни максимальные результаты были на среде
MS+БАП(1,5)+ГК(1,5). На 21 день
высота составила 14,2 см, больше St
на 1,1 см.
Наибольшее значение по числу междоузлий и высоте растений у
раннеспелого сорта Ломоносовский
были
получены
на
среде
MS+БАП(1,5)+ГК(1,5) при синем
освещении на всех этапах развития.
Максимальное значение числа междоузлий на 21 день составило 5,1 шт.,
что выше стандарта на 0,6 шт.
13
ИЗВЕСТИЯ ВЕЛИКОЛУКСКОЙ ГСХА
2015 №4
Сорт
Среда
Таблица 1 - Совместное влияние цитокинина и гиббереллина на процесс
морфогенеза растений картофеля в условиях in vitro
Высота
растения,
см
на 7 день
2,2
4,3
1,3
2,6
2,6
5,1
1,5
3,4
1,4
3,6
1,8
3,8
1,7
3,6
1,5
3,2
1,7
3,6
1,0
2,5
1,6
3,2
2,0
4,3
1,7
3,2
1,7
3,4
1,7
3,6
1,8
3,1
0,8
2,0
2,4
4,5
1,6
3,5
1,1
2,8
1,4
3,4
1,7
3,2
1,9
4,0
1,9
4,2
1,5
3,3
1,7
3,5
1,8
4,3
1,9
2,5
1,3
2,7
0,8
2,1
1,9
2,9
1,7
3,1
2,2
3,6
1,7
2,7
1,2
2,9
1,8
3,7
Кол-во
междоузлий,
шт.
*
Чародей/ЛБ **
***
*
Чародей/КС **
***
*
Чародей/СС **
***
*
Весна Бе**
лая/ЛБ
***
*
Весна Бе**
лая/КС
***
*
Весна Бе**
лая/СС
***
*
Ломоносов**
ский/ЛБ
***
*
Ломоносов**
ский/КС
***
*
Ломоносов**
ский/СС
***
*
Судары**
ня/ЛБ
***
*
Судары**
ня/КС
***
*
Судары**
ня/СС
***
* MS
** MS+БАП(1)+ГК(1)
*** MS+ БАП(1,5)+ГК(1,5)
Высота
растения,
см
на 14 день
4,0
8,1
4,1
8,5
5,2
9,6
3,0
6,9
2,7
6,5
3,0
6,6
3,4
7,1
3,5
7,8
2,4
5,1
3,5
7,2
4,1
8,1
4,2
8,4
2,6
6,8
2,8
6,2
2,6
6,9
3,0
6,9
2,6
7,1
3,6
7,5
3,0
6,8
2,2
6,2
2,4
6,5
2,7
5,9
2,6
6,1
3,3
7,3
3,5
8,2
3,3
7,8
3,5
7,8
2,5
5,4
2,4
5,1
3,0
6,5
2,7
5,5
2,5
5,9
3,9
7,2
3,2
6,8
2,8
5,9
2,9
6,8
Кол-во
междоузлий,
шт.
14
Высота
растения,
см
на 21 день
5,3
10,8
5,9
11,1
6,4
12,8
4,3
12,3
4,9
13,1
5,5
13,5
5,1
12,3
5,0
13,9
5,4
13,9
5,7
12,1
6,5
13,9
6,9
14,2
4,2
10,6
5,9
11,2
5,9
10,1
5,7
11,9
5,5
12,3
5,8
11,6
4,5
10,3
4,0
9,6
4,6
11,2
4,4
9,6
4,8
9,9
4,7
10,3
4,4
10,9
5,1
13,1
5,6
12,1
4,7
12,1
4,0
11,3
4,9
12,4
4,6
9,6
4,9
11,1
5,2
12,3
4,8
11,7
4,9
12,6
5,9
11,9
Кол-во
междоузлий,
шт.
 St на 21 день
ВысоКол-во
та
междорастеузлий,
ния,
шт.
см
+0,6
+0,3
+1,1
+2,0
-2,0
+1,5
-0,4
+2,3
+0,2
+2,7
-0,2
+1,5
-0,3
+3,1
-0,1
+3,1
+0,8
+0,8
+1,2
+1,1
-1,5
-1,5
+0,2
-0,9
+0,2
-2,0
0
-0,2
-0,2
+0,2
+0,1
-0,5
-0,5
-0,7
+0,1
+0,9
-0,1
-0,7
-0,3
-0,4
+0,2
0
-0,1
+0,5
+0,6
+2,8
+1,1
+1,8
-0,7
-0,8
+0,2
+0,3
-0,1
-2,5
+0,2
-1,0
+0,5
+0,2
+0,1
-0,4
+0,2
+0,5
+1,2
-0,2
ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ
Q = 3,93-0,09i+0,19s+1,78t+0,18is0,05it+0,15st-0,90i2+0,22s2+0,05t2
Весна Белая
Q = 3,57-0,11i+0,33s+2,08t+0,03is0,09it+0,12st-0,59i2+0,07s2+0,49t2
Ломоносовский
Q = 2,50-0,13i+0,11s+1,53t-0,03is0,14it+0,10st+0,48i2+0,17s2+0,21t2
Сударыня
Q = 2,32+0,02i+0,14s+1,63t+0,1is0,16it+0,22st+0,43i2+0,4s2+0,36t2
Из представленных уравнений
можно сделать вывод, что на количество междоузлий оказывает большее влияние сохранение полного
цикла культивирования.
Estimated Response Surface
Q
6
5
4
Q
У сорта Сударыня на 14 и 21
дни положительное действие на
процесс морфогенеза оказала питательная
среда
MS+БАП(1,5)+ГК(1,5), число междоузлий равнялось 3,0 шт. и 4,9 шт.,
а высота растений на 21 день была
больше на среде MS+БАП(1)+ГК(1)
при синем освещении.
Для определения влияния на
морфогенез в культуре in vitro состава питательной среды, содержащей цитокинин и гиббереллин, типа
освещенности и дней пассажа использовали метод планирования
экспериментов второго порядка. За
факторы воздействия принимали: s –
состав питательной среды, t – дни
пассажа, l – тип света. В качестве
критерия оптимизации процесса ризогенеза растений выбирали – Q количество междоузлий, шт.
Математическая обработка результатов экспериментов позволила
получить основные уравнения регрессии зависимости числа междоузлий Q от состава питательной среды
s (БАП и ГК), типа освещенности i и
дней пассажа t.
Чародей
3
2
1
0
-1
-0,6
-0,2
0,2
0,6
1
-1
-0,2
-0,6
0,2
i
Рисунок 1 - Зависимость количества
междоузлий у сорта Ломоносовский от состава питательной среды и типа освещенности
Количество междоузлий у сорта Ломоносовский увеличивается в
зависимости от типа освещённости и
присутствия в составе среды гормонов.
Для определения зависимости
морфогенеза растений в культуре in
vitro состава питательной среды с
содержанием цитокинина и гиббереллина, типа освещенности и дней
пассажа использовали метод планирования экспериментов второго порядка. За факторы воздействия принимали: s – состав питательной среды, t – дни пассажа, l – тип света. В
качестве критерия оптимизации
процесса ризогенеза растений выбирали – L высота растений, см.
Ниже представлены уравнения
регрессии для исследуемых сортов.
15
0,6
s
1
1
1
2
2
3
3
3
4
4
5
5
5
ИЗВЕСТИЯ ВЕЛИКОЛУКСКОЙ ГСХА
2015 №4
Чародей
L = 7,48-0,04i+0,28s+4,47t+0,14is0,13it+0,30st-0,31i2+0,12s2+0,81t2
Весна Белая
L = 7,91-0,27i+0,38s+4,34t-0,14is0,38it-0,19st-1,05i2+0,03s2+0,42t2
Ломоносовский
L = 6,45-0,58i+0,3s+3,6t+0,11is0,55it+0,07st+0,61i2+0,15s2+0,22t2
Сударыня
чеством междоузлий от 5,0 до 6,9 шт.
целесообразно использовать питательную среду MS+БАП (1,5)+
ГК(1,5) при обычном и синем освещении.
В работе выявлено влияние
цитокинина и гиббереллина на морфогенез картофеля сортов селекционной фирмы «ЛиГа».
Estimated Response Surface
L = 5,73-0,21i+0,41s+4,38t+0,3is0,29it+0,15st+0,33i2+0,25s2+1,17t2
15
12
9
L
Полученные уравнения регрессии зависимости высоты L от состава питательной среды s (БАП и
ГК), типа освещенности i и дней
пассажа t свидетельствуют, что на
высоту в этом варианте влияние оказывает полный цикл культивирования.
Таким образом, на процесс
морфогенеза для развития хорошо
сформировавшихся мини-растений
высотой от 10, 0 до 14,0 см и коли-
L
6
3
0
-1
-0,6
-0,2
0,2
0,6
1
-1
-0,2
-0,6
0,2
0,6
s
Рисунок 2 - Зависимость морфогенеза сорта Чародей от состава питательной
среды и дней культивирования
Список литературы
1. Генетика развития растений: для биологических специальностей университетов /
Л. А. Лутова, Т.А. Ежова, И.Е. Додуева и
др. - СПб.: Н-Л, 2010 – 432 с.
2. Калашникова, Е.А. Применение клеточной и тканевой биотехнологии в растение-
водстве / Е.А. Калашникова // Аграр. Россия. – 2009. - № - 1. – С. 30-33.
3. Кошкин Е.И. Физиологические основы
селекции растений: учеб. пособие / Е.И.
Кошкин. – М.: АРГАМАК-МЕДИА, 2014.400с.
E-mail: [email protected]
182112 Псковская область, г. Великие Луки, пр. Ленина, д. 2, Великолукская ГСХА
Тел.: (81153) 7-28-51
16
t
1
0,0
1,5
3,0
4,5
6,0
7,5
9,0
10,5
12,0
13,5
15,0
16,5