Влияние регуляторов роста на процесс формирования цветочных почек орхидей (Dendrobium aphyllum (roxb.) fisch) in vitro

Исследования по регулированию флорального морфогенеза в культуре in vitro. Влияние таких препаратов, как БАП, TDZ и PBZ, на рост и цветение миропобегов и кластеров побегов орхидей (Dendrobium aphyllum (Roxb.) Fisch). Частота флорального морфогенеза.

Рубрика Сельское, лесное хозяйство и землепользование
Вид статья
Язык русский
Дата добавления 21.06.2018
Размер файла 2,6 M

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 576.535.5

*Вьетнамский национальный аграрный университет (Вьетнам, г. Ханой)

**РГАУ-МСХА имени К.А.Тимирязева

Влияние регуляторов роста на процесс формирования цветочных почек орхидей (Dendrobium aphyllum (roxb.) fisch) in vitro

Нгуен Тхань Хай*, Нгуен Тхьи Фыонг Тхао*, Калашникова Е.А.**

Аннотация

Морфогенетический потенциал растений находится под контролем факторов гормональной природы. Особый интерес представляют исследования по регулированию флорального морфогенеза в культуре in vitro. В работе изучали влияние таких препаратов, как БАП, TDZ и PBZ, на рост и цветение миропобегов и кластеров побегов орхидей (Dendrobium aphyllum (Roxb.) Fisch). Исследования показали, что сочетание или TDZ с PBZ приводило к индукции образования цветочных почек, причем этот процесс наблюдали только в случае культивирования кластеров побегов. При выращивании побегов Dendrobium aphyllum (Roxb.) Fisch на среде МС, содержащей БАП 1,0 мг/л и PBZ 0.1 мг/г, формирование цветочных почек происходило в 22,68% случаев, а при культивировании на среде МС с TDZ 1,0 мг/л и 0,5 мг/л PBZ частота флорального морфогенеза составила 100% после 10 недель с начала культивирования микропобегов.

Ключевые слова:ОРХИДЕИ, ЦВЕТОЧНЫЕ ПОЧКИ, РЕГУЛЯТОРЫ РОСТА, БАП, ТИАДИАЗУРОН, ПАКЛОБУТРАЗОЛ, МОРФОГЕНЕЗ, IN VITRO

Введение
Цветение растений - это сложный процесс, который регулируется генетическими причинами и многими факторами окружающей среды. Первые исследования по управлению процессом цветения растений были начаты более 100 лет назад, однако на сегодняшний день окончательной информации о причинах и механизмах цветения не получено. Одним из путей изучения процессов цветения и способов их регулирования является проведение исследований в лабораторных условиях in vitro. Они являются наиболее благоприятными, т.к. ограничивают влияние многих факторов окружающей среды на изучаемый процесс. Кроме того, проведение работ в условиях in vitro позволяет сократить время индукции цветения у растений. В настоящее время известно, что такие факторы, как регуляторы роста, источник углеводного и минерального питания, интенсивность и спектральный состав света, температурный режим, могут контролировать процессы цветения растений и управлять ими. Однако для различных таксономических групп эти факторы являются индивидуальными и должны быть подобраны исходя из биологических особенностей самого растения.
Орхидеи - растения, представляющие интерес как с коммерческой, так и научной точек зрения, о чем свидетельствовали первые работы Жёржа Мореля по клональному микроразмножению данной культуры, проведенные в 1960 году во Франции. На сегодняшний день для многих представителей орхидей, таких как Cattleya, Cymbidium, Dendrobium, Paphiopedilum и Phalaenopsis, проводятся исследования в культуре in vitro по влиянию гормонального состава питательной среды на цветение микрорастений [1, 2]. Так, например, Duan и Yazawa показали, что более 70% миниатюрных растений Phalaenopsis формировали цветочные почки на питательных средах, содержащих БАП в концентрации 5 мг/л [3]. Согласно Wang и др., при использовании БАП в концентрации 2 мг/л для Dendrobium candium цветения микропобегов добились в 82,8% случаев [1]. Kostenyuk с соавторами показали, что не только концентрация цитокининов в питательной среде, но и соотношение азота и фосфора стимулировали образование цветочных почек в культуре Cymbidium niveo-marginatum Mak [4]. Аналогичные результаты были получены и для Dendrobium sonia. Показано, что повышение концентрации фосфора (KH2PO4) с одновременным уменьшением концентрации азота (KNO3 и (NH4)2NO3) в питательной среде приводило к формированию цветущих побегов in vitro в 2 раза быстрее по сравнению с контрольным вариантом [5].
Исходя из вышеизложенного, можно заключить, что исследования, направленные на регулирование цветения растений в культуре in vitro, многочисленны, а полученные результаты имеют противоречивый характер. Поэтому для каждого изучаемого вида растений необходимо проводить дополнительные исследования.
Материалы и методы
Объектом исследования служили одиночные микропобеги и кластеры микропобегов орхидей (Dendrobium aphyllum (Roxb.) Fisch), которые формировались в условиях in vitro. Микропобеги размножали на питательной среде, содержащей минеральные соли по прописи Мурасига и Скуга (МС), сахарозу 3%, агар 8 г/л.
Образование цветочных почек индуцировали на одиночных микропобегах высотой 2 см и кластерах побегов (формирование 2-3 адвентивных побегов). В качестве индуктора флорального морфогенеза использовали: БАП в концентрации 0,2-2,0 мг/л, паклобутразол (PBZ) - 0,1-1,0 мг/л и тиадиазурон (TDZ) - 0,1-1,0 мг/л. Препараты применяли отдельно и в сочетании друг с другом.
Культивирование проводили в условиях световой комнаты при температуре 220 С и 16-часовом фотопериоде.
Результаты и обсуждение

Известно, что цитокинины являются индуктором цветения растений, и их действие на этот процесс зависит от типа применяемого цитокинина и биологических особенностей растений. С другой стороны, применение экзогенных цитокининов в сочетании с сахарозой приводит к изменению на молекулярном и клеточном уровне, что способствует переходу развития меристемы от вегетативной к репродуктивной фазе. Кроме этого, известно, что такие вещества, как ретарданты, способны стимулировать образование генеративных органов, что приводит в дальнейшем к быстрому зацветанию растений. К таким эффективным ретардантам относится паклобутразол (PBZ), а среди веществ с цитокининовой активностью - 6-бензиламинопурин (БАП) и тиадиазурон (TDZ). PBZ является ингибитором биосинтеза гормона гиббереллина, который вместе с цитокининами и абсцизовой кислотой регулирует процесс цветения, размер цветков и листьев, высоту растений, процесс роста корневой системы, размер хлоропластов и др. [6, 7, 8]. TDZ является синтетическим регулятором роста, не является производным цитокининов, однако обладает цитокининовой активностью. В высоких концентрациях TDZ способен индуцировать образование каллусной ткани и аномальных морфогенных структур. Кроме того, применение TDZ оказывает влияние на формирование и цветочных почек in vitro. Это было показано на Bambusa edulis [9], розах [10], Cymbidium [11].

В связи с вышеизложенным, в нашей работе были изучены вышеперечисленные регуляторы роста с целью установления их роли в цветении одиночных микропобегов и кластеров побегов орхидей (Dendrobium aphyllum (Roxb.) Fisch) in vitro. Полученные результаты приведены в таблицах 1-5.

В первой серии экспериментов было изучено влияние различных концентраций БАП на процессы морфогенеза орхидей in vitro (табл. 1).

Таблица 1. Влияние различных концентраций БАП на морфогенетический потенциал одиночных побегов и кластеров побегов орхидей (Dendrobium aphyllum (Roxb.) Fisch) in vitro (12 неделя культивирования)

БАП

(мг/л)

Одиночные побеги

Кластеры побегов

коэффициент размножения

высота побега (см)

цветение (%)

коэффициент размножения

высота побега (см)

цветение (%)

0

1,72

3,72

0

2,11

3,53

0

0,2

1,82

4,52

0

2,34

3,61

0

0,5

1,82

4,32

0

2,43

3,72

0

1,0

2,12

4,61

0

2,72

3,82

0

2,0

1,91

3,91

0

2,61

3,72

0

LSD0.05

0.23

0.20

CV%

0.3

0.3

Исследования показали, что присутствие в составе питательной среды БАП в концентрациях от 0,2 до 2,0 мг/л оказывает влияние на такие морфогенетические процессы, как индукция образования адвентивных почек и рост сформировавшихся побегов. Как следует из результатов таблицы 1, во всех вариантах наблюдается увеличение коэффициента размножения в среднем на 10-15 % и рост побегов на 30% по отношению к контролю. Причем следует отметить, что при концентрации БАП в среде 2,0 мг/л учитываемые показатели снижаются. Вероятно, это связано с ингибирующим эффектом высоких концентраций цитокининов на морфогенетический потенциал культивируемых эксплантов. Что касается образования цветочных почек, то этот процесс не был отмечен нами ни в одном варианте.

На следующем этапе было изучено влияние паклобутразола (PBZ) на индукцию образования цветочных почек на растениях орхидей (Dendrobium aphyllum (Roxb.) Fisch) in vitro (табл. 2).

Таблица 2. Влияние различных концентраций PBZ на морфогенетический потенциал одиночных побегов и кластеров побегов орхидей (Dendrobium aphyllum (Roxb.) Fisch) in vitro (12 неделя культивирования)

PBZ

(мг/л)

Одиночные побеги

Кластеры побегов

коэффициент размножения

высота побега (см)

цветение (%)

коэффициент размножения

высота побега (см)

цветение (%)

0

1,72

3,63

0

2,13

3,23

0

0,1

1,12

3,83

0

1,81

3,13

0

0,2

1,23

3,75

0

2,13

2,82

0

0,5

1,13

3,63

0

2,25

2,83

0

1,0

1,12

3,53

0

2,12

2,73

0

LSD0.05

0,19

0.24

0,20

0.21

CV%

0,37

0.4

0,39

0.4

Экспериментально установлено, что присутствие в питательной среде PBZ во всех исследуемых концентрациях приводит к ингибированию морфогенетических процессов. Проявлением этого, прежде всего, было уменьшение коэффициента размножения одиночных побегов. Учитываемый показатель был ниже контроля в среднем на 35%, в то время как для кластеров побегов коэффициент размножения оставался на уровне контроля в пределах ошибки. Высота побегов во всех вариантах не превышала контроль. Что касается образования цветочных почек, то этот процесс не был отмечен нами ни в одном варианте.

В следующей серии экспериментов нами были апробированы питательные среды, в состав которых входили БАП и PBZ одновременно (табл. 3).

Из результатов таблицы 3 следует, что присутствие в питательной среде БАП и PBZ оказало влияние на рост и развитие микропобегов орхидей. Отмечено повышение коэффициента размножения в вариантах с PBZ 0,1 или 0,2 мг/л в сочетании с БАП 1,0 мг/л в среднем на 10% по отношению к контролю в случае культивирования одиночных побегов. При культивировании кластеров побегов стимулирующий эффект был отмечен во всех вариантах и составил 5-28 % по отношению к контролю в зависимости от состава питательной среды.

Таблица 3. Влияние различных концентраций PBZ и БАП на морфогенетический потенциал одиночных побегов и кластеров побегов орхидей (Dendrobium aphyllum (Roxb.) Fisch) in vitro (12 неделя культивирования)

PBZ

(мг/л)

БАП

(мг/л)

Одиночные побеги

Кластеры побегов

коэффициент размножения

высота побега (см)

цветение (%)

коэффициент размножения

высота побега (см)

цветение (%)

0

0,0

1,53

4,32

0

2,11

3,81

0

0,1

1,0

1,73

4,62

0

2,72

3,12

22,68

0,2

1,0

1,61

4,31

0

2,53

3,11

11,72

0,5

1,0

1,43

4,11

0

2,34

2,92

0

1,0

1,0

1,32

3,91

0

2,22

2,83

0

LSD0.05

0.67

CV%

5.4

морфогенез цветение орхидея

Что касается формирования цветочных почек (флоральный морфогенез), то этот процесс был отмечен только в вариантах культивирования кластеров побегов на питательных средах, содержащих 0,1 мг/л PBZ + 1,0 мг/л БАП (22,68%) или 0,2 мг/л PBZ + 1,0 мг/л БАП (11,72%). Первые признаки флорального морфогенеза стали проявляться только на десятой неделе культивирования (рис. 1).

1,0 мг/л БAП + 0,1 мг/л PBZ

1,0 мг/л БAП + 0,2 мг/л PBZ

Рис 1. Формирование цветочных почек на Dendrobium aphyllum (Roxb.) Fisch

in vitro (12 неделя культивирования)

Результаты по влиянию TDZ на флоральный морфогенез приведены в таблице 4.

Таблица 4. Влияние различных концентраций TDZ на морфогенетический потенциал одиночных побегов и кластеров побегов орхидей (Dendrobium aphyllum (Roxb.) Fisch) in vitro (12 неделя культивирования)

TDZ (мг/л)

Одиночные побеги

Кластеры побегов

коэффициент размножения

высота побега (см)

цветение (%)

коэффициент размножения

высота побега (см)

цветение (%)

0

1,13

4,92

0

2,12

3,13

0

0,1

1,52

4,91

0

2,22

3,13

0

0,2

1,72

5,09

0

2,73

3,23

0

0,5

1,91

5,31

0

2,81

3,33

0

1,0

1,82

5,42

0

3,12

3,14

0

LSD0.05

0.31

0.27

CV%

0.3

0.5

Исследования показали, что TDZ в изучаемых концентрациях проявляет ростстимулирующий эффект на одиночные побеги и кластеры побегов. Во всех вариантах наблюдается прямая зависимость этого процесса от концентрации гормона в питательной среде: с увеличением концентрации препарата увеличиваются такие показатели, как коэффициент размножения и рост побегов. Тем не менее, во всех исследуемых вариантах формирование цветочных почек не было отмечено.

Культивирование кластеров побегов орхидей на питательной среде, содержащей TDZ в сочетании с PBZ, приводило к существенному повышению флорального морфогенеза in vitro (табл. 5).

Таблица 5. Влияние различных концентраций PBZ и TDZ на морфогенетический потенциал одиночных побегов и кластеров побегов орхидей (Dendrobium aphyllum (Roxb.) Fisch) in vitro (12 неделя культивирования)

TDZ (мг/л)

PBZ (мг/л)

Одиночные побеги

Кластеры побегов

коэффициент размножения

высота побега (см)

цветение (%)

коэффициент размножения

высота побега (см)

цветение (%)

0

0,0

1,13

4,15

0

2,11

3,11

0

0,1

0,5

1,22

4,51

0

2,61

3,52

45,34

0,2

0,5

1,31

4,72

0

2,93

3,73

76,83

0,5

0,5

1,52

5,12

0

3,13

3,23

98,79

1,0

0,5

1,23

4,32

0

3,21

2,12

100

LSD0.05

1.70

CV%

1.5

100%-ое цветение микропобегов было получено на среде с 1 мг/л TDZ и 0,5 мг/л PBZ. Остальные учитываемые показатели (коэффициент размножения и высота микропобегов) существенно превышали таковые в контрольном варианте (рис. 2).

0,1 мг/л TDZ + 0,5 мг/л PBZ

0,2 мг/л TDZ + 0,5 мг/л PBZ

0,5 мг/л TDZ + 0,5 мг/л PBZ

1,0 мг/л TDZ + 0,5 мг/л PBZ

Рис 2. Формирование цветочных почек на Dendrobium aphyllum (Roxb.) Fisch

in vitro (12 неделя культивирования)

Выводы

Таким образом, проведенные исследования позволили заключить, что совместное применение PBZ с БАП или TDZ в питательной среде оказывает существенное влияние на формирование цветочных почек только в случае культивирования кластеров побегов. В случае культивирования одиночных побегов способность их к флоральному морфогенезу не была отмечена ни в одном из исследуемых вариантов питательных сред.

Cписок использованных источников

1. Wang G., Xu Z., Chia T.F., Chua N.H. In vitro flowering of Dendrobium candidum. Sci China C Life Sci.  Feb. - 1997, 40(1). - PP. 35-42.

2. Wang, Z. H., Wang L., Ye Q. S. High frequency early ?owering from in vitro seedlings of Dendrobium nobile. // Scientia Horticulturae. - 2009, vol. 122. - PP. 328-331.

3. Duan J.X. and Yazawa S. Floral induction and development in Phalaenopsis in vitro. // Plant Cell, Tissue and Organ Culture. - 1995, 43(1). - PP. 71-74.

4. Kostenyuk B.J., So I.S. Induction of early flowering in Cymbidium niveo-marginatum Mak in vitro. // Plant Cell Reports. - 1999, 1p. - PP. 1-5.

5. Tee C.S., Maziah M. and Tan C.S. Induction of in vitro flowering in the orchid Dendrobium sonia //. Biologia Plantarum. - 2008, 52 (4). - PP. 723-726.

6. Christo C., Tsvetkov I. and Kovachev V. Use of paclobutrazol to control vegetative growth and improve fruiting efficiency of grapevines (Vitis vinifera L.) // Plant physiol. 199521 (4). - PP. 64-71.

7. Fatma E.M. Some studies on the effects of putrescine and paclobutrazol on the growth and chemical composition of Bougainvillea glabra L. at Nubaria.// American-Eurasian J. Agric and Environ. Sci. - 2007, (5). - PP. 552-558.

8. Simas et. al. Effect of some growth regulators on chlorophyll fluorescence in Viola Ч wittrockiana `Wesel Ice'.// ?Biologija. - 2007, vol. 53. No. 2. - PP. 24-27.

9. Chung-Chih LinChuoun-Sea Lin and Wei-Chin Chang. In vitro flowering of Bambusa edulis and subsequent plantlet survival. // Plant Cell Tissue and Organ Culture. - 2002, 72(1). - PP. 71-78.

10. Wang G. Y., Yuan M. F., Hong Y. In vitro flower induction in Rose. // In Vitro Cellular & Developmental Biology - Plant. - 2002, vol. 38, No. 5. - PP. 513-518.

11. Chang, Chen and Chang Wei-Chin. Cytokinins promotion of flowering in Cymbidium ensifolium var. misericors in vitro. - 2003, vol. 39, No. 3. - PP. 217-221.

Цитирование:

Нгуен Тхань Хай, Нгуен Тхьи Фыонг Тхао, Калашникова Е.А. Влияние регуляторов роста на процесс формирования цветочных почек орхидей (Dendrobium aphyllum (roxb.) fisch) in vitro // АгроЭкоИнфо. - 2016, №1. http://agroecoinfo.narod.ru/journal/STATYI/2016/1/st_53.doc.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.