Вплив генотипу на мікроклонування рослин буряку цукрового в ізольованій культурі

Размещено на http://www.allbest.ru/

Уманський національний університет садівництва

ВПЛИВ ГЕНОТИПУ НА МІКРОКЛОНУВАННЯ РОСЛИН БУРЯКУ ЦУКРОВОГО В ІЗОЛЬОВАНІЙ КУЛЬТУРІ

Л. О. РЯБОВОЛ, доктор сільськогосподарських наук

Я. С. РЯБОВОЛ, доктор сільськогосподарських наук

О. В. НЕНЬКА, кандидат сільськогосподарських наук

Анотація

У статті проаналізовано вплив генотипу на процес мікроклонального розмноження різних селекційних форм буряку цукрового. Підтверджено, що індукція розвитку первинного експланту, інтенсивність розвитку та наростання біоматеріалу, вкорінення рослин є генетично зумовленим чинником. Доведено, що відновлювачі фертильності в ізольованій культурі характеризуються вищою регенераційною здатністю порівняно з ЧС-лініями. Найкращі показники фіксували за культивування експлантів зразка ММ 2 х 105, які індукували інтенсивне закладання адвентивних меристематичних бруньок на рівні 90,2 %.

Ключові слова: буряк цукровий, генотип, мікроклональне розмноження, регенерація, адвентивні бруньки.

Annotation

Riabovol L. O., Riabovol la. S., Nenka O. V.

Influence of genotype on microcloning of sugar beet plants in isolated culture

Preservation of genotypes of cross-pollinated crops, in particular sugar beet, is an important issue of the breeding process. The use of biotechnological methods ensures the preservation and reproduction of the necessary amount of the created material and its use in selection for the purpose of obtaining new varieties and hybrids of agricultural crops.

In the article it is analyzes the influence of the genotype on the process of microclonal reproduction of various breeding forms of sugar beet. It was confirmed that the induction of the development of the primary explant, the intensity of development and growth of biomaterial, the rooting of plants is a genetically determined factor. It was proven that fertility restorers in isolated culture are characterized by a higher regeneration capacity compared to emergency lines. The best indicators were recorded for the cultivation of explants of the sample MM 2 x 105, which induced intensive establishment of adventitious meristematic buds at the level of 90,2 %.

Data analysis also indicates a significant difference in the intensity of shoot format'ion between different selection samples. The largest amount of material was induced during the cultivation of fertility restorers (10.8-12.7 pcs. of shoots per one explant), the smallest - from ChS-lines (4.3-5.8 pcs.). It is necessary to point out the high intensity of growth and development of clones obtainedfrom hybrid material. The growth of biomaterial on the 30th day of cultivation reached 41.6 mm, which made it possible to obtain plants with maximally developed vegetative photosynthetic organs (5-7 leaves per clone) in a short period of time. The share of rooted material was reliably high and reached 95,0 % on average for individual genotypes. The performed cytological analysis confirmed the genetic identity of the obtained clones with respect to the original material by 94,2 %.

Key words: sugar beet, genotype, microclonal propagation, regeneration, adventitious buds.

Постановка проблеми

Збереження генотипів перехреснозапильних культур, зокрема буряку цукрового, є важливим питанням селекційного процесу. Використання біотехнологічних методів забезпечує збереження і розмноження необхідної кількості створеного матеріалу та використання його в селекції з метою отримання нових сортів та гібридів сільськогосподарських культур.

Аналіз основних досліджень і публікацій

Одним з найважливіших чинників, що визначають успіх клонального мікророзмноження, є генотип вихідної рослини. Це пов'язано з тим, що основним процесом диференціювання в клітині рослин є механізм дерепресії генів, який проходить у три етапи: набуття компетенції

- коли кілька різних блоків генів готуються перейти до наступної фази; детермінація

- коли один із блоків виділяється і стає домінуючим у майбутній клітині; активація - утворення білків, що відповідають структурним генам блоків. Вчені стверджують, що клітини можуть ділитись на етапі детермінації, але не активації. У зв'язку з цим детермінація відбувається на генетичному рівні, і програма диференціювання клітин є генетично зумовленим чинником. Консервативність онтогенезу визначається головним чином послідовно занотованою програмою розвитку в геномі клітин, а також системою гормональних і метаболічних регуляторів клітини, що також контролює геном. Тому здатність до розмноження in vitro, як і будь-яка ознака рослинного організму, генетично залежний процес та істотно варіює за інтенсивністю у різних видів і сортів рослин [3, 4].

Проліферація - важлива ланка процесу in vitro. Вона дозволяє швидко розмножувати генотип, проводити генетичний контроль клонів і вибраковку, що забезпечує чистоту розмноження та створення банку генетичного ресурсу.

За розмноження рослин in vitro існують різні шляхи проліферації. Один з них - через формування калюсної культури з наступною її диференціацією в окремі тканини та анатомо-морфологічні структури. За такого способу висока ймовірність виникнення сомаклональної мінливості та втрати генетичної ідентичності регенерантів і вихідних рослин. Тому для збереження сортових властивостей обирають шлях прямої індукції формування адвентивних бруньок [1, 2, 5, 6].

Метою наших досліджень було визначення залежності коефіцієнту проліферації від сортових особливостей буряку цукрового за мікроклонування рослин в ізольованій культурі.

буряк цукровий генотип мікроклонування

Методика досліджень

Дослідження проводили в лабораторії бітехнології Уманського національного університету садівництва. Джерелом вихідного рослинного матеріалу в досліді слугував культуральний біоматеріал низки зразків ММ 2 х 105, ММ 2 х 159, ММ 2 х 227, О -тип 389, О-тип 356, ЧС 389, ЧС 196, F2 (1БЦ х Бо-45)-1С, F1 (Бо-45 х БЦ)-2С.

Для індукції розвитку меристем використовували модифіковане живильне середовище Мурасіге-Скуга та Гамборга, що доповнювали різними концентраціями і співвідношеннями регуляторів росту. Підрахунок сформованих адвентивних бруньок проводили щодекадно.

Результати досліджень

У результаті проведених досліджень встановлено, що в буряка цукрового генотип істотно впливає на різні морфогенетичні потенції біоматеріалу, тобто характеризується різною здатністю апікальних меристем до індукції закладання адвентивних бруньок, регенерації типово розвинених пагонів, росту та розвитку експлантів в культурі in vitro тощо (табл. 1).

Підтверджено достовірну відмінність за кількістю пагонів, що сформувалися на один експлант, приросту експлантів, кількості типово розвинених пагонів за розмноження in vitro різних генотипів буряку в абсолютно ідентичних умовах культивування. Аналогічну реакцію встановлено і за наступного вкорінення розмноженого матеріалу.

Зафіксовано, що реалізація морфогенетичного потенціалу в процесі мікророзмноження змінювалася в окремих рослин навіть у межах однієї лінії. Відмінності у формуванні бічних пагонів на один експлант складали в межах 4,312,7 шт., а за кількістю індукованих до розвитку матеріалів - від 62,3 % до 90,2 %.

Коефіцієнт розмноження (кількість пагонів, утворених в одному меристематичному клоні за один міжпасажний період) прямопропорційно залежить від тривалості міжпасажного періоду. Найвищий коефіцієнт розмноження спостерігали на 25-30 добу культивування. Найкращі показники у досліді фіксували за культивування експлантів генотипу ММ 2 х 105, що індукували інтенсивне закладання адвентивних меристематичних бруньок на рівні 90,2 %.

Табл. 1

Вплив генотипу буряку цукрового на регенераційну здатність і розвиток експланту в ізольованій культурі на ростовому живильному середовищі

1. Zinchenko, O. A., Zatserkovna, N. S., Ukrainets, O. A., Zabolotna, A. V. (2021). Influence of biotechnological parameters on the yield of macrostructures from unfertilized seed primordia of diploid sugar beet. Collection of scientific works of the Institute of Bioenergy Crops and Sugar Beet, vol. 29, pp. 123-128. DOI: https://doi.org/10.47414/np.29.2021.249934. (in Ukrainian).

2. Denchilya-Sakal, G. M., Nikolaychuk, V. I., Terek, V. O. (2010). Microclonal reproduction of plants Trifolium pratense L. Scientific Bulletin of Uzhgorod University: Series: Biology, issue 28, pp. 90-93. (in Ukrainian).

3. Melnychuk, M. D., Novak, T. V., Kunakh, V. A. (2003). Plant biotechnology: Textbook. K.: PoligrafConsulting. 520 p. (in Ukrainian).

4. Hammerschlag, F. A. (1984). In vitro approaches to disease resistance. Application of genetic engineering to crop improvement. Dordrecht: Nijnoff/Junk, pp. 453-490.

5. Ryabovol, L. O., Parii, F. M. (2002). Influence of the ploidy level of the donor material of sugar beets on the emergence, growth and development of macrostructures from seed primordia. Collection of scientific works «Herald of the Black Sea Region», pp. 28-31. (in Ukrainian).

6. Slavova, Y. V. (1983). Development of methods for vegetatively propagated in vitro sugar beet culture: Abstract of dissertation...candid. agr sciences. Plovdiv. 28 p. (in Bulgarian).

7. Murashige, T. (1974). Plant propagation through tissue cultures. Ann. Rev. Plant Physiol., v. 25, pp. 135-166.

8. Tomaszewska-Sowa, M. (2010). Cytometric analyzes of sugar beet (Beta vulgaris L.) plants regenerated from unfertilized ovules cultured in vitro. Plant Breed. vol. 2, pp. 231-235.

9. Us-Camas, R., Rivera-Solis, G., Duarte-Ake, F. et al. (2014). In vitro culture: an epigenetic challenge for plants. Plant Cell Tissue Organ Cult, vol.118, pp.187-201.

Размещено на Allbest.ru