doi: 10.15389/agrobiology.2019.3.557rus
УДК 633.18:581.143.6
СЕЗОННОСТЬ АНДРОГЕНЕТИЧЕСКИХ ОТВЕТОВ В КУЛЬТУРЕ
ПЫЛЬНИКОВ РИСА (Oryza sativa L.) in vitro
М.В. ИЛЮШКО, М.В. РОМАШОВА
Условия выращивания растений-доноров в андрогенезе in vitro рассматриваются с позиции воздействия на растения физических факторов (освещенность, длина светового дня, температура, питание растений). Считается, что для культуры клеток и тканей in vitro подходит любой сезон, однако в отдельные периоды года культуры in vitro растут и развиваются лучше, чем в другие. Исследований, связанных с введением в культуру пыльников in vitro во все периоды года, мы не обнаружили. В настоящей работе впервые показано, что интенсивность каллусообразования и регенерации растений риса посевного (Oryza sativa L.) различается в зависимости от месяца введения пыльников в культуру in vitro при единообразных условиях выращивания растений-доноров в течение года. Пониженная температура 21 °С позволяла получать каллус с разной интенсивностью в течение всего года, при оптимальной для риса температуре 24 °С наблюдалась большая сезонная зависимость. Нашей целью было изучение сезонной зависимости андрогенетических ответов in vitro риса при выращивании растений-доноров в контролируемых условиях климатической камеры при двух температурных режимах. В работе использовали пыльники риса подвида japonica Kato сорта Каскад. Растения-доноры высаживали в грунт ежемесячно 15 числа по 5-9 растений в течение года и помещали в климатическую камеру при температурах 24 и 21 °С, освещенности 15 тыс. лк, влажности 60 %, фотопериоде 14/10 ч (свет/темнота). Контролем служили пыльники с растений, выращенных на вегетационной площадке в естественных условиях. В контроле пыльники вводили в культуру in vitro в августе 2015 и 2016 года в количестве 400 шт. Перед введением в культуру пыльники риса подвергали воздействию низких положительных температур (5 °С) в течение 7 сут, помещая метелки в цилиндры с водой. Культивирование проводили на индукционной питательной среде N6. Число высаженных пыльников ежемесячно составляло от 400 до 702 шт. Максимальная частота каллусообразования приходилась на май-июнь (15,5-28,3 %). При выращивании растений-доноров в искусственных условиях при обеих температурах в этот период каллусообразование было выше, чем в контроле. Использование климакамеры позволяло получить в отдельные месяцы стабильно высокие значения интенсивности каллусообразвания, что не всегда возможно в естественных условиях выращивания исходных растений. Температура выращивания растений-доноров влияла на каллусообразование и регенерационную способность побегов из пыльников риса. Низкая для риса температура (21 °С) позволяла получать каллус ежемесячно с большей или меньшей интенсивностью (1,0-15,5 %). При оптимальной температуре 24 °С в ранневесенний и позднеосенний периоды образования каллуса из пыльников не наблюдалось. При температуре выращивания растений-доноров 21 °С формировалось в 4 раза больше каллусов с зелеными регенерантами (31,6 %) по сравнению с температурой 24 °С (8,8 %), увеличивалась доля удвоенных гаплоидов до 28,1 % и их среднее число на каллус до 16,6 шт. Выявлена средняя корреляционная зависимость между долей каллусов с зелеными регенерантами и средним числом удвоенных гаплоидов на каллус (r = 0,59 при р = 0,05). Это означает, что с увеличением числа каллусов с зелеными регенерантами, которое наблюдалось при 21 °С, возрастал общий выход удвоенных гаплоидов. По числу гаплоидов такой зависимости не отмечали. Таким образом, вполне оправдано применение закрытых помещений (теплиц, климакамер) не только в целях создания регулируемых условий для выращивания растений-доноров, что часто практикуется исследователями, но и для использования наиболее благоприятного периода введения пыльников в культуру in vitro.
Ключевые слова: Oryza sativa L., андрогенез in vitro, каллусообразование, регенерация, удвоенные гаплоиды, сезонность.
SEASONALITY OF ANDROGENETIC RESPONSES IN THE ANTHER CULTURE in vitro IN RICE (Oryza sativa L.)
M.V. Ilyushko, M.V. Romashova
The conditions for growing donor plants in androgegesis in vitro are considered from the point of view of the influence of physical factors on the plants (illumination, length of daylight, temperature, nutrition of plants). A priori it is believed that any period of the year (season) is suitable for plant tissue culture in vitro, and this is the main advantage of in vitro technologies compared to traditional ones. Seasonality is taken into account only when comparing donor plants grown in the field and under controlled conditions. However, we have not found reports on the study of using procedure of anther in vitro culture throughout the year. This paper is the first to show that, under uniform conditions of donor plants growing, the frequency of callus formation and regeneration of rice (Oryza sativa L.) plants from anthers in vitro culture differs depending on the month (season) when explants were collected. The aim of the studies was to study the seasonal dependence of in vitro androgenetic responses of O. sativa when growing donor plants in a climatic chamber conditions. The 5-9 plants of O. sativa subsp. japonica Kato, the Cascade variety, were planted monthly during a year and grown in a climatic chamber (at 24 °С and 21 °С, 15000 lux, 60 % humidity and photoperiod of 14 light/10 dark hours) to be the test anther donors. The anthers from naturally grown plants served as controls. As a result, the seasonal dependence of callus formation in the rice anther culture in vitro was revealed. The peak intensity of callus formation occurs in May and June (15.5-28.3 %). When growing donor plants under artificial conditions at both temperatures, in the best period for anther culture in vitro (May-June) callus formation was higher than in the control. The use of the climatic chamber makes it possible to obtain consistently high values of the intensity of callus formation in some months, which is not always possible in the natural conditions. The temperature of donor plant growing affects the frequency of rice callus formation and the regenerative capacity. The temperature which is lower than optimal for rice plants (21 °С) allows for different frequency of callus formation throughout the year, whereas the rice-comfortable temperature (24 °С) leads to a large seasonal dependence and callus formation from May to September and in December and January. At 21 °С vs. 24 °С, four times more calluses with green regenerants are formed (31.6 % vs. 8.8 %), with an increase in the fraction of doubled haploids up to 28.1 % and their number per callus up to 16.6. A moderate correlation was found between the share of calli with green rege-nerants and the average number of doubled haploids per callus (r = 0.59 at p = 0.05). This means that with an increase in the number of calli with green regenerants, which is observed at 21 °С, the total yield of doubled haploids also increases. As to the number of haploids, no such dependence was found. Thus, greenhouses and climatic chambers may serve not only for growing donor plants by researchers, but also for practical use of the most favorable periods for anthers culture technique.
Keywords: Oryza sativa L., androgenesis in vitro, callus formation, regeneration, doubled haploids, seasonality.
ФГБНУ Приморский НИИ сельского хозяйства, |
Поступила в редакцию |
