Досліджено устьічнимі апарат листя регенерантів пшениці, отриманих в умовах високої вологості і низької освітленості in vitro, в процесі їх поступової адаптації до умов низької вологості повітря і високої освітленості ex vitro. Встановлено, що до кінця експерименту регенеранти ex vitro та інтактні рослини мали подібні значення устьичной провідності. Порівняльний аналіз цитології устьиц адаптованих ex vitro регенерантів і інтактних рослин in vivo продемонстрував їх морфологічна схожість при менших розмірах продихів регенерантів. Запропонований спосіб поступової адаптації до умов ex vitro дозволяє досягати високої виживання регенерантів.

Анотація наукової статті по агробіотехнології, автор наукової роботи - Мартиненко Олена Вікторівна, Круглова Наталія Миколаївна, Дубровна Оксана Василівна


ADAPTATION OF WHEAT PLANT-REGENERANTS TO EX VITRO CONDITIONS: STOMATA FUNCTIONING

The investigation of leaves stomatal apparatus of wheat regenerants, obtained under conditions of high humidity and low illumination in vitro was carried out during their gradual (15 days period) adaptations to conditions of the lowered air humidity and high illumination ex vitro. It was established, that at the end of experiment regenerants ex vitro and intact plants had similar values ​​of stomatal conductivity. The comparative cytological analysis of stomata of adapted ex vitro regenerants and intact plants in vivo showed their morphological similarity, although the regenerants had smaller sizes of stomata. The offered method of gradual adaptation to ex vitro conditions allows achieving high survival rate of regenerants.


Область наук:
  • Агробіотехнології
  • Рік видавництва: 2011
    Журнал: Известия Самарського наукового центру Російської академії наук
    Наукова стаття на тему 'Адаптація рослин-регенерантів пшениці до умов ex vitro: робота устьиц'

    Текст наукової роботи на тему «Адаптація рослин-регенерантів пшениці до умов ex vitro: робота устьиц»

    ?УДК 576.5 / .7.085.23: 581.1

    АДАПТАЦІЯ РОСЛИН-регенерантів ПШЕНИЦІ ДО УМОВ EX VITRO:

    РОБОТА Устьіце

    Про 2011 Е.В. Мартиненко1, М.М. Круглова1, О.В. Дубровная2

    Інститут біології Уфимського наукового центру РАН, м Уфа 2 Інститут фізіології рослин і генетики Національної академії наук України, м Київ

    надійшла 27.05.2011

    Досліджено устьічнимі апарат листя регенерантів пшениці, отриманих в умовах високої вологості і низької освітленості in vitro, в процесі їх поступової адаптації до умов низької вологості повітря і високої освітленості ex vitro. Встановлено, що до кінця експерименту регенерату ex vitro та ін-тактний рослини мали подібні значення устьичной провідності. Порівняльний аналіз цитології устьиц адаптованих ex vitro регенератов і ітактних рослин in vivo продемонстрував їх морфологічна схожість при менших розмірах продихів регенератов. Запропонований спосіб поступової адаптації до умов ex vitro дозволяє досягати високої виживаності регенератов.

    Ключові слова: виживання регенерантів, уст'ічная провідність, яра м'яка пшетща Triticum aestivum L., адаптація.

    Більшість біотехнологічних методів культури in vitro направлено на отримання в кінцевому етапі повноцінних фертильних рослин-регенерантів. Основна проблема в цій галузі досліджень - низька виживаність рослин-регенерантів при перенесенні їх з умов культури in vitro, що характеризуються високою вологістю повітря і низькою освітленістю, в посткульту -ральние умови ex vitro, що характеризуються зниженою вологістю повітря і високою освітленістю.

    Розробка ефективної системи отримання повноцінних, з якісним насінням, расті-ний-регенерантів залишається актуальною і до теперішнього часу. Незважаючи на те, що накопичений значний фактичний матеріал, що стосується різних аспектів дослідження виживаності рослин-регенерантів, багато питань залишаються відкритими. Так, слабо вивчена робота устьічного апарату в процесі розвитку регенерантів in vitro і ex vitro та особливо в критичний момент перенесення регенерантів з умов in vitro в умови ех vitro. Згідно з літературними даними, регенеран-ти, отримані in vitro, мають низьку виживаність при перенесенні в умови ex vitro через формування у них аномального устьічного апарату [15]. Однак в літературі відсутні дані детальних фізіологічних і цитологічних досліджень устьиц рослин-регенерантів, адаптуються до умов ex vitro.

    У зв'язку з цим мета даної роботи полягала в фізіологічної та цитологічної оцінки устьиц рослин-регенерантів пшениці в процесі розвитку in vitro, в критичний момент перенесення з умов in vitro в умови ex vitro та в процесі адаптації до умов ex vitro.

    Мартиненко Олена Вікторівна, канд. біол. наук, e-mail: evmart08 (a! mail.ru; Кругпова Наталія Миколаївна, докт. біол. наук, e-mail: kraglova (a! anrb.ru; Дубровна Оксана Васіпьевна, докт. біол. наук, e-mail: diibrovny (a! ukr.net

    МАТЕРІАЛ І МЕТОДИ

    Об'єктом дослідження послужила яра м'яка пшениця сорту Башкирська 26, перспективна для кліматичної зони Південного Уралу, [6] насіння якої були люб'язно надані к.с.-г.н. В.І. Ніконов, завідувачем лабораторією селекції і насінництва Башкирського НДІ СХ РАСГН (г. Уфа).

    Попередньо було виявлено, що незрілі зародки цього сорту пшениці з високою чуйністю формують морфогенні каллусов в умовах культури in vitro. Для даного експерименту використовували рослини-регенеранти в фенофазу кущіння, отримані in vitro з Морфогенія каллусов зародкового походження, і інтактні рослини в тій же фенофазу. Рослини-регенеранти до 7-х діб фенофаз кущіння вирощували in vitro в пробірках в кліматичній камері MLR-351H (Sanyo, Japan) при 16-годинному фотоперіоде, освітленості 25000 лк. Потім їх переносили в грунтову суміш і протягом 5-ти діб утримували в тій же кліматичній камері при відносній вологості повітря (ОВВ) 90% і щадному світловому режимі (освітленість 16000 лк). На наступному етапі експерименту ОВВ в кліматичній камері знижували до 60%. На 8-е добу експерименту рослини-регенеранти переносили на повітря на светоплощадку при освітленості 16000 лк і 16-годинному фотоперіоде. З 13-х діб і до кінця експерименту освітленість становила 25000 лк.

    Інтактні рослини до 7-х діб фенофаз кущіння і далі вирощували на светоплощадке при 16-годинному фото періоді і освітленості 25000 лк.

    Для фізіологічної оцінки реакції устьиц рослин обох груп використовували показник устьичной провідності, що характеризує ступінь відкритості продихів, що дозволяє оцінити інтенсивність транспірації і зрушення в водному обмене.інтенсівность транспірації і зрушення в водному обміні. Показник устьичной проводимо-

    біотехнологія

    сті вимірювали за допомогою автоматичного поро-метра (МК Delta-T, UK). Тимчасові цитологічні препарати, отримані згідно з загальноприйнятою методикою [7] переглядали на мікроскопі проходить світла Axio Imager AI (Carl Zeiss, Jena). Статистичну обробку отриманих результатів проводили, використовуючи програми Excel з урахуванням основних статистичних параметрів.

    РЕЗУЛЬТАТИ І ЇХ ОБГОВОРЕННЯ

    В якості точки відліку використовували показник устьичной провідності «пробіркових» рас-тений-регенерантів на 7-у добу фенофаз кущіння, що знаходяться в кліматичній камері (освітленість 25000 лк), перед їх висадкою в грунтову суміш. Устьичная провідність таких рослин-регенерантів склала 151 ммоль / м2с, що в 1,7 рази перевищувало устьічнимі провідність інтактен-них рослин того ж віку (90 ммоль / м2с), що ростуть в грунтової суміші на светоплощадке при тій же освітленості (рис. 1А) . Можливо, це обумовлено більш високою відносною вологістю повітря в пробірках.

    | Регенеранти? інтактні рослини

    А Б

    Мал. 1. устьічнимі провідність рослин-регенераітов в процесі адаптації до умов ex vitro в порівнянні з аналогічними показниками інтактних рослин: А - рослини-регенеранти в пробірках перед висадкою в грунтову суміш і інтактні рослини в грунтової суміші (освітленість 25000 лк); Б - 1-е добу експерименту, рослини-регенеранти в грунтової суміші (ОВВ 90%, освітленість 16000 лк); В - 5-е добу експерименту, рослини-регенеранти в грунтової суміші (ОВВ 90%, освітленість 16000 лк); Г - 7-е добу експерименту, рослини-регенеранти в грунтової суміші (ОВВ 60%, освітленість 16000 лк); Д - 10-е добу експерименту, рослини-регенеранти в грунтової суміші (повітря, освітленість 16000 лк); Е - 15-е добу експерименту, адаптовані рослини-регенеранти і інтактні рослини в грунтової суміші (повітря, освітленість 25000 лк)

    В критичний момент перенесення регенерантів в

    умови

    ех

    vitro

    показник устьічноі провідності різко знижувався (до 42 ммоль / м2с) в порівнянні з «пробірочними» рослинами (рис. 1Б). На 5-у добу експерименту його значення склало 37 ммоль / м2с (рис. 1В). Зменшення устьичной провідності в даному випадку можна розцінювати як наслідок фотоактивного реакції устьиц на зниження освітленості.

    На наступному етапі експерименту ОВВ в кліматичній камері зменшували до 60%. Показник устьичной провідності продовжував падати і на 7-у добу експерименту досяг 30 ммоль / м2с (рис. 1Г).

    На 8-е добу досвіду устьичная провідність перенесених на светоплощадку рослин-регенерантів (освітленість 16000 лк і 16-годинний фотоперіод) починала підвищуватися і на 10-е добу експерименту досягла 35 ммоль / м2с (рис. 1Д), що свідчить про початок адаптації рослин -регенерантов до умов, що змінилися.

    Підвищення освітленості светоплощадкі до 25000 лк на 13-е добу експерименту призвело до різкого підвищення показника устьичной провідності адаптуються рослин-

    регенерантів, і на 15-е добу експерименту цей показник (85 ммоль / м2с) був порівнянний з аналогічним показникам інтактних рослин (92 ммоль / м2с) (рис. 1Е). Можливо, таке різке підвищення обумовлене збільшенням ступеня відкритості продихів під дією світла. З іншого боку, воно свідчить про нормалізацію функціонування продихів у рослин-регенерантів. Ступінь виживання рослин-регенерантів, за наявними в літературі даними [8,9], в середньому, становить 50-60%. При запропонованому нами варіанті поступової адаптації рослин-регенерантів до умов ех vitro відзначена висока виживаність рослин-регенерантів - 83%.

    Проведений морфометричний аналіз виявив, що продихи рослин-регенерантів, адаптованих до умов ex vitro (на 15-е добу експерименту), морфологічно не відрізняються від устьиц інтактних рослин в тій же фазі розвитку (рис. 2). У той же час продихи регенерантів мають менші розміри. Так, довжина продихів рослин-регенерантів становила, в середньому, 55.04 ± 1.45 мкм, тоді як у інтактних рослин вона дорівнювала 67.71 ± 1.49 мкм.

    Згідно з літературними даними, зменшення розмірів продихів характерно для рослин-регенерантів і інших представників квіткових рослин, причому автори також зазначають нормальне функціонування продихів рослин-регенеранов [10-15].

    Таким чином, дані по устьичной провідності рослин-регенерантів ярої м'якої пшениці, отриманих in vitro і адаптованих до умов ex vitro, свідчать про нормальне функціонування продихів при їх менших розмірах. Запропонований нами варіант поступової адаптації до умов ex vitro дозволить досягати високої виживаності рослин-регенерантів.

    Мал. 2. Морфологія устьиц адаптованих рослин-регенерантів (А) і інтактних рослин (Б) в фенофазу кущіння на 15-е добу експери-

    Автори вдячні к.б.н. Веселова С.В. і к.б.н. Зайцеву Д.Ю. за допомогу в проведенні частини експериментальної роботи.

    Робота виконана за підтримки РФФД-Поволж'е (грант № 08-04-97045), а також за програмою «Провідні наукові школи РФ» (грант №НШ 7637.2010.4).

    СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

    1. Sallanon Н .. Tort А! .. CoudretA. The ultrastructure of micropropagated and greenhouse rose plant stomata // Plant Cell, Tissue and Organ Culture. 1993. V. 32 P. 227-233.

    2. Pospisilovct J. Effect of air humidity on the development of liinc-tional stomatal apparatus // Biologia Plantarum. 1996. V. 38. № 2. P. 197-204.

    3. Noe N .. Bonini L. Leaf anatomy of highbush blueberry grown in vitro and during acclimatization to ex vitro conditions // Biologia Plantarum. 1996. V. 38. № 1. P. 19-25.

    4. Fordham M.C .. Harrison-Murray R .. Knight L. Effects of leaf wetting and high humidity on stomatal function in leafy cutting and intact plants of Corylus maxima // Physiologia Plantarum. 2001. V. 113. P. 233-240.

    5. Joshi P .. Joshi N .. Purohit S.D. Stomatal characteristics during micropropagation of Wrightia tomentosa // Biologia Plantarum. 2006. V. 50. № 2. P. 275-278.

    6. Характеристика сортів сільськогосподарських культур, включених в Держреєстр по Республіці Башкортостан. Посібник для агрономів / [під ред. Д.Б. Гареева]. Уфа, 1997. 96 с.

    7. Паушева З.П. Практикум з цитології рослин. М .: Колос, 1988.170 з.

    8. Plant biotechnology and molecular markers / [Eds Srivastava S., Narula A., Srivastava S.]. New Delhi: Anamaya Publishers, 2004. P. 325.

    9. Plant cell and tissue culture - a tool in biotechnology. Basics and application / [Eds Neumann K.-H., Kumar A., ​​Imani J.]. Berlin, Heidelberg: Springer-Verlag, 2009. P. 333.

    10. Gribble K .. Sarafis K .. Nailon J .. Holford P .. Uwins P. Environmental scanning electron microscopy of the surface of normal and leaves of Gypsophila paniculata (Babies, Breath) cultured in vitro // Plant Cell Reports. 1996. V. 15 P. 771-776.

    11. Ali-Ahmad M .. Hughes G.H .. Safadi F. Studies on stomatal fiinc-tion, epicuticular wax and stem-root transition region of polyethylene glycol-treated and nontreated in vitro grape plantlets // In vitro Cellular and Developmental Biology Plant. 1998. V. 34. P. 1-7.

    12. Estrada-Luna A.A .. Davies Jr F.T .. Egilla J.N. Physiological changes and growth of micropropagated chille ancho pepper plant-lets during acclimatization and post-acclimatization // Plant Cell, Tissue and Organ Culture. 2001. V. 66. P. 17-24.

    13. Brutti C.B .. Rubio E.J .. Llorente B.E .. Apostolo N.M. Artichoke leaf morphology and surface features in different micropropagation stages // Biologia Plantarum. 2002. V. 45. № 2. P. 197-204.

    14. Jo E.-A .. Tewari R.K .. Hahn E.-J .. PaekK.-Y. In vitro sucrose concentration affects growth and acclimatization of Alocasia amazonica plantlets // Plant Cell. Tissue and Organ Culture. 2009. V. 96. P. 307-315.

    ADAPTATION OF WHEAT PLANT-REGENERANTS TO EX VITRO CONDITIONS:

    STOMATA FUNCTIONING

    © 2011 E.V. Martynenko1, N.N. Kruglova1, O.V. Dubrovnaya2

    institute of Biology, Ufa Sci. Centre of RAS, Ufa institute of Plant Physiology and Genetics National Academy of Sciences of Ukraine, Kiev

    The investigation of leaves stomatal apparatus of wheat regenerants, obtained under conditions of high humidity and low illumination in vitro was carried out during their gradual (15 days period) adaptations to conditions of the lowered air humidity and high illumination ex vitro. It was established, that at the end of experiment regenerants ex vitro and intact plants had similar values ​​of stomatal conductivity. The comparative cytological analysis of stomata of adapted ex vitro regenerants and intact plants in vivo showed their morphological similarity, although the regenerants had smaller sizes of stomata. Hie offered method of gradual adaptation to ex vitro conditions allows achieving high survival rate of regenerants.

    Key words: survival rate of regenerants, stomatal conductivity, spring wheat, Triticum aestivum L., adaptation.

    Martynenko Elena Viktorovna, Candidate of Biology, e-mail: evmart08 (S! Mail.ru; Kruglova Natalia Nikolaevna, Doctor of Biology, e-mail: kruglova (S) anrb.ru; Dubrovnaya Oksana Vasilievna, Doctor of Biology, e- mail: dubrovny (S) ukr.net


    Ключові слова: ВИЖИВАНІСТЬ регенерант / устьічнимі ПРОВІДНІСТЬ / ЯРОВА МЯГКАЯ ПШЕНИЦА TRITICUM AESTIVUM L / АДАПТАЦІЯ / SURVIVAL RATE OF REGENERANTS / STOMATAL CONDUCTIVITY / SPRING WHEAT / TRITICUM AESTIVUM L / ADAPTATION

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити