Микроклональное размножение некоторых сортогрупп лилий

Шибанова Н.Л. Попкова А.С.

Журнал: Вестник Пермского университета. Серия: Биология @vestnik-psu-bio

Рубрика: Ботаника

Статья в выпуске: 4, 2020 года.

Бесплатный доступ

Представлены результаты по микроклональному размножению десяти сортов лилий, относящихся к четырем сортогруппам: восточные, трубчатые, азиатские и лонгифлорум-азиатские гибриды (ЛА-гибриды). Установлено, что для стерилизации эксплантов оптимальным является использование следующих стерилизующих агентов: 7%-ный раствор гипохлорита натрия с экспозицией 20 мин. и 70%-ный этиловый спирт с экспозицией 10 сек. Средний процент выхода стерильной культуры для сортогрупп составил от 66 до 87%. Статистически значимых различий между сортами внутри сортогруппы не выявлено. При микроклональном размножении рекомендуется использовать твердую питательную среду Мурасиге и Скуга с добавлением ауксина а-нафтилуксусная кислота в концентрации 1 мг/л - для сортогрупп восточные, трубчатые и азиатские гибриды или цитокинина 6-бензиламинопурин в концентрации 1 мг/л - для ЛА-гибридов. Процент выхода эксплантов с признаками регенерации составил более 82% для трубчатых и ЛА-гибридов и более 71% - для восточных и азиатских гибридов. По коэффициенту размножения статистически значимых различий между сортами не наблюдается, и для всех изученных сортов любой сортогруппы он может варьировать от 2 до 14 шт./эксплант. Приживаемость растений, переведенных из условий in vitro в in vivo, составила более 60%.

микроклональное размножение \ Lilium L. \ сорт \ сортогруппа

Похожие статьи в разделе Физиология растений

Влияние условий стерилизации эксплантов и освещения на морфогенез хозяйственно ценных форм березы и осины в культуре in vitro
Влияние условий стерилизации эксплантов и освещения на морфогенез хозяйственно ценных форм березы и осины в культуре in vitro

Макаров С.С., Упадышев М.Т., Кузнецова И.Б., Чудецкий А.И., Лебедева О.П., Багаев Е.С., Журавлев Н.Н.

Короткий адрес: https://sciup.org/147229663

IDS: 147229663   |   УДК: 581.143.6:582.572.2   |   DOI: 10.17072/1994-9952-2020-4-280-285

Micropropagation of some sort groups of lilies

The article presents data on micropropagation of ten cultivars of the genus Lilium L. belonging to four groups: the Oriental hybrids, the Trumpet hybrids, Lilium Asiatic hybrids, the Longiflorum and Asiatic hybrids (LA-hybrids). It is found that for the sterilization of explants better use the 7% sodium hypochlorite solution (20 min) and 70% ethanol (10 sec). The average percentage of sterile culture for the Oriental hybrids was 66.00±7.07, the Trumpet hybrids - 81.00±5.65, Lilium Asiatic hybrids - 85.00±4.69, LA-hybrids - 87.00±6.36. There were no statistically significant differences between cultivars within the group (p=0.33, p

Текст научной статьи Микроклональное размножение некоторых сортогрупп лилий

Среди цветочных культур лилии занимают одно из ведущих мест в мире. Такие декоративные качества, как чистота окраски, разнообразие форм, аромат цветков неизменно привлекают внимание, а потенциальные генетические возможности делают виды, разновидности и гибриды ценным материалом для селекции [Пугачева, 2005].

За последние 200 лет в мире создано около 10 тыс. сортов лилий. Международный регистр лилий (The International Lily Register and Checklist) включает 9 разделов. Все лилии, в зависимости от происхождения, классифицированы на 8 основных разделов (сортогрупп), а виды и внутривидовые таксоны выделены в девятый [Отрошко, 2016].

В качестве объектов исследования выбраны сорта из четырех сортогрупп: восточные («Мона Лиза», «Диззи»), трубчатые («Сноу квин » , « Пинк Перфекшн»), азиатские («Эмилия», «Волхова», «Розовая дымка», «Дабл Плеже») и лонгифлорум-азиатские («Глоуб», «Самур»).

Достоинством восточных гибридов (The Oriental Hybrids) являются крупные размеры цветков (15–25 см) и цветоносов. Все сорта теплолюбивы, зацветают поздно, во второй половине лета. Это

одни из лучших выгоночных растений, их можно использовать в контейнерной культуре [Баранова, 1990].

Трубчатые гибриды (Тhe Trumpet Hybrids) включают сорта, представленные сильными и рослыми (до 180 см) растениями с ароматными крупными цветками, которые хорошо размножаются семенами. Следствием этого является неоднородное потомство [Киреева, 1984].

Азиатские гибриды (Lilium Asiatic Hybrids) являются наиболее разнообразными по окраске цветков, неприхотливы, отличаются зимостойкостью и интенсивным вегетативным размножением, сравнительной устойчивостью к болезням [Иванов, 2004].

Лонгифлорум-азиатские гибриды (The Longi-florum and Asiatic hybrids) неприхотливы в выращивании, легко размножаются, устойчивы к бо-тритису [Завадская, 2008].

Большинство культивируемых в настоящее время сортов размножается только вегетативно. Луковички возникают на материнских луковицах или на побеге в небольших количествах [Пинаев, Блинова, Николаенко, 2011]. По данным Р.Г. Бутенко [1999], метод микроклонального размножения позволяет получить из одной чешуи луковицы за 6 месяцев 105 новых растений.

Цель работы – оптимизация этапов микрокло-нального размножения 10 сортов, относящихся к четырем сортогруппам.

Материалы и методы исследований

Исследования были проведены в 2017 ‒ 2019 гг. в лаборатории микроклонального размножения кафедры ботаники и генетики растений Пермского государственного национального исследовательского университета. Эксплантами для введения в культуру изученных сортов лилий стали наружные и внутренние чешуи луковиц размером 0.5‒1.5 см². Апикальная часть чешуй удалялась, так как она обладает низкой способностью к регенерации. Всего было высажено 960 эксплантов.

Стерилизацию эксплантов проводили в три этапа: престерилизация – нейтральный детергент 40‒60 мин. и проточная вода 10 мин.; стерилизация – 7%-ный раствор гипохлорита натрия («Белизна») 20 мин. и 70%-ный этиловый спирт 10 сек. или 12%-ный раствор перекиси водорода 15 мин.; постстерилизация – три смены стерилизованной дистиллированной воды по 5 мин. в каждой. Стерилизация питательной среды в пробирках проводилась в автоклаве Sanyo MLS-3780 при температуре 120ºC под давлением 1 атм. в течение 15 мин. Все этапы микроразмножения проводились в стерильных условиях в ламинар-боксе.

Экспланты высаживались на твердую питательную среду Мурасиге и Скуга (MS) с повышен- ным содержанием сахарозы (60 г/л). В качестве регуляторов роста использовались ауксины – β-индолилуксусная кислота (ИУК), α-нафтилуксусная кислота (НУК) и цитокинин – 6-бензиламинопурин (6-БАП) в концентрации по 1 мг/л. Также в среду были добавлены такие витамины, как пиридоксин, тиамин и никотиновая кислота в концентрации по 1 мг/л каждый. Всего было использовано 4 варианта среды. Растения выращивались в условиях искусственного освещения в климатической камере «Binder KBF LQC 240» при температуре +22 ± 2°С и освещении 14/10. Через 10‒14 дней проводилась выбраковка материала, который имел признаки инфицирования. Подсчитывалось число стерильных эксплантов к общему числу объектов, подвергнутых стерилизации. Определялась жизнеспособность материала как процент стерильных эксплантов с признаками регенерации.

Для переноса растений, выращенных на твердой питательной среде MS, в условия закрытого грунта, была использована почва, содержащая дерновую землю, речной песок, торф, комплекс минеральных удобрений, вермикулит, дренаж керамзитовый. Растения выращивались в условиях естественного освещения при температуре 20‒24ºС. Статистическую обработку экспериментальных данных проводили с использованием стандартного пакета анализа Microsoft Office Excel. Различия по критериям Фишера и Стьюдента считали статистически значимыми при p < 0.05. По Г.Н. Зайцеву [1973] были приняты уровни варьирования признаков: Cv < 10% – низкий, Cv = 11‒20% – средний, Cv > 20% – высокий.

Результаты и их обсуждение

Определяющую роль на первом этапе микро-клонального размножения играет стерильность культуры. Для сортогруппы азиатские гибриды использовался один режим стерилизации, при котором основными стерилизующими агентами были 7%-ный раствор гипохлорита натрия с экспозицией 20 мин. и 70%-ный этиловый спирт с экспозицией 10 сек. Для остальных исследуемых сорто-групп применялось два режима стерилизации, которые отличались по одному стерилизующему агенту – при втором режиме этиловый спирт был заменен на 12%-ный раствор перекиси водорода с экспозицией 15 мин.

Установлено, что высокий процент выхода стерильной культуры наблюдается только при первом режиме стерилизации. Он составил у сортов: «Самур» – 91 и «Глоуб» – 82 (ЛА-гибриды), «Эмилия» – 90, «Розовая дымка» – 88, «Волхова» – 81, «Дабл Плеже» – 81 (азиатские гибриды), «Сноу квин» – 85 (трубчатый гибрид). По данным работы В.В. Французенка [1997], высоким процентом вы- хода стерильной культуры можно считать, если результат отклоняется на 10–20% от 100. При втором режиме стерилизации получены низкие показатели по выходу стерильной культуры у всех изученных сортогрупп. Процент варьировал от 32 до 44.

Статистически значимых различий не выявлено между сортами внутри сортогруппы (p = 0.21, p < 0.05) и между сортогруппами при втором режиме стерилизации (p = 0.33, p < 0.05). При первом режиме стерилизации статистически значимые различия (р не превышает 0.04, p < 0.05) наблюдаются между сортами разных сортогрупп: «Мона Лиза» (восточный гибрид) и «Пинк Перфекшн» (трубчатый гибрид) / «Самур» (ЛА-гибрид); «Диззи» (восточный гибрид) и «Пинк Перфекшн», «Сноу квин» (трубчатые гибриды) / «Глоуб», «Самур» (ЛА-гибриды) / «Дабл Плеже» (азиатский гибрид); «Пинк Перфекшн» (трубчатый гибрид) и «Волхова», «Розовая дымка» (азиатские гибриды); «Сноу квин» (трубчатый гибрид) и «Самур» (ЛА-гибрид) / «Волхова» (азиатский гибрид); «Глоуб» (ЛА-гибрид) и «Волхова» (азиатский гибрид); «Самур» (ЛА-гибрид) и «Розовая дымка» (азиатский гибрид).

В работе М.А. Соколовой и Г.М. Пугачевой [2010] по микроклональному размножению трубчатых гибридов лилий, при использовании для стерилизации раствора гипохлорита натрия выход стерильной культуры составил 73%, что согласуется с нашими данными: средний процент выхода стерильной культуры по всем сортогруппам составил 79.70±4.56.

Процесс развития эксплантов лилий на твердой питательной среде MS начинается через 3–4 недели после посадки. В это время отмечается появление первых новообразовавшихся луковичек (деток)

Таблица 1

Выход жизнеспособных эксплантов лилий на твердой питательной среде Мурасиге и Скуга, %

Сортогруппа

Сорт

Варианты среды

I

II

III

IV

Восточные гибриды

«Мона Лиза»

45.0

77.5

55.0

32.5

«Диззи»

30.0

65.0

67.5

40.0

Трубчатые гибриды

«Пинк Перфекшн»

52.5

90.0

47.5

52.5

«Сноу Квин»

47.5

85.0

42.5

65.0

ЛА-гибриды

«Глоуб»

50.0

72.5

85.0

35.0

«Самур»

42.5

65.0

80.0

60.0

«Эмилия»

41.5

77.0

—

64.5

Азиатские гибриды

«Волхова»

49.0

74.0

—

59.0

«Розовая Дымка»

53.0

78.0

–

61.5

«Дабл Плеже»

46.0

72.5

–

48.5

Примечание. I – с витаминами и ИУК (1 мг/л), II – с витаминами и НУК (1мг/л), III – с витаминами и 6-БАП (1 мг/л), IV – без витаминов и фитогормонов; прочерк означает отсутствие данных.

В работе Н.В. Ивановой [1983], для сортогрупп трубчатые и азиатские гибриды на твердой питательной среде MS выявлен наиболее эффективный регулятор роста – НУК в концентрации 1 мг/л, что на экспланте. Формирование листьев происходит через 5–6 недель после посадки (рис. 1).

а               б             в

Рис. 1 . Формирование луковичек на экспланте сорта «Пинк Перфекшн»: а – чешуя луковицы на момент посадки, б – через 3 недели после посадки, в – через 5 недель после посадки

Данные по жизнеспособности эксплантов представлены в табл. 1, из данных которой можно сделать заключение, что для сортогрупп восточные, трубчатые и азиатские гибриды высокий процент выхода жизнеспособных эксплантов отмечается на твердой питательной среде MS с добавлением фитогормона НУК (1 мг/л). Для группы восточные гибриды процент выхода жизнеспособных эксплантов составил у сортов «Мона Лиза» – 77.5, «Диззи» – 65.0; для трубчатых гибридов: «Пинк Перфекшн» – 90.0, «Сноу квин» – 85.0; для азиатских гибридов: «Эмилия» – 77.0, «Волхова» – 74.0, «Розовая Дымка» – 78.0, «Дабл Плеже» – 72.5. Для ЛА-гибридов высокий процент выхода жизнеспособных эксплантов отмечается на питательной среде MS с добавлением фитогормона 6-БАП (1 мг/л): «Глоуб» – 85.0, «Самур» – 80.0.

соответствует полученным нами результатам.

Различия между сортогруппами по выходу жизнеспособных эксплантов на разных вариантах среды MS представлены в табл. 2. Статистически значимых различий между сортами в пределах сортогруппы не выявлено (p = 0.44, p < 0.05).

Таблица 2

Достоверность различий по выходу жизнеспособных эксплантов в зависимости от варианта среды Мурасиге и Скуга

Сортогруппа

Варианты среды                   1

I

II

III

IV

Восточные гибриды

Трубчатые гибриды

0.33

0.01*

0.06

0.00*

Восточные гибриды

ЛА-гибриды

0.34

0.07

0.00*

0.12

Восточные гибриды

Азиатские гибриды

0.32

0.11

–

0.21

Трубчатые гибриды

ЛА-гибриды

0.31

0.00*

0.00*

0.15

Трубчатые гибриды

Азиатские гибриды

0.35

0.00*

–

0.08

ЛА-гибриды

Азиатские гибриды

0.30

0.09

–

0.00*

Примечание. I – с витаминами и ИУК (1мг/л), II – с витаминами и НУК (1мг/л), III – с витаминами и 6-БАП (1 мг/л), IV – без витаминов и фитогормонов; прочерк означает отсутствие данных; * отмечены значения, достоверные при p < 0.05.

Таким образом, для трех сортогрупп наиболее высокий выход жизнеспособных эксплантов наблюдается на питательной среде MS с добавлением витаминов и фитогормона НУК в концентрации 1 мг/л, средний процент выхода эксплантов с признаками регенерации для восточных гибридов составил 71.50±8,83, для трубчатых гибридов – 87.50±3,53, для азиатских гибридов – 77.50±0,70. Для сортогруппы ЛА-гибриды высокий процент выхода эксплантов с признаками регенерации отмечается на варианте MS с добавлением витаминов и фитогормона 6-БАП (1 мг/л). Он составил в среднем 82.50±3,53.

При размножении лилий in vitro на одной чешуе луковицы можно получить несколько луковичек (деток), что значительно увеличивает коэффициент размножения (табл. 3).

Таблица 3

Коэффициент размножения десяти сортов лилий

Сортогруппа

Сорт

Число деток (шт./эксплант)

min

max

M±m

cv, %

Восточные гибриды

«Мона Лиза»

4

13

8.3±3.1

38

«Диззи»

6

11

8.1±1.8

22

Трубчатые гибриды

«Пинк Перфекшн»

3

12

7.2±2.7

38

«Сноу Квин»

5

10

7.5±1.8

24

ЛА-гибриды

«Глоуб»

2

9

5.5±2.6

40

«Самур»

5

14

8.7±3.2

37

Азиатские гибриды

«Эмилия»

5

12

8.4±2.5

30

«Волхова»

3

7

5.0±1.5

31

«Розовая дымка»

4

8

5.9±1.5

25

«Дабл плеже»

2

11

7.1±3.0

43

Из данных, приведенных в табл. 3, видно, что самый высокий коэффициент размножения у сортов «Самур» (ЛА-гибрид) – 14 шт./эксплант, «Мона Лиза» (восточный гибрид) – 13 шт./эксплант, «Пинк перфекшн» (трубчатый гибрид) и «Эмилия» (азиатский гибрид) – 12 шт./эксплант. Коэффициент вариации (cv) находится в пределах от 22 до 43 в зависимости от сорта, что свидетельствует о сильном разбросе признака. Для сортогрупп восточные, трубчатые и азиатские гибриды наиболее высокий коэффициент размножения наблюдается на питательной среде MS с добавлением витаминов и ауксина НУК (1 мг/л), для сортогруппы ЛА-гибриды – на среде MS с добавлением витаминов и цитокинина 6-БАП (1 мг/л).

В.В. Французенок [1997] в своей работе отмечает, что наличие фитогормона НУК в твердой питательной среде MS способствовало формирова- нию крупных, хорошо сформированных луковичек с корнями и листьями. При этом коэффициент размножения колебался от 3.9 шт./эксплант у сорта «Медуница» до 11.8 у сорта «Эмилия», что согласуется с нашими данными.

Статистически значимых различий между сортами по коэффициенту размножения не наблюдается (t ср = 1.973, n = 191). Таким образом, для всех изученных сортов любой сортогруппы коэффициент размножения может варьировать от 2 до 14 шт./эксплант.

Растения сортогруппы азиатские гибриды, полученные в культуре in vitro, имеющие ширину листа 0.1‒0.5 мм в мае 2017 г., и растения из сорто-групп трубчатые, восточные и ЛА-гибриды, имеющие ширину листа 0.3‒0.7 мм, в октябре 2018 г., были перенесены в условия закрытого грунта, где выращивались при температуре 20‒24оС. Всего было высажено 131 растение. Через 2 недели после посадки у растений увеличивалась ширина листа до 1‒1.3 см и появлялся третий лист. Выход адаптированных растений из сортогруппы азиатские гибриды составил 67.8%. Данные по выходу адаптированных растений из других сортогрупп представлены на рис. 2.

Рис. 2 . Процент выхода адаптированных растений исследованных сортов лилий

Из гистограммы видно, что выход адаптированных растений у всех изученных сортов составляет 60% и выше. Самый высокий процент отмечается у сорта «Дабл Плеже» – 69, низкий – у сорта «Сноу квин» (60). Статистически значимых различий между сортами не наблюдается (p = 0.26, p < 0.05).

Заключение

Для получения стерильной культуры лилий рекомендуется использовать первый режим стерилизации, при котором основными стерилизующими агентами являются 7%-ный раствор гипохлорита натрия с экспозицией 20 мин. и 70%-ный этиловый спирт с экспозицией 10 сек. Средний процент выхода стерильной культуры для сортогруппы восточные гибриды составил 66.00±7,07, для трубчатых гибридов – 81.00±5,65, для ЛА-гибридов – 87.00±6,36, для азиатских гибридов – 85.00±4,69.

При микроклональном размножении можно использовать твердую питательную среду Мураси-ге и Скуга с добавлением фитогормона НУК в концентрации 1 мг/л – для сортогрупп восточные, трубчатые и азиатские гибриды; с добавлением фитогормона 6-БАП в концентрации 1 мг/л – для ЛА-гибридов. Приживаемость растений, переведенных из условий in vitro в in vivo, составляет 60% и выше.

Список литературы Микроклональное размножение некоторых сортогрупп лилий

  • Баранова М.В. Лилии. Л.: Агропромиздат, 1990. 384 с.
  • Бутенко Р.Г. Биология клеток высших растений in vitro и биотехнологии на их основе. М.: Наука, 1999. 272 с.
  • Завадская Л.В. Лилии. М.: Дом МСП, 2008. 64 с.
  • Зайцев Г.Н. Методика биометрических расчетов. Математическая статистика в экспериментальной ботанике. М.: Наука, 1973. 256 с.
  • Иванов И. Энциклопедия декоративных садовых растений. М.: Наука, 2004. 1000 с.
  • Иванова Н.В. Влияние регуляторов роста на размножение лилий // Бюллетень Главного ботанического сада. 1983. Вып. 127. С. 62-64.
  • Киреева М.Ф. Лилии. М.: Россельхозиздат, 1984. 206 с.
  • Отрошко А.В. Лилии. Кн. 4. Контейнерная культура. М., 2016. С. 114.
  • Пинаев Г.П., Блинова М.И., Николаенко Н.С. Клеточная биотехнология: учеб.-метод. пособие. СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2011. 209 с.
  • Пугачева Г.М. Методы создания исходного материала для селекции лилий: дис. ... канд. с.-х. наук. Мичуринск, 2005. 149 с.
  • Соколова М.А., Пугачева Г.М. Эффективный способ размножения Трубчатых Гибридов лилий // Цветоводство. 2010. № 6. С. 18-19.
  • Французенок В.В. Совершенствование методов микроклонального размножения лилий: авто-реф. дис. ... канд. с.-х. наук. Горки, 1997. 22 с.
Еще