Андрогенез озимой пшеницы и тритикале в культуре пыльников

УДК 633.11 “324”

Андрогенез озимой пшеницы и тритикале в культуре пыльников

С.И. Павлючук, аспирантка, Л.Г. Браткова, к.б.н.

ГНУ СНИИСХ РАСХН

sniish@mail.ru

Для эффективности и ускорения селекционного процесса любая селекционная программа требует наличия разнообразного исходного материала и его правильного использования. Результативность селекции в значительной мере определяется наличием исходного материала и вовлечением доноров по основным лимитирующим признакам и свойствам.

В этой связи представляет несомненный интерес использование современных методов селекции и оригинальных биотехнологических подходов, способных существенно ускорить и получить новый исходный материал с нужными хозяйственно ценными признаками.

Большую перспективу для генетико-селекционных работ по улучшению свойств растений пшеницы и тритикале имеет метод гаплоидии. Явление гаплоидии широко известно и привлекает внимание многих исследователей для решения прикладных задач селекции. Гаплоидные технологии позволяют значительно сократить сроки селекции новых сортов, а также способствуют быстрому проявлению рецессивных признаков.

Преимущества данной технологии состоят в получении за сравнительно короткое время гомозиготных константных гаплоидных гибридов, сохраняющих в генотипе признаки родительских форм, и значительно облегчает отбор ценных генотипов, возникающих в результате рекомбинации генетических данных родительских форм. Лабораторные условия позволяют регулировать процесс

культивирования пыльников адекватными изменениями содержания экзогенных гормонов в питательных средах.

При культивировании пыльников возникает ряд трудностей, общих для большинства злаков, - низкий выход эмбриоидов. Многочисленными исследованиями установлено, что указанный процесс зависит от различных факторов, главными из которых являются генотип и условия выращивания донорных растений, стадия развития пыльцы, состав питательных сред и др.

Поиск генотипов с высоким потенциалом эмбриогенеза является актуальной задачей, от решения которой зависит результативность работ.

Условия, материалы и методы. Исследование процессов образования эмбриоидов в культуре пыльников изучали на 5 сортах озимой мягкой пшеницы (Фируза 40, Феония, Багира, Березит, Ксения, Уля, БГБС) и 3 сортах тритикале (Квазар, Ставропольский 5, Мамучар), представляющих интерес для разработки селекционных программ.

Работу проводили на экспериментальной базе отдела биотехнологии ГНУ СНИИСХ Россельхозакадемии. В исследованиях использовали методы культуры пыльников in vitro.

Стадию микроспорогенеза определяли, окрашивая пыльники ацетокармином и просматривая давленые препараты под микроскопом. В опытах использовали пыльники с микроспорами, находящимися в ранней и средней одноядерной стадиях развития. Инокуляцию пыльников проводили из средней части колоса на твердые питательные среды. Все манипуляции, связанные с вычленением пыльников, осуществляли в условиях строгой асептики в ламинарном боксе. В исследованиях

использовали наиболее распространенные для культуры пыльников злаки. На каждую среду высаживали по 450 пыльников каждого сорта, изучали 8 вариантов питательных сред (табл. 1). Инкубирование пыльников осуществляли в темноте при 27°С и относительной влажности 70-80%.

Таблица 1 - Схема опыта культивирования пыльников озимой пшеницы и

ритикале

Вариант среды Состав питательных сред

1- MS -1 Минер. основа по MS + сахароза 30 г/л +2,4 Д 2,0 мг/л БАП 0,8 мг/л

2- MS -2 Минер. основа по MS + сахароза 120 г/л + 2,4Д 1,б мг/л

3- MS -3 Минер. основа по MS + сахароза 60 г/л + ИУК 1,0 мг/л БАП 1,0 мг/л

4- N6 N6 - оригинальная

5- ГД Г рессхофф и Доу - оригинальная

6- Potato Potato - оригинальная

7- Potato1 Мин. основа Potato + сахароза 100 г/л + 2,4Д 1,б мг/л кинетин 0,б мг/л

8 - Blaydes Blaydes - оригинальная

Всего было инокулировано 18000 пыльников озимой пшеницы и 9450 пыльников тритикале. Учет образования эмбриоидов проводили с помощью бинокулярной лупы на 30-й и 45-й дни культивирования пыльников. Для каждого варианта учитывали количество пыльников с эмбриоидами.

Результаты исследований. В наших опытах формирование эмбриогенных структур озимой пшеницы зависело от генотипических особенностей сорта, питательной среды и взаимодействия этих факторов. Самый высокий уровень индукции андрогенетических структур в пересчете на пыльник проявился на среде МБ-1 у сорта Фируза 40 и составил 1,33% (рис.1).

1,40

1,20

о 1,00 ч

о 0,80 s

>| 0,60 m

SS 0,40 0,20 0,00

МС-1 МС-2 МС-3 N-6 ГД Potate 1 Bl Potate

Фируза 40  Феония  Багира  Березин Ксения

Рисунок 1 - Влияние генотипических особенностей сортов озимой пшеницы на индуцирование эмбриоидов, 2011 г.

Сорта Багира и Феония также обладали хорошей способностью к эмбриогенезу. Сорт Ксения индуцировал андрогенетические структуры на 6 вариантах изучаемых питательных сред, тогда как Багира - всего на 3. Средняя частота индукции эмбриоидов у озимой пшеницы составила от 0,05 до 0,58 %. Наши исследования не выявили закономерности влияния на образования эмбриоидов содержания в питательной среде сахарозы (r = 0,3). Уровень индукции новообразований зависел от гормонального фактора. Так, добавление в питательные среды 2,4 Д в концентрации от

0,5 до 2,0 мг/л привело к увеличению эмбриогенных структур у всех

генотипов - коэффициент корреляции между содержанием в питательной среде 2,4 Д и количеством новообразований составил: r = 0,8. Другие гормоны - ИУК, БАП, Кинетин - значимого влияния на индукцию новых структур не оказали.

В целом по опыту, наиболее активными в отношении индуцирования эмбриоидов у озимой пшеницы были среды МС-1, МС-2 и Potato. Наименьшая частота новообразований отмечалась на среде Blaydes.

Актуальность проведения исследований по тритикале обусловлена значительным обеднением генофонда пшеницы и осознанием необходимости привлечения генетических ресурсов амфидиплоидов.

Анализ результатов у тритикале также показал детерминирующее влияние генотипа на частоту индукции эмбриоидов в культуре пыльников. Таблица 2 - Влияние генотипических особенностей сортов тритикале на

индуцирование эмбриоидов, 2011 г.

Сорт Питат ельная среда, % эмбриоидов

MS -1 MS - 2 MS - 3 N - б ГД Potato Blaydes

Квазар 0,28 0,83 0,00 0,00 0,28 0,00 0,00

Ставропольек ий 5 0,28 0,00 0,00 0,00 0,00 0,56 0,37

Мамучар 0,28 0,00 0,56 0,00 1,11 0,28 0,00

Среднее: 0,28 0,28 0,19 0,00 0,46 0,28 0,12

Наиболее высокий уровень эмбриогенеза на пыльниках тритикале в наших исследованиях был отмечен на безгормональной среде Гоессхоффа и Доу (ГД) у сорта Мамучар - 1,11% (табл.2). Скорее всего, ответ культивируемых пыльников на отсутствие экзогенных гормонов обеспечивался высоким уровнем эндогенных гормонов в пыльнике генотипа. Образование эмбриоидов у этого сорта наблюдалось на 4 из 6 изучаемых вариантах питательных сред. Активность индуцирования эмбриоидов у сортов Ставропольский 5 и Квазар была ниже. Лучшие показатели по этому признаку у сорта Ставропольский 5 были на среде Potato - 0,56%, у сорта Квазар - на среде MS-2 - 0,83%.

Выводы. В результате исследований выявлена специфичность сортов озимой пшеницы и тритикале в отношении индукции новообразований в зависимости от условий питательной среды и генотипа. Самый высокий уровень андрогенетических структур у озимой пшеницы проявился на среде MC-1 у сорта Фируза 40, у тритикале - у сорта Мамучар на среде ГД. Наиболее оптимальными питательными средами для культивирования пыльников озимой пшеницы являются среды МС-1, МС-2 и Potato, для тритикале - среды ГД, МС-1и Potato.

Таким образом, на основании вышесказанного можно сделать вывод о том, что индукция эмбриоидов в культуре пыльников изучаемых сортов детерминируется генотипом. Для получения максимально положительных результатов следует использовать ту питательную среду, которая в наибольшей степени соответствует требованиям конкретного сорта.