Zhurzha Y., Koldar L. “Morphogenetic potential of explants Rhamnus L. genus representatives in vitro”, Hortus bot. 12, (2017): DOI: 10.15393/j4.art.2017.4365


Conservation, Mobilization and Study of Plant Genetic Resources

pdf-version 

Morphogenetic potential of explants Rhamnus L. genus representatives in vitro

Zhurzha
Yulya
Dendrological park Sofiivka of National Academy of Sciences of Ukraine,
Kievskaya 12 st., Uman, 20300, Ukraine
vadik79-79@mail.ru
Koldar
Larysa Antonovna
Dendrological park Sofiivka of National Academy of Sciences of Ukraine,
Kievskaya 12 st., Uman, 20300, Ukraine
koldar55@ukr.net
Key words:
in vitro, Rhamnus, Rhamnaceae, morphogenesis, phytohormones, reproduction
Summary: The aim of the research was to choose phytohormonal content of nutritive environment under the conditions of in vitro culture to achieve the morphogenesis by explants Rhamnus alnifolia, R. diamantica, R. cathartica, R. imeretina and R. tinctoria.
The material for the research were micro sprigs taken from three or five year old plants R. alnifolia, R. diamantica, R. cathartica, R. imeretina and R. tinctoria during the period of their active growth (10.05–20.06). Experimental research has been carried out in the laboratory of the microclonal propagation of plants of the National dendrological park “Sofyivka” of the National Academy of Sciences of Ukraine.
The method of plants induction morphogenesis under the influence of growth regulation was used in species cultivation.
Paravariation of nutrient solution Murasige and Skuga (MS) for morphogenesis induction has been carried out under the use of five tonicities of 6–benzylaminopurine (6-BAP) with addition of vitamins and amino acids.
Under the influence of different tonicities of plant hormons the processes of morphogenesis took place in the most active way for R. alnifolia, R. diamantica, R. cathartica, R. imeretina and R. tinctoria in the environment IV under the tonicity of the nutrient solution of 6-BAP ― 2,0 mg/l, β-isobutyric acid — 1,0 mg/l, where the rate of reproduction during the second transfer comprised for R. diamantica — 5,3, and for R. tinctoria — 4,4, R. alnifolia — 3,5, R. cathartica — 2,0, R. imeretina —2,4.
Is received: 13 march 2017 year
Is passed for the press: 16 september 2017 year


Виды рода Rhamnus являются ценными лекарственными, витаминными, техническими, медоносными и декоративными растениями, потенциальные возможности которых почти не использованы.

Значительный интерес, в этом плане, представляют такие виды как R. alnifolia, R. diamantica, R. cathartica, R. imeretina и R. tinctoria, которые, благодаря своим декоративным свойствам, могут широко использоваться в зеленом строительстве, в частности, они пригодны для создания живых изгородей, топиарных сооружений, солитерных посадок и украшения газонов (Деревья и кустарники СССР, 1962).

Перспективность расширения культуры этих растений в значительной степени зависит от разработки эффективных методов размножения.

Основными методами размножения видов рода Rhamnus является семенной и вегетативный, которые не всегда могут обеспечить необходимое количество растительного материала для нужд зеленого строительства.

Поэтому актуальным является использование альтернативного метода ― размножение в культуре in vitro, что позволяет решать важные проблемы растениеводства, а именно: в десятки и сотни раз увеличить коэффициент размножения растений, получить здоровый, безвирусный посадочный материал, а также с его помощью сохранить генофонд редких и исчезающих видов природной флоры (Кушнір, 2005).

Этот метод базируется на процессах адвентивной регенерации, во время которой адвентивные (придаточные) почки образуются не из первичных апикальных, а из вторичных боковых и раневых меристем в результате дедифференциации клеток, что позволяет повысить морфогенный потенциал растений, увеличить коэффициент размножения (Калинин, 1980). Стоит отметить, что морфогенный потенциал растительных клеток проявляется в культуре in vitro в более широком диапазоне по сравнению с природными условиями, благодаря эволюционно обусловленной способности сосудистых растений к регенерации (Журавлев, 2008).

Цель работы заключалась в подборе фитогормонального состав питательных сред в условиях культуры in vitro для достижения морфогенеза эксплантами R. alnifolia, R. diamantica, R. cathartica, R. imeretina и R. tinctoria.

Материалом для исследований послужили микрочеренки, заготовленные из побегов с апикальными и пазушными почками, взятые из 3–5 летних растений в период их активного роста (вторая декада мая – третья декада июня). Экспериментальные исследования проводили в лаборатории микроклонального размножения растений Национального дендрологического парка «Софиевка» НАН Украины.

При культивировании эксплантов R. alnifolia, R. diamantica, R. cathartica, R. imeretina и R. tinctoria in vitro использовали метод индукции морфогенеза растений под действием регуляторов роста. Модификацию питательных сред Мурасиге и Скуга (МС) для индукции морфогенеза проводили с использованием пяти концентраций 6-бензиламинопурина (6-БАП), фитогормонов α-нафтилуксусная и α-нафтилуксусная (α-НУК) кислот, с добавлением витаминов и аминокислот (Murashige, 1962) (табл. 1).

С целью получения стерильного жизнеспособного растительного материала стерилизацию проводили в два этапа. Предварительная обработка осуществлялась дезинфицирующими растворами: "Биомой" (НПО ФАРМАКОС Украина) и "Септодор–Форте" (ВИК-А Украина), основная ― 0,1 % водным раствором дихлорида ртути (HgCl2). Для более эффективного действия к реагенту добавляли эмульгатор "Твин 80". Повторность опыта ― трехкратная. Посуду, материалы, инструменты и питательные среды готовили согласно методик Ф. Л. Калинина и В. А. Кунаха (1980, 2005). Пасаж эксплантов проводили через 26–30 суток.

Таблица 1. Содержание фитогормонов в модифицированных питательных средах

Table 1. Phytohormones in modified nutrient media 

Варианты питательных сред Фитогормоны, мг/л
БАП НУК ИМК
I 0,5 0,5
II 1,0 1,0
III 1,5 0,5
IV 2,0 1,0
V 2,5 0,1 0,1

Полученный стерильный жизнеспособный материал высаживали на питательные среды Мурасиге и Скуга с различным содержанием регуляторов роста.

 

Fig. 1. Introduction R. diamantica in vitro.

Fig. 2. The coefficient of reproduction depending on the phytohormonal composition of nutrient media.

В течение 25–30 суток с момента переноса эксплантов на питательные среды, наблюдали разрастание с разной интенсивностью базальной части эксплантов и формирование зачатков адвентивных почек. Это послужило началом прямого морфогенеза, при котором путем активации меристемних тканей и дедифференциации клеток начинали формирование адвентивные почки, из которых в течение 15–23 суток начинался рост побегов. Через 20–25 суток от начала роста, в зависимости от содержания фитогормонов в питательных средах и их концентраций, побеги достигли 0,5–1,8 см. По результатам исследования выявлено существенное различие между вариантами как по росту эксплантов, так и по коэффициенту размножения, что является основным показателем морфогенного потенциала эксплантов (рис. 2). По результатам использования многочисленных модификаций сред были отобраны наиболее эффективные.

Под влиянием различных концентраций фитогормонов наиболее активно процессы морфогенеза происходили на среде IV при концентрации в питательной среде 6-БАП ― 2,0 мг / л, β-ИМК ― 1,0 мг / л, где коэффициент размножения при втором пассаже составил в R. diamantica ― 5,3, у R. tinctoria ― 4,4, R. alnifolia ―3,5. У R. cathartica и R. imeretina коэффициент размножения был значительно ниже и соответственно составил 2,0 и 2,4.

 

Fig. 3. Morphogenesis R. diamantica in vitro.

Питательные среды с меньшим содержанием 6-БАП (0,5–1,5 мг / л) обеспечивали хороший рост побегов, однако коэффициент размножения был значительно меньше и составлял, соответственно, у R. diamantica ― 1,3; 1,8 и 1,5, а у R. tinctoria ―1,1; 1,3 и 1,6. У видов R. alnifolia, R. cathartica и R. imeretina коэффициент размножения составил 1. Повышенное содержание 6-БАП (2,5 мг / л) с добавлением 0,1 мг / л α–НУК и 0,1 мг / л β–ИМК значительно уменьшал коэффициент размножения, который составил в R. diamantica ― 1,2, у R. tinctoria ― 1,1, а у R. alnifolia, R. cathartica и R. imeretina был ниже уровня 1.

В результате проведенных исследований установлено, что морфогенез эксплантов R. alnifolia, R. diamantica, R. cathartica, R. imeretina и R. tinctoria зависит от количественного содержания фитогормонов в питательных средах. Наиболее эффективной была питательная среда с содержанием 6-БАП ― 2,0 мг / л и β-ИМК ― 1,0 мг / л, что способствовало активному прохождению процессов морфогенеза. Наиболее высоким коэффициент размножения при втором пассаже был у эксплантов R. diamantica ― 5,3, R. tinctoria ― 4,4, R. alnifolia — 3,5. У  R. cathartica и R. imeretina этот показатель был намного меньше и составлял соответственно 2,0 и 2,4. Уменьшение и увеличение концентраций приводило к понижению показателей коэффициента размножения по всем видам. 

References

Sokolov S. Ya., Artyushenko Z. T., Gusev Yu. D., Zajtsev G. N. i dr. Derevya i kustarniki SSSR. Trees and shrubs of the USSR M.: Izd-vo AN SSSR, 1962. T. 4. 974 s.

Zhuravlev Yu. N., Omelko A. M. Fiziologiya rastenij. Morfogenez u rastenij in vitro. Plant physiology. Morphogenesis in plants in vitro 2008. T. 55. № 5. S. 643—664.

Kalinin F. L., Sarnatskaya V. V., Politshuk V. E. Metody kultury tkanej v fiziologii i biokhimii rastenij. Methods of tissue culture in physiology and biochemistry of plant K.: Naukova dumka, 1980. 488 s.

Kunakh V. A. Bіotekhnologіya lіkarskikh roslin. Genetitchnі ta fіzіologo-bіokhіmіtchnі osnovi. Biotechnology of medicinal plants. Genetic and physiological-biochemical basis K.: Logos, 2005. 730 s.

Kushnіr G. P., Sarnatska V. V. Mіkroklonalne rozmnozhennya roslin, teorіya і praktika. Microclonal reproduction of plants, theory and practice K.: Naukova dumka, 2005. 242 s.

Murashige T. A revised medium for rapid growth and bioassay with tobacco tissue culture / T. Murashige, F. K. Skoog // Physiol. Plant. 1962. Vol. 15. R. 473—497.




Displays: 1858; Downloads: 377;