Индукция культуры <i>in vitro</i> редкого вида <i>Fritillaria meleagroides</i> Patrin ex Schult. et Schult. fil. (Liliaceae) с использованием незрелых семян

Статья в Elpub

Вестник Томского государственного университета. Биология. 2018; : 172-187

Индукция культуры in vitro редкого вида Fritillaria meleagroides Patrin ex Schult. et Schult. fil. (Liliaceae) с использованием незрелых семян

Аннотация

Выявлена эффективность использования незрелых семян Fritillaria meleagroides в качестве первичных эксплантов для введения в культуру in vitro. Установлено, что данный подход позволяет избежать этапа длительной холодной стратификации и значительно повысить всхожесть семян. Предкультивирование при 23±2°С в темноте в течение 60 сут на безгормональной среде MS способствовало прорастанию 74% семян, тогда как в условиях стратификации всхожесть не превышала 27%. Индукцию регенерации наблюдали из тканей незрелых зиготических зародышей, изолированных после этапа предкультивирования, при этом базальные части проростков не проявляли морфогенной активности. Для эмбриокультуры F. meleagroides характерны процессы прямой и непрямой регенерации, при этом наибольший стимулирующий эффект отмечали при использовании 2,4-дихлорфеноксиуксусной кислоты в концентрации от 0,1 до 1,0 мкМ. Высокие концентрации (2,5 и 5,0 мкМ) используемых регуляторов роста оказались неэффективными и приводили к некрозу тканей экспланта. Более интенсивно процессы регенерации протекали в условиях 16-часового фотопериода в сравнении с культивированием в темноте.

Список литературы

1. Plant conservation biotechnology. Benson E.E., ed. London; Philadelphia P. A. : Taylor &Francis, 1999. 309 p.

2. Paek K.Y., Murthy H.N. High frequency of bulblet regeneration from bulb scale sections of Fritillaria thunbergii // Plant Cell, Tissue and Organ Culture (PCTOC). 2002. Vol. 68. PP. 247-252.

3. Эрст А.А., Эрст А.С., Шауло Д.Н., Кульханова Д.С. Сохранение и размножение in vitro редких видов рода Fritillaria (Liliaceae) // Растительный мир Азиатской России. 2014. № 1 (13). С. 64-70.

4. Muraseva D.S., Novikova T.I. Efficient protocol for in vitro propagation from bulb scale explants of Fritillaria ruthenica Wikstr. (Liliaceae), a rare ornamental species // Rendiconti Lincei. Scienze Fisiche e Naturali. 2018. Vol. 29. PP. 491-497. doi: 10.1007/s12210-018-0693-8

5. Joshi S.K., Dhar U. In vitro propagation from axenic explants of Lilium oxypetalum (D. Don) Baker, an endemic bulbous plant of high altitude Himalaya // Acta Physiologiae Plantarum. 2009. Vol. 31. PR 833-838. doi: 10.1007/s11738-009-0299-y

6. Liu X.M., Yang G.C. Adventitious shoot regeneration of oriental lily (Lilium orientalis) and genetic stability evaluation based on ISSR marker variation // In Vitro Cellular & Developmental Biology - Plant. 2012. Vol. 48. PB 172-179. doi: 10.1007/s11627-012-9429-0

7. Benson E.E., Danaher J.E., Pimbley I.M., Anderson C.T., Wake J.E., Daley S., Adams L.K. In vitro micropropagation of Primula scotica: a rare Scotish plant // Biodiversity and Conservation. 2000. Vol. 9. PP. 711-726.

8. Bhojwani S.S., Dantu P.K. Plant tissue culture : An introductory text. New Delhi : Springer, 2013. 309 р. doi: 10.1007/978-81-322-1026-9

9. Железниченко Т.В., Новикова Т.И. Влияние аскорбиновой кислоты и глутатиона на индукцию соматического эмбриогенеза Picea pungens Engelmann // Turczaninowia. 2017. № 20 (3). С. 27-35. doi: 10.14258/turczaninowia.20.3.4

10. Поздова Л.М., Разумова М.В. Покой семян. Эмбриология цветковых растений. Терминология и концепции. Т. 2: Семя / под ред. Т.Б. Батыгиной. СПб. : Мир и семья, 1997. С. 656-667.

11. Николаева М.Г., Лянгузова И.В., Поздова Л.М. Биология семян. СПб. : НИИ химии СПбГУ, 1999. 232 с.

12. Carasso V., Hay F.R., Probert R.J., Mucciarelli M. Temperature control of seed germination in Fritillaria tubiformis subsp. moggridgei (Liliaceae) a rare endemic of the South-West Alps // Seed Science Research. 2011. Vol. 21. PK 33-38. doi: 10.1017/S0960258510000310

13. Ветчинкина Е.М., Ширнина И.В., Ширнин С.Ю., Молканова О.И. Сохранение редких видов растений в генетических коллекциях in vitro // Вестник Балтийского федерального университета им. И. Канта. Естественные и медицинские науки. 2012. Вып. 7. С. 109-118.

14. Красная книга Новосибирской области / Департамент природных ресурсов и охраны окружающей среды Новосибирской области. 2-е изд. Новосибирск : Арта, 2008. 528 с.

15. Murashige T., Skoog F. A revised medium for rapid growth and bioassays with tobacco tissue cultures // Physiologia Plantarum. 1962. Vol. 15. PP. 473-497.

16. Mirici S., Parmaks I., Ozcan S., Sancak C., Uranbey S., Sarhan E.O., Gumuscu A., Gurbuz B., Arslan N. Efficient in vitro bulblet regeneration from immature embryos of endangered Sternbergia fischeriana // Plant Cell, Tissue and Organ Culture (PCTOC). 2005. Vol. 80. PP. 239-246.

17. Ozcan S., Parmaksiz I., Mirici S., Cocu S., Uranbey S., Ipek A., Sancak C., Sarihan E.O., Gurbuz B., Sevimay C.S., Arslan N. Efficient in vitro bulblet regeneration from immature embryos of endemic and endangered geophyte species in Sternbergia, Muscari and Fritillaria genera / Z. Xu, J. Li, Y. Xue, W. Yang, eds. Biotechnology and Sustainable Agriculture 2006 and Beyond. Dordrecht, The Netherlands : Springer, 2007. PP. 381-383.

18. Carasso V., Mucciarelli M. In vitro bulblet production and plant regeneration from immature embryos of Fritillaria tubiformis Gren. &Godr. // Propagation of Ornamental Plants. 2014. Vol. 14 (3). PR 101-111.

19. Elhiti M., Stasolla C. The use of zygotic embryos as explants for in vitro propagation: an overview // Plant Embryo Culture. Methods in Molecular Biology (Methods and Protocols). T.A. Thorpe, E.C. Yeung, eds. Vol. 710. New Delhi, India : Humana Press, 2011. PP. 229255. doi: 10.1007/978-1-61737-988-8_17

20. Круглова Н.Н., Катасонова А.А. Незрелый зародыш пшеницы как морфогенетически компетентный эксплант // Физиология и биохимия культурных растений. 2009. Т. 41, № 2. С. 124-131

Tomsk State University Journal of Biology. 2018; : 172-187

In vitro culture initiation using immature seeds of a rare species Fritillaria meleagroides Patrin ex Schult. et Schult. fil. (Liliaceae)

Muraseva D. S., Novikova T. I.

Abstract

Fritillaria meleagroides Patrin ex Schult. et Schult. fil. is a perennial herbaceous ephemeral bulbous plant. The importance of the natural flora biodiversity conservation has determined the interest in development of culture protocols of this rare species. The aims of the present study were to identify optimal conditions for immature seeds cultivation as primary explants and to induce the morphogenesis from immature zygotic embryo tissue and seedlings of F. meleagroides. We collected immature fruits from plants of the natural population located in Novosibirsk Oblast, Toguchin Region, the Izyli River floodplain (55°10'21.8''N, 84°34'54.8''E). The fruits were sterilized by immersion into 15% aqueous solution of "Domestos" for 20 min. The scheme of the experiment is shown in Figure 1. We precultivated immature seeds for 40 or 60 days under continuous darkness on 0.6% water agar or hormone-free MS medium. Two temperature regimes - 4 °С and 23±2 °С were tested. Morphogenesis from immature zygotic embryo tissue and the basal part of seedlings was induced under a 16-h photoperiod or continuous darkness at 23±2 °С on MS medium supplemented with thidiazuron (TDZ) or 2.4-dichlorophenoxy acetic acid (2.4-D) at a concentration of 0.1-5.0 ^M. Hormone-free MS medium was applied as a control. The passage at this stage lasted for 60-75 days. We evaluated the frequency of callusogenesis (%), regeneration rate (%) and the number of protuberances or shoots per explant at the end of the passage at the morphogenesis induction stage. We observed seed germination with a rate of 21% after 40 days of precultivation at cold stratification, whereas at 23±2 °С germination was not recorded (See Table 1). After 60 days of precultivation, the germination rate at cold stratification achieved 27%, at the same time 74% of seeds were germinated on hormone-free MS medium at 23±2 °С (See Fig. 2). We found that using the basal parts of seedlings was not effective at the induction stage. Two types of callus formed from zygotic embryo tissue under a photoperiod: dense nonmorphogenic and friable granular morphogenic (See Fig. 3 and 4). The maximum number of globular protuberances developed on callus was obtained on the control medium; the minimum was on MS supplemented with TDZ 0.1 ^M (See Table 2). We also observed direct shoot regeneration in immature zygotic embryo culture. The largest rate (40%) of adventitious shoot formation was achieved on MS medium with 2.4-D 1.0 ^M, but the regeneration rate decreased significantly at higher concentrations (See Table 3). Cultivation on the media supplemented with TDZ resulted in the absence of direct gemmogenesis without necrosis processes. Under continuous darkness, the callus formed more actively, but morphogenic callus and the number of globular protuberances did not change significantly (See Table 2). Low concentrations of 2.4-D were more efficient for induction of the direct regeneration: the maximum of shoot regeneration rate (38%) with 4.0 of adventitious shoot on the average per explant was obtained at 0.1 цЫ. Thus, we established the effectiveness of using immature zygotic embryo isolated from seeds after precultivation to induce direct and indirect shoot regeneration. The need for a long cold stratification of seeds was eliminated. The paper contains 4 Figures, 3 Tables and 20 References.

References

1. Plant conservation biotechnology. Benson E.E., ed. London; Philadelphia P. A. : Taylor &Francis, 1999. 309 p.

2. Paek K.Y., Murthy H.N. High frequency of bulblet regeneration from bulb scale sections of Fritillaria thunbergii // Plant Cell, Tissue and Organ Culture (PCTOC). 2002. Vol. 68. PP. 247-252.

3. Erst A.A., Erst A.S., Shaulo D.N., Kul'khanova D.S. Sokhranenie i razmnozhenie in vitro redkikh vidov roda Fritillaria (Liliaceae) // Rastitel'nyi mir Aziatskoi Rossii. 2014. № 1 (13). S. 64-70.

8. Bhojwani S.S., Dantu P.K. Plant tissue culture : An introductory text. New Delhi : Springer, 2013. 309 r. doi: 10.1007/978-81-322-1026-9

9. Zheleznichenko T.V., Novikova T.I. Vliyanie askorbinovoi kisloty i glutationa na induktsiyu somaticheskogo embriogeneza Picea pungens Engelmann // Turczaninowia. 2017. № 20 (3). S. 27-35. doi: 10.14258/turczaninowia.20.3.4

10. Pozdova L.M., Razumova M.V. Pokoi semyan. Embriologiya tsvetkovykh rastenii. Terminologiya i kontseptsii. T. 2: Semya / pod red. T.B. Batyginoi. SPb. : Mir i sem'ya, 1997. S. 656-667.

11. Nikolaeva M.G., Lyanguzova I.V., Pozdova L.M. Biologiya semyan. SPb. : NII khimii SPbGU, 1999. 232 s.

13. Vetchinkina E.M., Shirnina I.V., Shirnin S.Yu., Molkanova O.I. Sokhranenie redkikh vidov rastenii v geneticheskikh kollektsiyakh in vitro // Vestnik Baltiiskogo federal'nogo universiteta im. I. Kanta. Estestvennye i meditsinskie nauki. 2012. Vyp. 7. S. 109-118.

14. Krasnaya kniga Novosibirskoi oblasti / Departament prirodnykh resursov i okhrany okruzhayushchei sredy Novosibirskoi oblasti. 2-e izd. Novosibirsk : Arta, 2008. 528 s.

15. Murashige T., Skoog F. A revised medium for rapid growth and bioassays with tobacco tissue cultures // Physiologia Plantarum. 1962. Vol. 15. PP. 473-497.

20. Kruglova N.N., Katasonova A.A. Nezrelyi zarodysh pshenitsy kak morfogeneticheski kompetentnyi eksplant // Fiziologiya i biokhimiya kul'turnykh rastenii. 2009. T. 41, № 2. S. 124-131

Индукция культуры in vitro редкого вида Fritillaria meleagroides Patrin ex Schult. et Schult. fil. (Liliaceae) с использованием незрелых семян

Аннотация

In vitro culture initiation using immature seeds of a rare species Fritillaria meleagroides Patrin ex Schult. et Schult. fil. (Liliaceae)

Abstract

События

EasyCookieInfo