Биологические особенности культивирования in vitro семян и зародышей редких видов растений

• Автор: Ветчинкина, Екатерина Михайловна
• Шифр специальности: 03.02.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 170 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1. Стратегия сохранения биологического разнообразия

растений - теоретические вопросы и практические решения

2. Культура in vitro - основные этапы, модели и факторы,

влияющие на микроклональное размножение растений

3. Покой семени

3.1 Классификация типов покоя семян

3.2 Методы преодоления покоя семян

4. Эмбриокультура in vitro

4.1 Теоретические основы
4.2 Области практического применения
5. Молекулярно-генетические методы в исследованиях
по сохранению биоразнообразия растений
Глава 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Глава 3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
1. Культура in vitro семян и зародышей представителей
рода Iris и Belamcanda
1.1 Влияние гибберелловой кислоты на преодоление покоя семян и развитие зародышей в культуре in vitro
1.2. Влияние стратификации на преодоление покоя семян и
развитие зародышей в культуре in itro
1.3. Эмбриокультура незрелых зародышей
представителей рода Iris и Belamcanda
2. Культура in vitro семян и зародышей
представителей рода Paeonia
3. Культура in vitro семян и зародышей
представителей рода Fritillaria
4. Создание банка стерильных культур in vitro
5. Использование ISSR-анализа для идентификации и
паспортизации растений в коллекциях генетических банков in vitro
ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. В настоящее время одной из наиболее острых экологических проблем является стремительное сокращение ареалов распространения и полное исчезновение многих видов растений. В связи с этим все большую актуальность приобретает необходимость разработки методов сохранения и поддержания биологического разнообразия как in situ, так и ex situ (Андреев, Горбунов, 1999). Эффективность сохранения растений ex situ может быть существенно повышена путем создания генетических банков in vitro. Использование системы in vitro по сравнению с традиционными методами поддержания коллекций растений имеет целый ряд преимуществ:
1) возможность успешной репродукции видов, естественное возобновление которых в природе ослаблено или затруднено;
2) обеспечение достаточной репрезентативности и поддержание генетического разнообразия охраняемого генофонда in vitro;
3) возможность использования минимального количества эксплантов для получения стерильных культур без нарушения природных популяций;
4) низкий травматизм и потери ценного исходного материала на этапе введении в культуру;
5) преодоление покоя семян (Молканова и др., 2008; Новикова и др., 2008).
При создании генетических банков редких и исчезающих растений в качестве исходного предпочтителен семенной материал, поскольку, при использовании небольшого количества ценного материала и без нарушения естественных популяций сохранность генетического разнообразия вида обеспечивается на максимальном уровне. В экспериментальной работе с семенами многих редких видов возникает такая проблема, как покой семян и его преодоление. Культура in vitro позволяет значительно сократить срок выведения семян из покоя (Батыгина, Васильева, 2002; Ишмуратова, Ткаченко, 2009). Важнейшей задачей генетического банка, особенно актуальной для редких и исчезающих видов, является поддержание генетической чистоты сохраняемых in vitro таксонов, а также их всестороннее изучение. Использование современных молекулярно-генетических методов исследования генетической вариабельности не только позволяет контролировать стабильность хранящихся in vitro растений (Артюкова и /др., 2004), но также дает возможность для быстрой и точной идентификации видовой подлинности вновь поступающих образцов и молекулярного маркирования растений на популяционном уровне, в том числе и редких видов сохраняемых в коллекциях in vitro (Журавлев и др., 1999, Боронникова, 2009).
Цель и задачи исследований - выявление специфики культивирования семян и зародышей представителей родов Iris L„ Belamcanda Adans., Paeonia L. и Fritillaria L. в культуре in vitro и оптимизация методов сохранения исследуемых таксонов.
Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:
1. исследовать особенности покоя семян представителей Iris, Belamcanda, Paeonia и Fritillaria и способов его преодоление в условиях in vitro;
2. оценить возможность использования эмбриокультуры как метода преодоления покоя вышеназванных таксонов;
3. изучить влияние условий стратификации, степени развития зародыша и состава питательной среды на начальные этапы онтогенеза растений in vitro',
4. разработать методику культивирования in vitro зародышей исследуемых таксонов;
5. изучить возможности применения ISSR-анализа для идентификации и паспортизации коллекций in vitro.
Научная новизна исследований. Выявлены общие закономерности и специфические особенности культивирования in vitro зародышей Iris, Belamcanda, Paeonia и Fritillaria,определены оптимальные сроки их изоляции
Впервые для некоторых представителей рода Iris, Belamcanda, Paeonia и Fritillaria экспериментально установлены границы наступления стадии
относительной автономности зародыша. Отработаны методы культивирования семян и зародышей исследуемых таксонов, показано преимущество эмбриокультуры по сравнению с традиционными способами преодоления покоя семян.
Впервые показана возможность использования ISSR-анализа для идентификации видовой подлинности и паспортизации коллекций in vitro.
Практическая ценность работы. Подобраны оптимальные условия для культивирования in vitro семян и зародышей исследуемых таксонов.
Создан генетический банк in vitro представителей Iris, Belamcanda, Paeonia и Fritillaria, включающий в том числе 37 образцов редких и исчезающих видов.
Предложен подход ISSR-анализа для уточнения видовой подлинности образцов семян некоторых редких видов рода Iris и детектирования на популяционном уровне Belamcanda chinensis в коллекциях in vitro.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на III Международной научной конференции «Биологическое разнообразие. Интродукция растений» (Санкт-Петербург, 2003); VIII Молодежной конференции ботаников в Санкт-Петербурге (Санкт-Петербург, 2004); Молодежном научном семинаре «Биоразнообразие природных и антропогенных экосистем» (Екатеринбург, 2004); Международной научной конференции молодых

вынести проросток на поверхность (Разумова, Поздова, 1999; Kozeko, Troyan, 2000; Siti et al., 2000, 2000(1); Tetsuya Kondo et al., 2002; Kondo et al., 2004, 2006; Котеева, Кравкина, 2005,2007; Мартын и др., 2005; Vandelook et al., 2008).
Последним типом органического покоя семян является комбинированный покой. Комбинированный покой представляет собой разнообразные сочетания типов эндогенного и экзогенного покоя. Наблюдения показывают, что в «чистом» виде типы эндогенного и экзогенного покоя встречаются реже, чем их разнообразные комбинации (Николаева и др., 1985).
Исследованиям особенности покоя, его зависимости от свойств семян и систематического положения растений и условий их произрастания разными авторами уделялось большое внимание. Первую серьезную попытку в этом направлении сделал И.В. Грушевицкий (1961). Анализ, проведенный им в соответствии с системой АЛ. Тахтаджяна, показал, что семена с недоразвитым зародышем характерны прежде всего для примитивных групп растений, хотя наблюдаются и у ряда продвинутых таксонов (Поздова, Разумова, 1997; Николаева, 1999(1); 2001).
К настоящему моменту в этой области накоплен значительный экспериментальный материал (Forbis et al., 2002; Moles et al., 2005 . Проведенные исследования позволили выявить следующую закономерность - эволюция свойств семян, как у покрытосеменных, так и голосеменных происходит во многом параллельно. В частности, явление недоразвития зародыша характерно для примитивных таксонов обоих классов (Magnoliidae, Rununculidae, Arecidae) и сем. Ginkgoaceae, но наблюдается также и у отдельных групп растений в некоторых филах продвинутых таксонов. Покой, связанный с ФМТ присущ как покрытосеменным, так и голосеменным, независимо от их положения в системе. Однако для эволюционно более продвинутых семейств (Asteraceae, Роасеаё), а также Pinaceae и некоторых других, физиологический покой семян большей частью или отсутствует, или он неглубокий.
Также показано, что эволюция типов физиологического покоя происходила в зависимости от характера климата и его изменениях в биогеографических регионах. В регионах с умеренным климатом в результате похолодания формировалась флора, большинству растений которой свойственны разные по глубине типы физиологического покоя семян. Между тем в более жарких областях возникали виды с семенами, находящимися в неглубоком физиологическом покое.
Кроме того, установлено, что изменение свойств семян в зависимости от условий существования происходит и на популяционном уровне (Батыгина,1999; Ellison, 2001; Tamara van Molken et al., 2005). Так, у семян вида Fraxinus elxcelsuor