WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи

АЛИХАНОВА Арипат Абдулкадировна ЕСТЕСТВЕННОЕ ВЕГЕТАТИВНОЕ ВОЗОБНОВЛЕНИЕ ЛЕЩИНЫ ОБЫКНОВЕННОЙ И ПОТЕНЦИИ К РЕГЕНЕРАЦИИ ЕЁ ИЗОЛИРОВАННЫХ СТРУКТУР 03.00.12 – Физиология и биохимия растений

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Махачкала - 2009

Работа выполнена на кафедре физиологии растений и теории эволюции Дагестанского государственного университета НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ:

доктор биологических наук, профессор Юсуфов Абдулмалик Гасамутдинович ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ:

доктор биологических наук, профессор Бахтенко Елена Юрьевна кандидат сельскохозяйственных наук Акимова Светлана Владимировна ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ:

Горный ботанический сад Дагестанского научного центра РАН

Защита диссертации состоится 23 июня 2009 г. в 14-00 часов на заседании диссертационного совета Д 220.043.08 при ФГОУ ВПО «Российский государственный аграрный университет – МСХА имени К.А. Тимирязева».

Адрес: 127550, г. Москва, ул. Тимирязевская, 49.

С диссертацией можно ознакомиться в Центральной научной библиотеке ФГОУ ВПО «Российский государственный аграрный университет – МСХА имени К.А. Тимирязева» Автореферат разослан 22 мая 2009 г.

Автореферат размещён на сайте www.timacad.ru

Ученый секретарь диссертационного совета Белопухов С.Л.

2

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. Выбор лещины обыкновенной (Corylus avellana L.) как модельного объекта связан с его сортовым разнообразием и произрастанием в культуре и в природе (Кравченко, 2001; Mehlenbacher, 1991, 2003, Yezhov, Smykov, Khokhlov et al, 2005). Лещина является кустарником (Erdogan, Mehlenbacher, 2000) размножается корневищами и иногда отводками (Пятницкий и др., 1963), порослью и зелёными черенками (Аристов, 2000; Березко, 2006; Руднева, 2006; Olsen, Valley, 2002).

Особенности реализации процессов регенерации, восстановление органов, тканей, клеток и их компонентов, как при естественном их обновлении, так и при повреждении или удалении их частей (Кренке, 1950) имеет значение для выживания организма и используется в биотехнологии растений. Обязательным условием дедифференцировки тканей экспланта и превращения их в каллусные клетки, помимо повреждения является присутствие в них ауксинов и цитокининов (Егорова, 2003).

В настоящее время проводится изучение процессов регенерации и морфогенеза у изолированных тканей, клеток и протопластов растений in vitro.

Лещина отличается крупным зародышем и мясистыми семядолями, покрытыми тонкой кожурой (Николаева, 1979). Имеются сведения о микроразмножении лещины путём использования апекса, побега, а также эксплантов семядолей с БАП (0,1 мг/л) для оздоровления посадочного материала от вирусной инфекции (Thomson, Legersted, Mehlenbacher, 1996). Образование эмриоидов отмечали как на средах содержащих ауксины (2,4Д, НУК) и цитокинины (кинетин, БАП), так и на средах, дополненных только цитокининами (Яцына, 1997).

Изучение процессов регенерации имеет общебиологическое значение.

Выяснение связи между особенностями естественного вегетативного размножения и реализацией процессов регенерации у черенков и различных изолированных структур in vitro имеет значение для познания происхождения процессов регенерации и механизмов их реализации в онтогенезе.

Цель и задачи работы. Цель работы заключалась в исследовании реализации процессов регенерации у различных структур лещины путём использования взаимодополняющих методов и подходов. В соответствии с этой целью были поставлены следующие задачи:

1) изучить особенности естественного вегетативного возобновления лещины в экосистемах с разными антропогенными воздействиями;

2) изучить способность к каллусо- и корнеобразованию у стеблевых черенков лещины;

3) изучить процессы регенерации у эксплантов различных структур и семядолей лещины при изменении условий культивирования in vitro;

4) сравнить влияние условий культивирования на морфогенез и накопление сырой и сухой биомассы эксплантами семядолей;

5) изучить влияние дифференциации каллуса на морфогенез.

Научная новизна работы. Впервые показана связь процессов регенерации различных изолированных структур с особенностями проявления естественного вегетативного размножения и возобновления лещины, как модельного объекта. Полученные результаты важны для познания онто- и филогенетических механизмов и факторов реализации процессов регенерации у структур.

Практическая значимость исследований. Полученные данные вносят определённый вклад в выяснение закономерностей проявления способности и активности к регенерации структурами индивидуума. Материалы диссертации могут быть использованы при чтении лекций по физиологии растений для студентов высших учебных заведений биологического и сельскохозяйственного профиля.

Апробация работы. Основные положения работы были представлены на ежегодных научных конференциях Дагестанского государственного университета (2004-2008); Дагестанского отделения Российского ботанического общества (2006); Международных научных конференциях «Проблемы биологии, экологии и образования: история и современность» (СПб, 2006); «Физиология рас тений – фундаментальная основа современной фитобиотехнологии» (Ростов-наДону, 2006); «Современная физиология растений: от молекул до экосистем» VI съезде ОФР России (Сыктывкар, 2007); «Биология клеток растений in vitro и биотехнология » (Звенигород, 2008); «Физико-химические основы структурно – функциональной организации растений» (Екатеринбург, 2008).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 15 печатных работ, включая 3 статьи в рецензируемом журнале.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, выводов, практических рекомендаций, списка литературы и приложения. Текст изложен на 130 страницах, включает 32 таблицы и 32 рисунка. Список литературы содержит 210 наименований из них 72 на иностранных языках.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ Для изучения состояния естественного вегетативного возобновления лещины были обследованы предгорья южного Дагестана (с. Гурик Табасаранского района на высоте 1000-1200м над у.м.). Сравнивали особенности реализации процессов регенерации у сортов (Римский, Футкурами) и форм (Перестройка, Кавказ, Президент, Д-28, Южнодагестанский местный) лещины. Культивировали одревесневшие и зелёные трёхузловые стеблевые черенки в парниках с искусственным туманом. Верхний слой субстрата составлял белый кварцевый песок (5 см), нижний смесь дерновой земли с перегноем (15-17 см). Черенки обрабатывали 10 % спиртовым раствором ИМК (10 мг на 1 мл 50 % этилового спирта) в течение 3 секунд (опыт), контроль – без обработки.

Экспланты (610 мм) различных структур (апексы, фрагменты междоузлий зелёных побегов, черешков и пластинок листа) после стерилизации в растворе сулемы (0,1 %) в течение 10 минут культивировали in vitro на среде Мурасиге-Скуга (МС). Сравнивали процессы регенерации эксплантов семядолей зрелых и развивающихся незрелых плодов. Из каждой семядоли вычленяли экспланты нижней с почечкой (А) и без неё (Б), верхней (В) и средней (Г) час тей. Варианты опыта: контроль среда МС (I), МС с ИМК (II), МС с БАП (III), МС с ИМК и БАП в соотношениях (1:1) (IV) и (1:2) (V). Концентрация ИМК и БАП в среде 1 мг/л. Варианты освещения: естественное комнатное освещение (1), 7 суток в темноте и в последующем на естественном освещении (2), 7 суток естественное освещение и в последующем в темноте (3), постоянно в темноте (4). Количество в опыте 30-50 образцов в трёх биологических повторностях.

Определяли сырую и сухую биомассу эксплантов по общепринятой методике (Третьяков, 1982). Проводили фиксацию, промывку, парафинирование и окраску препаратов (Барыкина и др., 2004). Изучали поперечное и продольное строение семядолей лещины на микротомных препаратах (18 мкм) под световым микроскопом (при увеличении 40; 100). Для просмотра и регистрации срезов использовали аппаратно-программный комплекс МЕКОС-Ц 1 со световым микроскопом MOTIC, компьютерным программным обеспечением.

Статистический анализ проводили по достоверным данным с использованием компьютерной программы Microsoft Excel 2002.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ Естественное вегетативное возобновление лещины в экосистемах при антропогенных воздействиях Лещина обыкновенная является крупным кустарником или деревом до 68 м высотой. На молодых побегах корневой поросли лещины закладываются корневые зачатки, особенно в фазе активного роста побегов (Erdogan, Mehlenbacher, 2000).

В трёх естественных природных местообитаниях лещины (варианты I, II, III) было охарактеризовано влияние антропогенного воздействия на размеры кустов, количество многолетних стволов и поросли с той его стороны, где возобновление наиболее выражено (0,5-0,7 м).

В каждом из вариантов выбирали средне- и хорошо развитые кусты, отличающиеся меньшим и большим числом многолетних побегов. Наибольшее антропогенное влияние (вырубка, выпас скота) было характерно для варианта I, а наименьшее для варианта III. Соответствующие выборки 20-25 кустов были разбиты по классам развития побегов для оценки естественного состояния зарослей лещины в изучаемых местообитаниях (табл. 1).

Таблица 1. Характеристика состояния насаждений лещины в зависимости от антропогенной нагрузки Классы Многолетние побеги Отпрыски Варианты побегов, шт количество, шт CV, % количество, шт CV, % 0 – 4 1,5 ± 0,4 65 18,0 ± 2,7 I 5 – 9 6,5 ± 0,4 17 4,8 ± 1,0 10 –16 11,8 ± 1,1 21 6,2 ± 0,9 0 – 3 2,1 ± 0,4 60 6,4 ± 1,6 II 4 – 7 6,0 ± 0,4 18 3,8 ± 1,2 8 –13 10,0 ± 0,7 18 6,6 ± 1,1 0 – 6 4,2 ± 0,4 32 3,5 ± 0,6 III 7 –14 10,7 ± 1,0 23 3,5 ± 1,0 15 –26 19,5 ± 2,4 25 3,5 ± 2,2 Примечание: варианты опыта I, II, III – природные местообитания лещины С повышением антропогенного влияния отмечено уменьшение числа многолетних побегов на кусте и увеличение числа отпрысков, что приводит к образованию куртин с большим числом поросли. Эти величины очень изменчивы, о чём можно судить по показателям коэффициента вариации (CV, %). С уменьшением числа многолетних побегов усиливается вегетативное возобновление лещины, о чём свидетельствуют данные варианта III по разным классам. Хозяйственная деятельность человека (изъятие молодого подроста, выпас скота) усиливает вегетативное возобновление лещины. При этом кусты представлены в виде куртин с меньшим числом многолетних побегов (вариант I). Антропогенное воздействие ухудшает общее состояние кустов. Вегетативное возобновление характерно для лещины и при увеличении площади питания кустов.

Особенности формирование каллуса и корней у черенков лещины Одревесневшие и зелёные черенки лещины изучаемых сортов и форм культивировали в парниках с искусственным туманом. У одревесневших и зелёных черенков на 15-е сутки было отмечено массовое каллусообразование в варианте с ИМК и в контроле, а на 17-е сутки началось формирование придаточных корней. Характер развития корней на черенках представлен на рис. 1.

Рис. 1. Характер ризогенеза у черенков: образовавшие только каллус (1), каллус и корни из него (2), корни только на побеге (3), корни на побеге без каллуса (4), корни одновременно на каллусе и побеге (5) 1 2 3 4 Ризогенез стеблевых черенков различался в зависимости от сортовых и возрастных особенностей. В условиях искусственного тумана черенки неодинаково укоренялись. Большую активность к укоренению проявляли зелёные черенки, которые хорошо развивали корни и без обработки ИМК. Сравнение укореняемости черенков сортов и форм в парниках с искусственным туманом показало совпадение сроков массового каллусообразования и развития пазушных почек. Каллус формировался у зелёных черенков в пределах 50-100 %. У черенков формы Кавказ было отмечено активное развитие каллуса на зелёных черенках по сравнению с другими черенками (табл. 2).

Таблица 2. Каллусообразование и укореняемость зелёных черенков лещины в парниках (95-е сутки) Каллусогенез, % Ризогенез, % Сорта и формы контроль опыт контроль опыт Римский 65 ± 0,9 78 ± 0,7 3 ± 1,6 18 ± 1,Футкурами 93 ± 0,7 80 ± 1,1 13 ± 2,4 30 ± 2,Перестройка 88 ± 0,5 88 ± 0,5 23 ± 1,4 22 ± 1,Кавказ 100 ± 0 100 ± 0 33 ± 1,6 30 ± 1,Президент 80 ± 1,4 80 ± 1,4 20 ± 2,8 20 ± 2,Д-28 50 ± 2,2 80 ± 1,4 10 ± 3,0 30 ± 2,Южнодагестанский 98 ± 0,2 84 ± 0,6 3 ± 1,5 36 ± 1, Примечание: опыт – обработка спиртовым раствором ИМК, контроль – без обработки После массового каллусообразования и начала корнеобразования у черенков развивались побеги с листьями. Побеги развивались из почек на черенках с каллусом. Укоренённые черенки к концу вегетации имели хорошо развитую корневую систему с корнями первого порядка 39±13 шт и длиной 16,6±2,см. Хорошая приживаемость после обработки ИМК до 40 % отмечена у зелёных черенков формы Южнодагестанский и 30 % у сорта Футкурами, форм Кавказ и Д-28.

Процессы регенерации у различных эксплантов лещины Возникновение каллуса связано с неорганизованным делением (пролиферацией) клеток (Егорова, 2003). Экспланты различались между собой по активности к каллусо - и ризогенеза in vitro. Рост отмечен у эксплантов фрагментов пластинок листа, каллусогенез у эксплантов междоузлий и апексов побегов.

Формирование каллуса ингибировало развитие и рост почек. Экспланты незрелых плодов в отличие от зрелых отличались активностью к каллусо- и ризогенезу.

Специфика организации семядолей лещины Ядро плода лещины состоит из двух семядолей. Семядоли в фазе активного роста и формирования плодов (июнь), отличались мелкими паренхимными клетками, которые очень плотно прилегали друг к другу. В этой фазе увеличивались размеры клеток к средней части семядолей, проводящие тяжи не просматривались (рис. 2). Разные части семядолей имели различия в размерах клеток, были видны контуры зачатка уже сформировавшейся почечки состоящей из меристематических клеток (рис. 2, А). Экспланты нижней части семядолей без почечки также состоят из плотно прилегающих клеток паренхимной ткани (рис. 2, Б). У эксплантов верхней части семядолей паренхимная ткань ближе к краю состоит из мелких, а к середине – из крупных клеток и сосудистых пучков (рис. 2, В). Экспланты средней части семядолей состоят из паренхимной ткани с крупными клетками и проводящими пучками (рис. 2, Г).

Pages:     || 2 | 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»