MORPHOGENETIC RESPONSES OF WHEAT IMMATURE EMBRYO CULTURE DEPENDING ON GROWING CONDITIONS OF DONOR PLANTS

L. P. Khlebova; E. D. Nikitina

doi:10.14258/abs.v2i2.1348

Том 2 № 2 (2016), Статьи

Том 2 № 2 (2016)

МОРФОГЕНЕТИЧЕСКАЯ РЕАКЦИЯ КУЛЬТУРЫ НЕЗРЕЛЫХ ЗАРОДЫШЕЙ ПШЕНИЦЫ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ УСЛОВИЙ ВЫРАЩИВАНИЯ ДОНОРНЫХ РАСТЕНИЙ

Статьи

https://doi.org/10.14258/abs.v2i2.1348

Опубликованный Июнь 14, 2016

L. P. Khlebova⁺⁻
E. D. Nikitina⁺⁻

L. P. Khlebova

Алтайский государственный университет

E. D. Nikitina

Алтайский НИИ сельского хозяйства

PDF (English)

Ключевые слова

яровая пшеница
незрелый зародыш
растение-донор
генотип
условия выращивания
каллус
морфогенез
регенерация растений
изменчивость.

Как цитировать

Khlebova, L. P., & Nikitina, E. D. (2016). МОРФОГЕНЕТИЧЕСКАЯ РЕАКЦИЯ КУЛЬТУРЫ НЕЗРЕЛЫХ ЗАРОДЫШЕЙ ПШЕНИЦЫ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ УСЛОВИЙ ВЫРАЩИВАНИЯ ДОНОРНЫХ РАСТЕНИЙ. Acta Biologica Sibirica, 2(2), 68-75. https://doi.org/10.14258/abs.v2i2.1348

Аннотация

В статье рассмотрено влияние условий выращивания донорных растений на морфогенетические процессы в культуре незрелых зародышей яровой мягкой пшеницы. Материалом исследования служили 12 сортов различного эколого-географического происхождения из коллекции Алтайского НИИ сельского хозяйства (Барнаул, Россия). Донорные растения выращивали в теплице и в условиях полевой вегетации. В качестве эксплантов использованы незрелые зародыши размером 1,3–1,5 мм, изолированные на 14–16 день после опыления исходных растений. Зародыши выращивали на питательной среде Линсмайера-Скуга (LS), содержащей 0,8% агара, 3% сахарозы, 2,0 мг/л дихлорфеноксиуксусной кислоты (2,4-Д), в темноте при температуре 26±1 °C. Через 25–30 дней каллусы переносили на дифференцирующую среду LS, дополненную 0,5 мг/л 2,4-Д и 0,5 мг/л кинетина и выращивали на свету с 16-часовом фотопериодом (день) и температуре 25±1°C. Морфогенные каллусы переносили на среду для регенерации, содержащую 0,2 мг/л индолил-3-уксусной кислоты (ИУК). Эксперимент выполнен в четырех повторениях по 60 эксплантов на генотип. Установлено, что генетический фактор является ведущим на всех стадиях культуры ткани с максимальным эффектом на этапе регенерации (80%). Доля фактора «взаимодействие генотип-условия» была примерно одинакова с генотипическим влиянием на этапах морфогенеза (27%) и каллусогенеза (28%). Влияние фактора «условия» было статистически значимо, но уступало остальным рассмотренным источникам варьирования культуральных признаков. Максимальный эффект условий выращивания доноров эксплантов был установлен при индукции морфогенного каллуса. Полевая вегетация оказалась наиболее благоприятна для генотипов с высокой каллусогенной и регенерационной способностью. Генотипы с низким регенерационным потенциалом повышали изученные признаки в 3,4–13,9 раз при выращивании растений – доноров эксплантов в условиях теплицы. Для большинства изученных сортов умеренные температура и количество осадков в период, предшествующий отбору материала, а также естественное освещение способствовали повышению морфогенной компетенции эксплантов после их введения в культуру. В статье обсуждаются возможные причины влияния условий выращивания материнских растений на эффективность каллусо-, морфогенеза и регенерации в культуре ткани пшеницы in vitro.

https://doi.org/10.14258/abs.v2i2.1348

PDF (English)

Литература

Atchison, J., Head, L., Gates, A. (2010). Wheat as food, wheat as industrial substance; comparative geographies of transformation and mobility. Geoforum, 41, 236–246.

Avksentyeva, O.A., Petrenko, V.A. (2009). Role of the genotype, composition of medium and type of explant in formation of the first callus of wheat isogenic lines. Visnik Harkivskogo nacionalnogo universitetu

imeni V.N. Karazina. Seriya. Biologiya, 9(856), 56–62 (in Russian).

Avksentyeva, O.A., Petrenko, V.A., Tichenko, A.A., Zhmurko, V.V. (2008). Callus initiation and morphogenesis in in vitro culture of isogenetic on gene type and rate of development in winter wheat lines. Annual Wheat Newsletter, 54, 150–152.

Benkırane, H., Sabounj, S., Chlyah, A., Chlyah, H. (2000). Somatic embryogenesis and plant regeneration from fragments of immature inflorescences and coleoptiles of durum wheat. Plant Cell Tissue and Organ Culture, 61, 107–113.

Bhalla, P.L. (2006). Genetic engineering of wheat – current challenges and opportunities. Trends Biotechnol, 24, 305–311.

Bychkova, O.V. (2016). Evaluation of morphogenesis and regeneration of hard spring wheat in vitro. Acta Biologica Sibirica, 2(1), 139–149 (in Russian).

Chauhan, H., Desai, S.A., Khurana, P. (2007). Comparative analysis of the differential regeneration response of various genotypes of Triticum aestivum, Triticum durum and Triticum dicoccum. Plant Cell Tiss Org Cult, 91, 191–199.

Dodig, D., Zorić, M., Mitić, N., Nikolić, R., King, S.R., Lalević, B., Šurlan-Momirović, G. (2010). Morphogenetic responses of embryo culture of wheat related to environment culture conditions of the explant donor plant. Sci. Agric. (Piracicaba, Braz.), 67(3), 295–300.

Food and Agriculture Organization (2011). Global cereal supply and demand brief. Crop Prospects and Food Situation, 1, 4–5.

Grigorieva, L.P., Shletser, I.A. Screening wheat caltivars for morphogenesis ability in immature embryo culture in vitro. (2006). Izvestiya altajskogo gosudarstvennogo universiteta, 3, 64–66 (in Russian).

Han, X.F., Tao, L.L., Yin, G.X., Liu, X.L., Du, L.P., Wei, Y.Q., Yan, Y.M., Ye, X.G. (2010). Effect of genotype and growing environment on anther culture in wheat. Acata Agronomica Sinica, 36, 1209–1215.

Hess, J.R., Carman, J.G. (1998). Embryogenic competence of immature wheat embryos: genotype, donor plant environment and endogenous hormone levels. Crop Science, 38, 249–253.

Jones, H.D. (2005). Wheat transformation: current technology and applications to grain development and composition. J. Cereal Sci, 41, 137–147.

Kruglova, N.N., Katasonova, A.A.(2009). Immature wheat embryo as the morphogenetically competent explant. Fiziologiya i bioximiya kulturnyh rastenij, 41(2), 124–131 (in Russian).

Linsmaier, E., Skoog, F. (1965). Organic growth factor reqularments of tobacco tissue culture. Physiol. Plant, 18(1), 100–127.

Maddock, S.E., Lancaster, V.A., Risiott, R., Franklin, J. (1983). Plant regeneration from cultured immature embryos and inflorescences of 25 cultivars of wheat (T. aestivum). J. Exp. Bot, 34(144), 915–926.

Mamrutha, H.M., Kumar, R., Venkatesh, K., Sharma, P., Kumar, R., Tiwari, V., Sharma, I. (2014). Genetic transformation of wheat – Present status and future potential. Journal of Wheat Research, 6(2), 107–119.

Mitić N., Dodig, D., Nikolić R. (2006). Variability of in vitro culture response in wheat genotypes, genotype and environmental effects. Genetika, 38(3), 183–192.

Mokhtari, A., Alizadeh, H., Samadi, B.Ya., Omidi, M., Otroshy, M., Moeini, Z. (2013). Effect of plant growth regulators on direct shoot regeneration of wheat immature embryonic explants. Journal of Agricultural Engineering and Biotechnology, 1(3), 74–80.

Nasircilar, A.G., Turgut, K., Fiscin, K. (2006). Callus induction and plant regeneration from mature embryos of different wheat genotypes. Pak. J. Bot, 38(2), 637–645.

Nikitina, E.D., Khlebova, L.P., Sokolova, G.G. (2013a). The development of Ni-resistance sources of spring wheat by cell selection in vitro. Izvestiya altajskogo gosudarstvennogo universiteta, 3-1(79) , 88–90 (in Russian).

Nikitina, E.D., Khlebova, L.P., Sokolova, G.G., Ereschenko, O.V. (2013b). The development of stress-resistant stock of spring bread wheat by in vitro cell selection. Izvestiya altajskogo gosudarstvennogo universiteta, 3-2(79) , 95–98. (in Russian). DOI: 10.14258/izvasu(2013)3.2-20.

Nikitina, E.D., Khlebova, L.P. (2014). The influence of temperature and light on direct sprouting of Triticum aestivum L. immature embryos in vitro. Izvestiya altajskogo gosudarstvennogo universiteta, 3-1(83) , 46–50 (in Russian).

Nikitina, E.D., Khlebova, L.P., Ereschenko, O.V. (2014). The development of some technology elements of the spring wheat cell selection for resistance to abiotic stresses. Izvestiya altajskogo gosudarstvennogo universiteta, 3-2(83), 50–54 (in Russian). DOI: 10.14258/izvasu(2014)3.2-09.

Nikitina, E.D., Khlebova, L.P., Pronina, R.D. (2015). In vitro somaclonal variation as initial material for bread wheat breeding. Acta Biologica Sibirica, 1(3-4), 171–186 (in Russian).

Patnaik, D., Khurana, P. (2001). Wheat biotechnology: A minireview. Electronic Journal of Biotechnology, 4(2), 1–29.

Pellegrineschi, A., Brito, R.M., McLean, S., Hoisington, D. (2004). Effect of 2,4-dichlorophenoxyacetic acid and NaCl on the establishment of callus and plant regeneration in durum and bread wheat. Plant Cell, Tissue, Organ Culture, 77(3), 245–250.

Przetakiewicz, A., Orczyk, W., Nadolska-Orczyk A. (2003). The effect of auxin on plant regeneration of wheat, barley and Triticale. Plant Cell, Tissue and Organ Culture, 73(3), 245–256.

Salyaev, R.K., Dudareva, L.V., Lankevich, S.V., Sumtsova, V.M. (2001). The effect of low-intensity coherent radiation on the processes of morphogenesis in the wheat callus culture. Dokl. Akad. Nauk, 376, 830–832.

Vasil, I.K. (2007). Molecular genetic improvement of cereals: transgenic wheat (Triticum aestivum L.). Plant Cell Rep, 26, 1133–1154.

Wang, X.M., Ren, X., Yin, G.X., Wang, K., Li, J.R., Du, L.P., Xu, H.J., Ye, X.G. (2013). Effects of environmental temperature on the regeneration frequency of the immature embryos of wheat (Triticum aestivum L.). Journal of Integrative Agriculture. Advanded Online Publication. DOI: 10.1016/S2095-3119(13)60361-5.

Wang, C., Wei, Z. (2004). Embriogenesis and regeneration of green plantlets from wheat (Triticum aestivum L.) leafbase. Plant Cell, Tissue and Organ Culture, 77(2), 149–153.

Zhang, W., Wang, X., Fan, R., Yin, G., Wang, K., Du, L., Xiao, L., Yt, X. (2014) Effects of inter-culture, arabinogalactan proteins, and hydrogen peroxide on the plant regeneration of wheat immature embryos. Journal of Integrative Agriculture. Advanded Online Publication. DOI: 10.1016/S2095-3119(14)60764-4.