Влияние регуляторов роста растений и сахарозы на пролиферацию и качество эмбриогенной ткани Picea pungens

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 13194 (2023) Цитировать эту статью

335 Доступов

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Эмбриогенная ткань (ЭТ) важна для генетической модификации и регенерации растений. Способность к пролиферации и активность ET имеют решающее значение для размножения растений посредством соматического эмбриогенеза. В этом исследовании ЭТ индуцировали из зрелых зиготических зародышей ели голубой (Picea pungens Engelm.). Были значительные различия в индукции ЭТ между двумя источниками, т.е. 78,8 ± 12,5% и 62,50 ± 12,8% соответственно. Влияние 2,4-дихлорфеноксиуксусной кислоты (2,4-D), 6-бензиламинопурина (6-BA) и/или сахарозы на пролиферацию ET и созревание соматических эмбрионов (SE) дополнительно исследовали на четырех клеточных линиях. Самая высокая скорость пролиферации ЭТ достигала 1473,7 ± 556,0% каждые две недели. Концентрации 2,4-Д или 6-БА, применяемые на стадии пролиферации тканей, влияли на созревание СЭ среди клеточных линий, тогда как сахароза оказывала меньший эффект. Самый высокий показатель – 408 ± 230 зрелых ЭК/г сырой массы – был достигнут в культурах созревания ЭК. Это исследование показало, что условия культивирования, то есть определенные концентрации 2,4-Д и БА, на стадии пролиферации ЭТ влияют не только на рост ЭТ, но и на качество ЭТ для созревания СЭ. Это исследование выявило необходимость и пользу разработки как общих, так и генотипически-специфичных протоколов для эффективного получения зрелых SE или соматических растений у голубой ели.

Хвоя ели голубой (Picea pungens Engelm.) круглый год имеет серебристо-голубую окраску, что имеет высокую декоративную ценность для озеленения1. В настоящее время в Китае голубую ель, как правило, размножают проращиванием семян2,3. Из-за высокой цены на семена и саженцы количество интродуцируемых элитных сортов ограничено4. Хвоя потомства может быть разной по цвету, форме, строению и скорости роста, что ограничивает качество сеянцев. Технология соматического эмбриогенеза может быть использована для получения большого количества соматических растений с устойчивыми генетическими характеристиками за относительно короткий период времени5, что, таким образом, является эффективным средством крупномасштабного размножения элитных генотипов голубой ели.

В настоящее время многие виды деревьев можно размножать посредством соматического эмбриогенеза. Первый успех соматического эмбриогенеза у хвойных видов можно отнести к 1985 году, когда Хакман и др.6 использовали незрелые зиготические зародыши ели европейской (Picea abies) для индукции эмбриогенной ткани (ЭТ), а затем получили зрелые соматические эмбрионы (СЭ). С 2000 года было опубликовано несколько статей по оптимизации соматического эмбриогенеза у хвойных видов, в том числе: Pinus radiata7, Picea abies8, Picea glauca9, Larix Hybrids10, сосна корейская11,12,13,14, Abies nebrodensis15, Abies nordmanniana16, Abies alba17 и ель голубая1. . Пролиферация ET вместе с созреванием SE являются ключевыми шагами для крупномасштабного размножения и долгосрочного сохранения зародышевой плазмы хвойных15. Nielsen et al.16 сообщили о сильных клональных эффектах по большинству признаков в процессе размножения через SE у Abies nordmanniana16. О серьезной зависимости клеточной линии между пролиферацией ET и созреванием SE также сообщалось у Abies alba17. Подобные исследования на голубой ели ранее не проводились.

Сообщений об исследованиях инициации соматического эмбриогенеза у голубой ели немного. Afele et al.18 использовали зрелые эмбрионы голубой ели в качестве эксплантов для индукции ЭТ. Самый высокий уровень индукции ЭТ составил 16%, а количество произведенных соматических эмбрионов (СЭ) составило всего 9,7 СЭ/г сырой массы. Сан и др.4 дополнительно оптимизировали систему индукции ЭТ. Им удалось добиться индукции до 45,5%. Однако на следующих стадиях появилось много аномальных эмбрионов, что привело к плохой всхожести SE. Hazubska-Przyby et al.19 индуцировали ЭТ из зиготических эмбрионов с самой высокой степенью индукции 23,75%, тогда как зрелых СЭ получено не было. Тао и др.1 впервые разработали полную техническую систему соматического эмбриогенеза у ели голубой, включающую культуры индукции и пролиферации ЭТ, созревания ЭТ, прорастания и конверсии ЭТ, а также твердости соматических растений. Однако техническая система соматического эмбриогенеза ели голубой нуждается в дальнейшей оптимизации для решения таких проблем, как низкие скорости индукции и пролиферации ЭТ, а также плохая способность к созреванию СЭ. Все эти факторы ограничивали крупномасштабный процесс размножения ели голубой посредством соматического эмбриогенеза. Суть пролиферации ЭТ заключается в делении клеток проэмбриогенной массы. Такие факторы, как 2,4-дихлорфеноксиуксусная кислота (2,4-D), 6-бензиламинопурин (6-ВА) и сахароза, оказали большое влияние на пролиферацию ЭТ20, а также условия культивирования на стадии пролиферации ЭТ. Однако после этого было проведено мало исследований их влияния на созревание SE. Существуют различные факторы, влияющие на созревание SE21,22. Крайне важно изучить влияние условий культивирования на стадии пролиферации ЭТ на созревание СЭ, чтобы оптимизировать всю систему культивирования для массового размножения. В этом исследовании зрелые зиготические зародыши голубой ели из двух источников использовались в качестве эксплантов для индукции ЭТ, а индуцированные ЭТ использовались в качестве экспериментальных материалов для изучения влияния 2,4-Д, 6-БА и/или сахарозы на ЭТ. скорости пролиферации и качества ET при созревании SE с целью оптимизации системы SE для эффективного производства элитных соматических растений ели голубой.