Научный журнал
Успехи современного естествознания
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,823

СПОСОБЫ РАЗМНОЖЕНИЯ ПРЕДСТАВИТЕЛЕЙ РОДА BEGONIA L. В ПРОЛОНГИРОВАННОЙ КУЛЬТУРЕ

Фершалова Т.Д. 1 Набиева А.Ю. 1
1 ФГБУН «Центральный сибирский ботанический сад СО РАН»
Изучение адаптационного потенциала четырёх таксонов из рода Begonia (B. rockii Irmscher, B. sutherlandii J.D. Hooker, B. variegate Y.M. Shui & W.H. Chen, B. ‘Gloire de Lorraine’) способствовало выделению факторов, влияющих на длительное сохранение коллекции бегоний in vitro и ex vivo в Центральном сибирском ботаническом саду (ЦСБС). Выявлена взаимосвязь экологических условий произрастания данных бегоний в природе с ритмами роста в условиях оранжерей. Составлены феноспектры, отражающие фазы развития растений, что позволяет организовать необходимые агротехнические мероприятия для бегоний в течение года. Проанализирована продуктивность размножения изученных бегоний различными способами. Изучено влияние различных концентраций экзогенных регуляторов роста и состава питательных сред на регенерационную способность флоральных эксплантов 4 таксонов бегоний для моделирования их пролиферации в культуре in vitro. Предложен состав модифицированной среды N6, включавшей цитокинины TDZ и БАП в концентрациях 0,5 мг/л и 1,0 мг/л соответственно, что позволило получить путем прямого органогенеза многочисленные регенеранты из фрагментов цветков бегоний, относящихся к разным генотипам. Жизнеспособность микрорастений была сохранена при культивировании в коллекции in vitro благодаря применению приема чередования питательных сред с различным соотношением макроэлементов и регуляторов роста. Подобраны субстраты для выращивания бегоний в условиях оранжерей и для адаптации микроклонов при переводе их в условия ex vitro. Предложенные способы длительного поддержания коллекции представителей рода Begonia предполагают сочетание стандартных методик и микроклонального размножения, при применении которых происходит реювенилизация растительного материала.
Begonia
интродукция
экологическая адаптация
флоральные экспланты
культура in vitro
1. Tebbit M.C. Begonias: cultivation, natural history, and identification / M.C. Tebbit. – Portland: Timber Press, 2005. – 272 p.
2. Фершалова Т.Д. Интродукция бегоний в оранжереях и интерьерах / Т.Д. Фершалова, Е.В. Байкова, отв. ред. акад. РАН И.Ю. Коропачинский. – Новосибирск: Гео, 2013. – 157 с.
3. Антимикробная активность и содержание флавоноидов у некоторых представителей рода Begonia L., используемых в фитодизайне / Е.А. Карпова [и др.] // Вопросы биологической, медицинской и фармацевтической химии. – 2011. – № 1. – С. 8–16.
4. Effect of adenine, sucrose and plant growth regulators on the indirect organogenesis and on in vitro flowering in Begonia x hiemalis’Fotsch /A. Asmah [et al.] // Australian Journal of Crop Science. – 2013. – Vol. 7. № 5. – P. 691–698.
5. Micropropagation of Begonia rex Putz. by 6-benzyladenine and -naphthalene acetic acid / K.D. Behzad [et al.]// International Journal of Biosciences. – 2015. – Vol. 6. № 5. – P. 8–15.
6. Kumari A., Baskaran P., Van Staden J. In vitro regeneration of Begonia homonyma – a threatened plant // South African Journal of Botany. – 2017. – Vol. 109. – P. 174–177.

Род Begonia L. является одним из крупнейших родов цветковых растений, в него входят около 1500 видов и тысячи декоративных гибридов и сортов [1]. Представители рода составляют одну из крупнейших систематических коллекций в фондовых оранжереях Центрального Сибирского ботанического сада СО РАН (около 300 таксонов), где проводится их углубленное изучение по различным научным аспектам. Нами исследуются биологические особенности представителей рода Begonia в оранжерейной культуре и интерьерах, их адаптивные возможности, лекарственные и фитонцидные свойства [2]. Факт обнаружения значительных количеств антоцианов, аскорбиновой кислоты, фенольных соединений в надземной части исследованных видов в ЦСБС позволяет рассматривать их в качестве источников средств лечебного и профилактического назначения, а также для использования в медицинском и экологическом фитодизайне [3]. В рамках научной работы, направленной на расширение коллекционного фонда растений из рода Begonia, нами разрабатывались способы размножения видов и их длительного поддержания ex vivo и in vitro. Ранее сообщалось о возможности введения бегоний в культуру in vitro с использованием разных типов эксплантов [4, 5]. Отмечено, что регенерационная способность более высокая у эксплантов генеративной сферы [4]. Регенерация происходила путем адвентивного побегообразования либо в каллусной культуре.

Цель работы – усовершенствовать методику размножения бегоний in vitro и ex vivo и изучить факторы, влияющие на длительное поддержание в коллекции данных таксонов.

Материалы и методы исследования

Объектами исследования являлись поликарпические бегонии, имеющие различные жизненные формы и феноритмологические особенности развития, обусловленные экологическими условиями мест их естественного произрастания.

B. rockii из секции Platycentrum. Родина – Юго-восточная Азия. Корневищное растение. Ризомы удлиненные, приподнимающиеся над почвой на 10–12 см. Листья треугольно-яйцевидные, 2х8 см, темно-зеленые с белыми пятнами между главными жилками (рис. 1, а). Цветки однополые, белые, 4–5 см в диаметре. Цветет осенью. Произрастает под покровом леса, в ущельях, среди скал на высоте 700–800 м над уровнем моря.

B. sutherlandii из секции Augustia. Родина – Южная Африка. Травянистое, клубневое растение, с ярко выраженным периодом покоя, во время которого надземная часть отмирает. Листья асимметричные, зубчатые, зеленые. Размер листовой пластинки: 2х3 см. Цветки однополые, оранжевые, 2–3 см в диаметре. Цветёт летом (рис. 1, б). Произрастает как петрофит на влажных скалах, у водопадов или как эпифит на деревьях на высоте 900–1800 м над уровнем моря.

fer1a.tif fer1b.tif fer1c.tif fer1d.tif

а б в г

Рис. 1. Бегонии из коллекции ЦСБС: а – B. rockii, б – B. sutherlandii, в – B. variegatа, г – B. ‘Gloire de Lorraine’

B. variegate из секции Coelocentrum. Родина – Вьетнам. Корневищное травянистое растение, побеги на 1/3 погружены в почву, апикальная часть побега приподнимается над землёй на 3–6 см. Листья размером 10х12 см, тёмно-зелёные, широкоовальные с тёмно-коричневыми полосами вдоль основных жилок, морщинистые (рис. 1, в). Цветки однополые, светло-зелёные, до 1 см в диаметре. Цветёт летом. Растёт на скалистых известняковых склонах или в пещерах, под покровом леса, на высоте 100–300 м над уровнем моря.

B. ‘Gloire de Lorraine’ является гибридом, полученным в результате скрещивания Begonia socotrana J.D. Hooker с Begonia dregei Otto end A. Dietrich. В природных условиях эти два вида растут в сезонном климате. B. ‘Gloire de Lorraine’ унаследовала некоторые черты от каждой из родительских форм: розовые цветки, зимнее время цветения – явные признаки B. socotrana, продолжительность цветения унаследована от B. dregei. В исследование сорт был включен благодаря обильному и продолжительному цветению в зимнее время, что является редким явлением в условиях закрытого грунта Западной Сибири (рис. 1, г).

В качестве материала для введения в культуру in vitro были использованы фрагменты цветков данных видов бегоний, находящиеся в соцветии в закрытом состоянии. Перед стерилизацией экспланты промывали проточной водой (15 мин), затем 1 % раствором фундазола в смеси с 3 % раствором жидкого мыла (30 мин). Экспланты помещали на модифицированную среду N6 (мN6), содержавшую 40 мг/л аденин сульфат, 3 % сахарозу, 0,6 % агар и регуляторы роста (варианты 2, 3, 4), а также на среду мN6 без регуляторов роста (вариант 1). Для роста и мультипликации побегов микроклоны переносили на среду МС, содержавшую 0,2 мг/л БАП. Для укоренения была использована среда Кнудсена без регуляторов роста. Время одного пассажа составляло 3 недели. Индукцию и культивирование эксплантов проводили при температуре 24 ± 2 °С, 16-часовом фотопериоде при искусственном освещении 40 мкмоль•м-2/сек-1. Эксперименты in vitro повторялись трижды, в каждом варианте было 30 эксплантов. Для создания феноспектров использовали данные 15-летних наблюдений не менее 10 растений каждого из 4 таксонов рода Begonia. Полученные результаты обрабатывали с помощью компьютерной программы Excel лицензионного пакета Microsoft Office 2007. В таблицах приведены средние арифметические и стандартные ошибки средних, статистически значимыми различия считали при р ≤ 0,05.

Результаты исследования и их обсуждение

Для каждого из исследованных видов мы выделили некоторые экологические факторы, влияющие на их рост и развитие. У представителей тропического климата B. rockii и B. variegata нет выраженного периода покоя, что видно из феноспектра (рис. 2). Поэтому на их развитие оказывают влияние экзогенные факторы, в данном случае температура воздуха. При её понижении рост растений не прекращается, но заметно приостанавливается. Размножение этих бегоний в ЦСБС осуществляется делением корневищ и листовыми черенками. В условиях выращивания у B. variegata cемена не вызревают, а у B. rockii семена мы получаем, но их всхожесть низкая и составляет 20 %. Вегетативные части для размножения вышеописанных бегоний можно брать в любое время года. При соблюдении оптимального температурного и влажностного режима период получения диаспор из листовых черенков составляет у B. rockii 20–60 дней, а у B. variegatа – 50–150 дней. Самый короткий период формирования диаспор наблюдался в весенне-летний период, а наиболее продолжительный – в осенне-зимний. Другой способ размножения, позволяющий получить у данных видов за год 3–4 новых экземпляра, – это деление корневища. Для выращивания вышеописанных видов подобран субстрат, исходя из условий произрастания этих бегоний в природе. Он состоит из следующих компонентов: листовая земля, песок, торф в пропорции 2:1:1.

У B. sutherlandii вступление в состояние покоя жестко детерминировано эндогенной ритмикой: после цветения, даже при благоприятных микроэкологических условиях, происходит торможение ростовых процессов и отмирание надземной части (рис. 2). Растение несколько месяцев сохраняется в виде клубня. Поэтому для культивирования B. sutherlandii в коллекции ЦСБС были созданы условия, приближённые к таковым в местах естественного произрастания вида по водному и температурному режиму. Для культивирования таксона разработана водо- и воздухопроницаемая почвосмесь, состоящая из листовой земли, песка, мелкой гальки, торфа, сосновой коры в пропорции 2:1:1:1:1, не позволяющая загнивать корневой системе. Размножение данного вида проводилось путем черенкования побегов и выводковыми почками, т.к. семена при интродукции не завязываются, а размножение с помощью листовых черенков неэффективно. У ‘Gloire de Lorraine’ нет выраженного периода покоя: в самые жаркие месяцы лета растение продолжает вегетировать, но цветение прекращается (рис. 2). Наиболее эффективным агротехническим приёмом в летний период является обрезка растения на 2/3 и укоренение стеблевых черенков в течение 20–30 дней. Отмечено, что листовых черенков. Субстрат для выращивания данного сорта состоит из листовой земли, песка, торфа, мелкого керамзита в пропорции 2:1:1:0,5. Для выявления оптимальных сроков размножения бегоний как ex vivo, так и in vitro нами составлены феноспектры, в которых отражены ритмы развития вегетативной и генеративной сферы у исследованных таксонов (рис. 2). Из представленных феноспектров видно, что у B. sutherlandii и B. variegatа цветение наблюдается 4 летних месяца, самый короткий период цветения у B. rockii – 3 месяца, тогда как у B. ‘Gloire de Lorraine’ – ценного представителя зимнецветущих растений – цветение продолжается 10 месяцев.

fer2a.wmf

Условные обозначения:

fer2b.wmf

Рис. 2. Феноспектры изученных бегоний

Описанные выше бегонии относятся к разным феноритмологическим группам и являются модельными объектами для отработки методики микроклонального размножения.

При введении в культуру in vitro эксплантов, изолированных из вегетативных органов бегоний (листьев, черешков) отмечена их высокая контаминация, что требовало более жестких условий стерилизации по сравнению с флоральными эксплантами. Для получения стерильных эксплантов – фрагментов женских и мужских цветков бегоний, находящихся в соцветии в закрытом состоянии, были применены 2 варианта стерилизации:

1) 70 %-ный С2Н5ОН (30 сек) + 0,1 %-ный раствор HgCl2 (10 мин);

2) 0,1 % раствор AgNO3 (15 мин).

Выяснено, что наиболее оптимальным агентом для стерилизации фрагментов цветков бегоний, относящихся к 4 различным таксонам, является 0,1 % раствор AgNO3 (экспозиция 15 мин), при использовании которого жизнеспособность флоральных эксплантов достигала 86,6 %. Для индукции адвентивного побегообразования была выбрана среда N6 как наиболее универсальная для получения регенерантов бегоний из флоральных эксплантов. Процесс прямого морфогенеза побегов в культуре изолированных фрагментов цветков всех 4 генотипов бегоний более интенсивно происходил под действием 0,5 мг/л тидиазурона (ТДЗ), в сочетании с 0,5 мг/л бензиламинопурина (БАП) и 0,2 мг/л индолилмасляной кислоты (ИМК) (4 вариант среды мN6) (рис. 3, г). Количество эксплантов, образовавших адвентивные побеги, различалось в зависимости от генотипа и регуляторов роста, вносимых в питательную среду (табл. 2).

Таблица 1

Действие режимов стерилизации на получение жизнеспособных эксплантов бегоний

Объекты

Жизнеспособность эксплантов, %

Вар. 1

Вар. 2

B. variegate

43,33 ± 7,30

58,66 ± 4,80

B. rockii

56,00 ± 2,40

67,00 ± 2,40

B. sutherlandii

64,20 ± 4,80

85,00 ± 2,40

B. ‘Gloire de Lorraine’

65,00 ± 2,40

86,60 ± 5,60

Таблица 2

Интенсивность адвентивного побегообразования на флоральных эксплантах бегоний в зависимости от концентрации регуляторов роста и генотипа

Объекты

Число эксплантов ( %), образовавших адвентивные побеги в

1-4 вариантах среды мN6

1, без регуляторов роста

2, ТДЗ (0,5 мг/л) + + ИМК (0,2 мг/л)

3, БАП (1,0 мг/л) + + ИМК (0,2 мг/л)

4, БАП (0,5 мг/л) + + ТДЗ (0,5 мг/л) + + ИМК (0,2 мг/л)

B. variegata

0,00 ± 0,00

36,00 ± 2,17

3,73 ± 0,38 б

54,00 ± 2,17

B. rockii

0,00 ± 0,00

47,00 ± 6,50

35,00 ± 7,37

78,00 ± 4,85

B. sutherlandii

0,00 ± 0,00

26,00 ± 4,24

3,57 ± 0,55

38,00 ± 3,84

B. ‘Gloire de Lorraine’

0,00 ± 0,00

72,00 ± 5,66

63,00 ± 6,85

83,00 ± 2,64

Зафиксированы единичные случаи индукции флорального морфогенеза некоторых бегоний при введении в среду мN6 0,2 мг/л цитокинина БАП (рис. 3, а, б). Пролиферации каллуса способствовало добавление в состав среды ТДЗ либо БАП в концентрации более 1 мг/л (рис. 3, в). В вариантах среды мN6 число регенерировавших побегов составило от 4 до 35. Авторами отмечено, что для лучшего роста и мультипликации побегов бегоний, полученных путем индукции адвентивных почек флоральных эксплантов, целесообразно заменять питательную среду мN6 с высоким содержанием макроэлементов на среду МС, включавшую более низкие дозы макроэлементов и цитокинина БАП (0,2 мг/л). Для укоренения была использована среда Кнудсена без регуляторов роста. Спустя 3 недели, укорененные регенеранты перемещали для адаптации к условиям ex vitro в закрытые пленкой контейнеры со стерильным песком (рис. 3, д, е).

fer3a.tif

а) Образование флоральных элементов (B. ‘Gloire de Lorraine’)

fer3b.tif

б) Флоральный морфогенез in vitro (B. sutherlandii)

fer3c.tif

в) Инициация почек в каллусной культуре (B. ‘Gloire de Lorraine’)

fer3d.tif

г) Прямой органогенез микропобегов (B. ‘Gloire de Lorraine’)

fer3e.tif

д) Укоренение микророзеток in vitro (B. ‘Gloire de Lorraine’)

fer3k.tif

е) Регенеранты перед высадкой ex vitro (B. ‘Gloire de Lorraine’, B. rockii)

Рис. 3. Индукция различных путей морфогенеза флоральных эксплантов бегоний и этапы их культивирования в культуре in vitro

Спустя 4 недели адаптированные растения пересаживали на почвенные субстраты соответственно их экологической приуроченности. Микророзетки менее 2 см в диаметре культивировали на среде ½ МС c добавлением 30 мг/л аденин сульфата, что способствовало их длительному поддержанию в культуре in vitro. При замедлении роста регенерантов (примерно год спустя) их листья изолировали и помещали на среду МС, содержащую 50 мг/л аденин сульфата и 0,5 мг/л ТДЗ, что позволило получить от одного экспланта до 10–25 микрорастений в зависимости от генотипа. Другими авторами также отмечено, что при микроразмножении бегоний внесение ТДЗ либо БАП в индукционную среду способствует образованию адвентивных побегов [5], а низкие концентрации регуляторов роста позволяют получить регенеранты путем прямого и непрямого органогенеза [6].

Отмечено, что у растений-регенерантов 4 таксонов бегоний при их пассаже со среды Кнудсена на среду МС c добавлением 50 мг/л аденин сульфата и 0,5 мг/л ТДЗ в результате ювенилизации нивелируются ритмологические особенности, присущие данным генотипам. Вследствие чего изменением ростовой активности бегоний в процессе их культивирования in vitro возможно управлять, чередуя питательные среды различного состава.

Выводы

На основе анализа ритмов роста и развития 4 таксонов рода Begonia разработаны различные способы их вегетативного размножения в условиях оранжерей и в культуре in vitro. Фенологические наблюдения явились основой для выявления оптимальных сроков размножения бегоний и проведения агротехнических приемов, а также усовершенствования методики микроклонального размножения, что позволяет существенно повысить коэффициент размножения бегоний. В условиях проведенного эксперимента органогенез адвентивных побегов из флоральных эксплантов бегоний происходил преимущественно прямым путем, а регенерационная способность зависела от генотипа и применяемых регуляторов роста. Для того чтобы длительно поддерживать бегонии в коллекции in vitro, необходимо пролиферирующие культуры переносить на среды с различным содержанием регуляторов роста и макроэлементов, уменьшая их содержание перед высадкой ex vitro. Полученные результаты могут быть использованы для сохранения и эффективного размножения ценных генотипов рода Begonia.

Работа выполнена в рамках государственного задания Центрального сибирского ботанического сада СО РАН при частичной поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект r_a № 17-44-540601). При подготовке публикации использовались материалы биоресурсной научной коллекции ЦСБС СОРАН «Коллекции живых растений в открытом и закрытом грунте», УНУ № USU 44053.


Библиографическая ссылка

Фершалова Т.Д., Набиева А.Ю. СПОСОБЫ РАЗМНОЖЕНИЯ ПРЕДСТАВИТЕЛЕЙ РОДА BEGONIA L. В ПРОЛОНГИРОВАННОЙ КУЛЬТУРЕ // Успехи современного естествознания. – 2018. – № 1. – С. 56-61;
URL: http://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=36651 (дата обращения: 16.06.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074