СПОСОБЫ ПРЕОДОЛЕНИЯ ПОКОЯ СЕМЯН И ОСОБЕННОСТИ КУЛЬТИВИРОВАНИЯ FRITILLARIA RUTH ENIC A WIKSTR. В УСЛОВИЯХ IN VITRO
|
ВВЕДЕНИЕ 3
ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 6
1.1 Биологические особенности вида Fritillaria ruthenica Wikstr 6
1.2 Техника культивирования растительного материала на искусственных
питательных средах 10
1.3 Фитогормоны в условиях in vitro 15
1.4 Покой семян и способы его преодоления 21
1.5 Способы сохранения редких растений 25
ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 31
ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИИ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ 35
3.1 Особенности проращивания семян рябчика русского Fritillaria ruthenica Wikstr 35
3.2 Техника культивирования рябчика русского Fritillaria ruthenica Wikstr. в
условиях in vitro 42
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 53
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 57
ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 6
1.1 Биологические особенности вида Fritillaria ruthenica Wikstr 6
1.2 Техника культивирования растительного материала на искусственных
питательных средах 10
1.3 Фитогормоны в условиях in vitro 15
1.4 Покой семян и способы его преодоления 21
1.5 Способы сохранения редких растений 25
ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 31
ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИИ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ 35
3.1 Особенности проращивания семян рябчика русского Fritillaria ruthenica Wikstr 35
3.2 Техника культивирования рябчика русского Fritillaria ruthenica Wikstr. в
условиях in vitro 42
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 53
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 57
Актуальность темы. Сохранение биоразнообразия - это одна из важнейших задач человечества. Это особенно актуально для растений, которые находятся в Красных книгах. То, что растение редко встречается в природе, может быть обусловлено естественными или антропогенными факторами. Первая группа включает в себя небольшие площади обитания с необходимыми условиями или недолговременной пригодностью места обитания. Также причины небольшого количества особей могут скрываться в самом растении - недостаточное количество эндосперма в семенах, небольшое количество пыльцы и др. Вторая группа включает в себя распашку полей, выбросы заводами ядовитых веществ и др. [26].
Некоторые виды с трудом размножаются в естественных условиях, поэтому нуждаются в сохранении в генетических банках. Защитить генофонд можно с помощью использования техники in vitro.Она представляет собой выращивание растение в стерильных условиях. Состав питательной среды подбирается индивидуально для каждого сорта растения. Изменения в наборе и количестве гормональных и минеральных компонентов позволяет корректировать рост, развитие и устойчивость к неблагоприятным условиям.
У системы in vitroесть множество преимуществ, по сравнению с традиционными методами сохранения биоразнообразия:
• экономия площадей;
• независимость от абиотических факторов;
• возможность использования минимального количества эксплантов для получения стерильных проростков [13].
Технология клонального микроразмножения позволяет полностью контролировать условия, в которых выращивается культура (температуру, влажность, освещенность и др.). Это позволяет точно отследить, как условия окружающей среды влияют на культуру.
Рябчик русский Fritillaria ruthenica Wikstr. нуждается в разработке технологий увеличения численности. Культура in vitroпозволяет за небольшой промежуток времени получить большое количество особей. Полученные растения отличаются генетической однородностью и отсутствием вирусов. С помощью этой технологии можно ускорить переход растений от ювенильной к репродуктивной фазе развития [34].
Рябчик русский Fritillaria ruthenica Wikstr. - это многолетнее травянистое растение семейства лилейных (Liliaceae).Данный вид можно встретить в лесостепных регионах Европейской части, Предкавказье и Западной Сибири. В Пензенской области отмечен в некоторых районах. Растет, как правило, на плодородных почвах. Не обитает в тенистых местах, а также не выдерживает задернения почвы.
Рябчик русский Fritillaria ruthenica Wikstr. способен в течение недлительного времени переносить засуху. Использует атмосферную влагу. Он размножается двумя способами - вегетативным (с помощью дочерних луковиц) или генеративным (с помощью семян). После посадки семян первые всходы можно ждать через два года, но проростки в земле могут повреждаться различными насекомыми. Если семена не были повреждены, то побеги образуются ранней весной.
Вид включен не только в Красную книгу РФ, но и Красную книгу Пензенской области. В нашей области охраняется в заповеднике «Приволжская лесостепь» на участках «Кунчеровская лесостепь», «Попереченская степь», «Островцовская лесостепь» и памятниках природы: «Присердобинская дубрава», «Урочище Лысая гора», «Урочище Шуро-Сиран». Рябчик русский нуждается в постоянном контроле за состоянием популяций [13].
Особенное внимание необходимо уделить половому размножению растению, т.к. из семян образуются особи с новым генетическим материалом. Половое размножение всегда выгоднее, чем бесполое.
Цель и задачи исследований. Цель работы: изучить особенности биологии и экологии рябчика русского, а также возможности культивирования данного растения в условиях in vitro.
В соответствии с целью были поставлены следующие задачи:
1. ознакомиться с распространением, особенностями биологии и экологии рябчика русского;
2. исследовать покой семян рябчика и способы его преодоления;
3. освоить метод культивирования растений в условиях т vitro',
4. рассмотреть возможность выращивания рябчика русского Fritillana ruthenica Wikstr. в условиях in vitro',
5. дать рекомендации по особенностям культивирования рябчика русского Fntillaria ruthenica Wikstr. в искусственных условиях.
Некоторые виды с трудом размножаются в естественных условиях, поэтому нуждаются в сохранении в генетических банках. Защитить генофонд можно с помощью использования техники in vitro.Она представляет собой выращивание растение в стерильных условиях. Состав питательной среды подбирается индивидуально для каждого сорта растения. Изменения в наборе и количестве гормональных и минеральных компонентов позволяет корректировать рост, развитие и устойчивость к неблагоприятным условиям.
У системы in vitroесть множество преимуществ, по сравнению с традиционными методами сохранения биоразнообразия:
• экономия площадей;
• независимость от абиотических факторов;
• возможность использования минимального количества эксплантов для получения стерильных проростков [13].
Технология клонального микроразмножения позволяет полностью контролировать условия, в которых выращивается культура (температуру, влажность, освещенность и др.). Это позволяет точно отследить, как условия окружающей среды влияют на культуру.
Рябчик русский Fritillaria ruthenica Wikstr. нуждается в разработке технологий увеличения численности. Культура in vitroпозволяет за небольшой промежуток времени получить большое количество особей. Полученные растения отличаются генетической однородностью и отсутствием вирусов. С помощью этой технологии можно ускорить переход растений от ювенильной к репродуктивной фазе развития [34].
Рябчик русский Fritillaria ruthenica Wikstr. - это многолетнее травянистое растение семейства лилейных (Liliaceae).Данный вид можно встретить в лесостепных регионах Европейской части, Предкавказье и Западной Сибири. В Пензенской области отмечен в некоторых районах. Растет, как правило, на плодородных почвах. Не обитает в тенистых местах, а также не выдерживает задернения почвы.
Рябчик русский Fritillaria ruthenica Wikstr. способен в течение недлительного времени переносить засуху. Использует атмосферную влагу. Он размножается двумя способами - вегетативным (с помощью дочерних луковиц) или генеративным (с помощью семян). После посадки семян первые всходы можно ждать через два года, но проростки в земле могут повреждаться различными насекомыми. Если семена не были повреждены, то побеги образуются ранней весной.
Вид включен не только в Красную книгу РФ, но и Красную книгу Пензенской области. В нашей области охраняется в заповеднике «Приволжская лесостепь» на участках «Кунчеровская лесостепь», «Попереченская степь», «Островцовская лесостепь» и памятниках природы: «Присердобинская дубрава», «Урочище Лысая гора», «Урочище Шуро-Сиран». Рябчик русский нуждается в постоянном контроле за состоянием популяций [13].
Особенное внимание необходимо уделить половому размножению растению, т.к. из семян образуются особи с новым генетическим материалом. Половое размножение всегда выгоднее, чем бесполое.
Цель и задачи исследований. Цель работы: изучить особенности биологии и экологии рябчика русского, а также возможности культивирования данного растения в условиях in vitro.
В соответствии с целью были поставлены следующие задачи:
1. ознакомиться с распространением, особенностями биологии и экологии рябчика русского;
2. исследовать покой семян рябчика и способы его преодоления;
3. освоить метод культивирования растений в условиях т vitro',
4. рассмотреть возможность выращивания рябчика русского Fritillana ruthenica Wikstr. в условиях in vitro',
5. дать рекомендации по особенностям культивирования рябчика русского Fntillaria ruthenica Wikstr. в искусственных условиях.
В ходе исследования мы изучали растения рябчика русского Fritillaria ruthenica Wikstr., которое включено в Красную книгу Пензенской области. Семена для лабораторных опытов были взяты в Пензенском ботаническом саду им. И. И. Спрыгина.
Объектом исследования стало растение из отдела Цветковые (Магнолиофиты, Покрытосеменные) - отдела Magnoliophyta.Класса Лилиопсиды (Лилиевые, Однодольные) - класса Liliopsida.Порядка Лилейные - порядка Lihales.Семейства Лилейные - семейства Liliaceae.Рода Рябчик - рода Fritillaria.Вида Рябчик русский - вида Fritillaria Ruthenica Wikstr.
В ходе исследования была достигнута поставленная цель и решены все задачи. Были подробны изучены особенности выращивания семян растения рябчика русского Fritillaria ruthenica Wikstr., а также культивирования данного вида в условиях in vitro.
В результате проведенных опытов были установлено, что семена рябчика русского Fritillaria ruthenica Wikstr. не могут прорастать без холодной стратификации. Это связано с тем, что семенам данного вида свойственен сложный глубокий морфофизиологический покой. Зародыш семени рябчика русского окружен толстым эндоспермом, который задерживает поступление воды к зародышу. Скорее всего, именно с этим связано то, что рябчик русский Fritillaria ruthenica Wikstr. - это редкое растение на территории Пензенской области. Рябчик русский Fritillaria ruthenica Wikstr. впервые может зацвести через несколько лет после посева семян. Но также данное растение может размножаться не только с помощью генеративных, но и вегетативных способов, например, луковицами.
В результате лабораторных исследований нам удалось подобрать оптимальные условия для выращивания рябчика русского Fritillaria ruthenica Wikstr. Мы выяснили, что для прорастания семян необходимо выдерживать их в замоченном состоянии в течение 2-3 месяцев при температуре +5-10°С.
Если семена в замоченном виде проращивать при комнатной температуре, то проростки не формируются. Это было установлено при попытке проращивания семян в обычных условиях на протяжении нескольких месяцев.
Полученные проросшие семена были помешены в культуру in vitro. Нами была разработана схема, по которой были проведены исследования:
Проращивание семян в течение 2-3 месяцев в чашках Петри при низких положительных температурах (+5-10°С) —> выделение проростков стерилизация проростков в дезинфицирующих растворах —> пересев проростков в культуру in vitro.
Чтобы в питательной среде не образовались бактерии и грибки, мы простерил изо вали полученные проростки:
1) раствор «Жавель-клейд» с концентрацией 1% с натриевой солью дихлоризоциануро вой кислоты СзОзЭДСУЧа с концентрацией 80-82% (15 минут) —> раствор пероксида водорода Н2О2 с концентрацией 3% (3 минуты) —> дистиллированная вода (3 раза);
2) перманганат калия КМпО4 с концентрацией 0,5% (15 минут) —> сульфат меди (II) CuSO4с концентрацией 1% (15 минут) —> этиловый спирт С2Н5ОН с концентрацией 70% (1 минута) —> перекись водорода Н2О2 с концентрацией 3% (1 минута) —> дистиллированная вода (несколько раз).
В результате лабораторных исследований было установлено, что на рост и развитие рябчика русского Fritillaria ruthenica Wikstr. в культуре in vitroвлияют:
• наличие фитогормонов,
• структура питательной среды,
• доступ к свету,
• комнатная температура.
В работе мы использовали среду Мурасиге-Скуга с добавлением фито-гормонов (ИУК - 2 мг/л, кинетина - 2 мг/л и ГАЗ - 2 мг/л). Но чтобы в пита-тельной среде не развивались грибы и бактерии, пробирки со средой стерилизовались в автоклаве. Все работы с культурой т vitroпроводились в про-дезинфицированном ламинар-боксе с помощью стерильных инструментов. Пробирки не извлекались из бокса до окончания посадки. Дополнительно пробирки закрывались стерильными пробками из ваты и марли.
В результате даже была получена небольшая луковица. Интенсивность освещения должна составлять 8000-15000 люкс; длина светового дня - 13-17
ч.; температура +20-25°С. Дополнительные источники света и тепла использованы не были. Это необходимо для того, чтобы максимально приблизить лабораторные условия к природным.
После выращивания растения в культуре /и vitroбыло решено пересадить полученный материал в почвенный грунт. Растения прижились, поэтому их можно пробовать выращивать в естественных условиях в местах обитания рябчика русского Fritillaria ruthenica Wikstr.
Таким образом, разработана схема введения в культуру in vitroрасте¬ний рябчик русский. Установлены особенности прорастания семян. Изучены начальные этапы онтогенеза в культуре in vitro.Определены видовые особенности культивирования. Также было проверено, сможет ли растение расти в грунте. Даны общие рекомендации по выращиванию исследуемого редкого растения.
Технология in vitroпозволяет сохранить генетическое разнообразие, получить здоровый посадочный материал и распространить редкий вид растения. В наше время особенно важно сохранять биоразнообразие.
Рябчик русский Fritillaria ruthenica Wikstr. входит в Красную книгу Пензенской области, а также в Красную книгу Российской Федерации. Таким образом, наше исследование может помочь многим популяциям восстановить свою численность. Можно в лабораториях проращивать семена в условиях холодной стратификации, а затем помещать их в естественную среду обитания.
Культура in vitroимеет множество преимуществ. С ее помощью можно получить здоровый посадочный материал, сохранить генетические ресурсы культурных и дикорастущих видов растений. Растения изученных видов из условий культуры in vitroхорошо переносят пересадку в почвенный грунт, легко приживаются и могут в последствии быть использованы для высаживания в естественные условия произрастания.
Сохранение биоразнообразие - это глобальная проблема человечества, которая требует современного решения с помощью новейших технологий. К тому же за последние несколько сотен лет навсегда исчезла почти тысяча видов растений.
Объектом исследования стало растение из отдела Цветковые (Магнолиофиты, Покрытосеменные) - отдела Magnoliophyta.Класса Лилиопсиды (Лилиевые, Однодольные) - класса Liliopsida.Порядка Лилейные - порядка Lihales.Семейства Лилейные - семейства Liliaceae.Рода Рябчик - рода Fritillaria.Вида Рябчик русский - вида Fritillaria Ruthenica Wikstr.
В ходе исследования была достигнута поставленная цель и решены все задачи. Были подробны изучены особенности выращивания семян растения рябчика русского Fritillaria ruthenica Wikstr., а также культивирования данного вида в условиях in vitro.
В результате проведенных опытов были установлено, что семена рябчика русского Fritillaria ruthenica Wikstr. не могут прорастать без холодной стратификации. Это связано с тем, что семенам данного вида свойственен сложный глубокий морфофизиологический покой. Зародыш семени рябчика русского окружен толстым эндоспермом, который задерживает поступление воды к зародышу. Скорее всего, именно с этим связано то, что рябчик русский Fritillaria ruthenica Wikstr. - это редкое растение на территории Пензенской области. Рябчик русский Fritillaria ruthenica Wikstr. впервые может зацвести через несколько лет после посева семян. Но также данное растение может размножаться не только с помощью генеративных, но и вегетативных способов, например, луковицами.
В результате лабораторных исследований нам удалось подобрать оптимальные условия для выращивания рябчика русского Fritillaria ruthenica Wikstr. Мы выяснили, что для прорастания семян необходимо выдерживать их в замоченном состоянии в течение 2-3 месяцев при температуре +5-10°С.
Если семена в замоченном виде проращивать при комнатной температуре, то проростки не формируются. Это было установлено при попытке проращивания семян в обычных условиях на протяжении нескольких месяцев.
Полученные проросшие семена были помешены в культуру in vitro. Нами была разработана схема, по которой были проведены исследования:
Проращивание семян в течение 2-3 месяцев в чашках Петри при низких положительных температурах (+5-10°С) —> выделение проростков стерилизация проростков в дезинфицирующих растворах —> пересев проростков в культуру in vitro.
Чтобы в питательной среде не образовались бактерии и грибки, мы простерил изо вали полученные проростки:
1) раствор «Жавель-клейд» с концентрацией 1% с натриевой солью дихлоризоциануро вой кислоты СзОзЭДСУЧа с концентрацией 80-82% (15 минут) —> раствор пероксида водорода Н2О2 с концентрацией 3% (3 минуты) —> дистиллированная вода (3 раза);
2) перманганат калия КМпО4 с концентрацией 0,5% (15 минут) —> сульфат меди (II) CuSO4с концентрацией 1% (15 минут) —> этиловый спирт С2Н5ОН с концентрацией 70% (1 минута) —> перекись водорода Н2О2 с концентрацией 3% (1 минута) —> дистиллированная вода (несколько раз).
В результате лабораторных исследований было установлено, что на рост и развитие рябчика русского Fritillaria ruthenica Wikstr. в культуре in vitroвлияют:
• наличие фитогормонов,
• структура питательной среды,
• доступ к свету,
• комнатная температура.
В работе мы использовали среду Мурасиге-Скуга с добавлением фито-гормонов (ИУК - 2 мг/л, кинетина - 2 мг/л и ГАЗ - 2 мг/л). Но чтобы в пита-тельной среде не развивались грибы и бактерии, пробирки со средой стерилизовались в автоклаве. Все работы с культурой т vitroпроводились в про-дезинфицированном ламинар-боксе с помощью стерильных инструментов. Пробирки не извлекались из бокса до окончания посадки. Дополнительно пробирки закрывались стерильными пробками из ваты и марли.
В результате даже была получена небольшая луковица. Интенсивность освещения должна составлять 8000-15000 люкс; длина светового дня - 13-17
ч.; температура +20-25°С. Дополнительные источники света и тепла использованы не были. Это необходимо для того, чтобы максимально приблизить лабораторные условия к природным.
После выращивания растения в культуре /и vitroбыло решено пересадить полученный материал в почвенный грунт. Растения прижились, поэтому их можно пробовать выращивать в естественных условиях в местах обитания рябчика русского Fritillaria ruthenica Wikstr.
Таким образом, разработана схема введения в культуру in vitroрасте¬ний рябчик русский. Установлены особенности прорастания семян. Изучены начальные этапы онтогенеза в культуре in vitro.Определены видовые особенности культивирования. Также было проверено, сможет ли растение расти в грунте. Даны общие рекомендации по выращиванию исследуемого редкого растения.
Технология in vitroпозволяет сохранить генетическое разнообразие, получить здоровый посадочный материал и распространить редкий вид растения. В наше время особенно важно сохранять биоразнообразие.
Рябчик русский Fritillaria ruthenica Wikstr. входит в Красную книгу Пензенской области, а также в Красную книгу Российской Федерации. Таким образом, наше исследование может помочь многим популяциям восстановить свою численность. Можно в лабораториях проращивать семена в условиях холодной стратификации, а затем помещать их в естественную среду обитания.
Культура in vitroимеет множество преимуществ. С ее помощью можно получить здоровый посадочный материал, сохранить генетические ресурсы культурных и дикорастущих видов растений. Растения изученных видов из условий культуры in vitroхорошо переносят пересадку в почвенный грунт, легко приживаются и могут в последствии быть использованы для высаживания в естественные условия произрастания.
Сохранение биоразнообразие - это глобальная проблема человечества, которая требует современного решения с помощью новейших технологий. К тому же за последние несколько сотен лет навсегда исчезла почти тысяча видов растений.