CC BY
69
ВЕСТНИК УДМУРТСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
БИОЛОГИЯ. НАУКИ О ЗЕМЛЕ
УДК 575:631.527 Л.И. Тихомирова
АНАТОМИЯ ГРАНИЦЫ КОРНЯ И ПОБЕГА У ИРИСА В КУЛЬТУРЕ ТКАНИ IN VITRO
Заложение и развитие придаточных корней ириса в культуре in vitro проходит аналогично интактным растениям. Особенностью их развития является массовое скопление гидроцитов в зоне перицикла, в месте заложения корня, а также вдоль центрального цилиндра корня. Так как гидроциты являются проводящими элементами, можно предположить, что таким образом осуществляется связь материнского побега и корня.
Ключевые слова: культура тканей in vitro, придаточные корни, проводящие элементы, центральный цилиндр корня, сосудистая система, ирис.
Этап адаптации растений-регенерантов к почвенным условиям является сложным, от него во многом зависит успех предлагаемой технологии клонального микроразмножения. Очень часто у растений-регенерантов гибнут корни, образовавшиеся в культуре in vitго, при высадке в нестерильные условия.
У некоторых видов растений на затвердевшем агаре образуются корни с гипертрофированными клетками коры и недоразвитой сосудистой системой [1; 2]. М. Smith с соавторами [3; 4] указывают, что связь между новыми корнями in vitro и побегами у растений часто прерывалась. Некоторые корни чернели вскоре после появления и прекращали рост. Исследование срезов этих корней показало, что почернение ограничено кутикулярным покрытием клеток эпидермиса.
У Brassica oleracea L связь побега и корня была чрезвычайно слаборазвитой и узкой [5]. Ауксин увеличивал активность камбия и образование адвентивных корней у берёзы повислой. В основании корней трахеидоподобные клетки обеспечивали связь с побегом [6].
В наших опытах адаптация к нестерильным условиям растений-регенерантов ириса проходила успешно. Гибели корней в результате некроза в процессе культивирования ириса in vitro мы не наблюдали. Корни у регенерантов развивались морфологически идентичные интактным растениям [7]. Важно выяснить, каким образом осуществляется связь придаточного корня у ириса, развившегося in vitro,с материнским растением.
Цель наших исследований - провести гистологический анализ соединения адвентивных корней с материнскими побегами ириса в культуре in vitro.
Материалы и методика исследований
Объекты исследований - перспективные сорта отечественной и зарубежной селекции и элитные гибриды трех видов ириса (I. sibirica L., I. ensata Thunb., I. hybrida hort.) из коллекции НИИСС им. М.А. Лисавенко (г. Барнаул).
Экспериментальные работы с использованием метода культуры тканей проведены по общепринятым методикам [8]. Анатомическое строение эксплантов изучали на постоянных препаратах, изготовленных по общепринятой методике [9].
Результаты и их обсуждение
Образование корней ириса в условиях культуры in vitro в нашем опыте является направленным, то есть из растительной ткани, минуя каллусную культуру. Заложение и развитие придаточных корней проходит аналогично интактным растениям. В паренхиме, окружающей проводящие пучки побега, обнаруживали меристемоиды в виде групп из 25-75 клеток с тёмно окрашенными цитоплазмой и ядром. После появления меристемоиды превращались в маленькие куполообразные примордии и образовывали типичный корневой апекс с корневым чехликом. Эти примордии конической формы дают начало правильно организованной системе тканей корня. На некотором расстоянии от апикальных инициалей можно обнаружить уже отграниченные друг от друга меристемы эпидермиса, коры и центрального цилиндра. В корне это разграничение выражено чётко, и его можно наблюдать в области, расположенной ближе к апексу. На продольном срезе хорошо различима первичная организация корня I. ensata, представленная центральным цилиндром, корой и корневым чехликом (рис. 1).
Рис. 1. Молодой корень на срезе побега I. ensata гибрид 59-66-00 на питательной среде MS, содержащей 15,0 мкМ 6-БАП и 1,0 мкМ НУК+0,1 мкМ ИМК (увел. 10х40)
Как считает К. Эсау [10], если рассматривать происхождение придаточных корней с гистологической точки зрения, то можно утверждать, что такие корни обычно закладываются в непосредственной близости проводящей ткани того органа, из которого они возникают. Придаточные корни, образующиеся на стеблях однодольных растений, возникают в паренхиме окружающей проводящие пучки. В ходе дифференциации элементов проводящей ткани в придаточном корне паренхимные клетки, локализованные на проксимальном конце зачатка, дифференцируются в элементы проводящей системы, и таким образом обеспечивается связь с породившим зачаток органом [12].
При гистологическом анализе побегов I. sibirica, выросших на питательных средах, содержащих 2,5 мкМ 6-БАП, активного образования адвентивных побегов не наблюдали. Часть регенерантов имела корни. В центральном цилиндре проводящие пучки окружены гидроцитами. Зачатков адвентивных побегов было немного, хорошо просматривались адвентивные корни. Особенностью их развития - массовое скопление гидроцитов в зоне перицикла, в месте заложения корня, а также вдоль центрального цилиндра корня. Так как гидроциты являются проводящими элементами, можно предположить, что таким образом осуществляется связь материнского побега и корня. Хорошо видно на срезах, как гидроциты из зоны центрального цилиндра материнского побега продолжают сопровождать корень через ткани первичной коры и далее. Эти клетки окутывают снаружи проводящий пучок корня. Вероятно, проводящая система молодого корня, развившегося in vitro, недостаточно сформирована, и при помощи гидроцитов побег снабжает корни питанием и водой (рис. 2, 3).
Рис. 2. Внешнее и внутреннее строение побега I. sibirica сорта King of King, на питательной среде MS, содержащей 2,5 мкМ 6-БАП: а) внешнее строение; б) внутреннее строение, поперечный срез (увел. 10х10)
156
Л.И. Тихомирова
2012. Вып. 4 БИОЛОГИЯ. НАУКИ О ЗЕМЛЕ
Рис. 3. Гидроцитные клетки и тяжи у побега I. sibirica сорта Shirly Pope в области соединения стебля
и корня (увел. 10x40)
Гидроциты (рис. 4) принадлежат к широко распространённому типу водоносных элементов и отличаются от анатомических элементов других типов тем, что в них сравнительно долго сохраняются клеточные ядра, хотя утолщения их оболочек одревесневшие. Утолщения клеточной стенки гид-роцитов имеют сетчатые окаймлённые поры. Гидроциты способствуют более быстрой подаче воды, чем обычные паренхимные клетки экспланта, в результате чего в экспланте формируется полноценный проводящий пучок [11].
Рис. 4. Анатомический срез побега I. sibirica сорта King of King, выращенного на питательной среде MS, содержащей 1,0 мкМ 6-БАП, поперечный разрез. Клетки гидроцитов живые и мёртвые, поперечный срез(увел. 10х40)
Выводы
1. Заложение и развитие корней у регенерантов ириса в культуре in vitro проходит аналогично интактным растениям.
2 Особенностью развития адвентивных корней у растений-регенерантов ириса является массовое скопление гидроцитов в зоне перицикла побега (в месте заложения корня), а также вдоль центрального цилиндра корня.
3. Система специализированных тканей (гидроцитная система), по всей видимости, осуществляет связь материнского побега и корня in vitro и в дальнейшем облегчает адаптацию ex vitro у ириса.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Maclelland M.T., Smith A.L., Carothers Z.B. The effects of in vitro and ex vitro root initiation on subsequent mi-
crocutting root quality in three woody plants // Plant Cell Tissue Organ Cult. 1990. Vol. 23. P. 115-123.
2. Rogers R.B., Smith M.A. Consequences of in vitro and ex vitro root initiation for miniature rose production // J.
Hort. Sci. 1992. Vol. 67. Р. 535-540.
3. Smith M.A.L., Maclelland M.T., Timmermann R. Anomalous root structure on woody plants in vitro // J. Environ. Hortic. 1991. Vol. 9. P. 61-64.
4. Smith M.A.L., Eichorst S.M., Rogers R.B. Rhizogenesis pretreatments and effects on microcuttings during transi-
tion // Acta Hortic. 1992. Vol. 319. P. 77-82.
5. Grout W.W., Aston H. Transplanting of cauliflower plants regenerated from meristem culture. I. Water loss and
water transfer related to changes in leaf wax and to xylem regeneration// Hortic. Res. 1977. № 17. Р. 1-7.
6. Iliev I., Kitin P., Funada R. Morphological and anatomical study on in vitro root formation of silver birch (Betula
pendula Roth.) // Prop. Orn. Plants. 2001. Vol. 1. P. 10-19.
7. Тихомирова Л.И., Пищева Г.Н. Адаптация растений-регенерантов ириса к нестерильным условиям // Проблемы ботаники Южной Сибири и Монголии: материалы 10 Междунар. науч.-практ. конф. Барнаул, 2011. С. 190-194.
8. Калинин Ф.Л., Сарнацкая В.В., Полищук В.Е. Методы культуры в физиологии и биохимии растений. Киев, 1980. 488 с.
9. Барыкина Р.П., Веселова Т.Д., Девятов А.Г. и др. Справочник по ботанической микротехнике. Основы и методы. М.: Изд-во Моск. ун-та, 2004. 312 с.
10. Эсау К. Анатомия растений. М.: Мир, 1969. 564 с.
11. Александров В.Г. Анатомия растений. М.: Высш. шк., 1966. 431 с.
Поступила в редакцию 29.06.12
L.I. Tikhomirova
Anatomy of Root and Soot Boundary of Iris in Tissue Culture in vitro
Establishment and development of additional roots of iris in vitro is carried out in analogy to intact plants. The peculiarity of its development is mass accumulation of hydrocytos in pericycle zone, in the place of root establishment and
along central root cylinder as well. As hydrocytos are the leading elements, we may suppose, that the connection of a
maternal shoot and a root is carried out in such a way.
Keywords: Tissue culture, additional roots, leading elements, central root cylinder, vascular system, Iris.
Т ихомирова Людмила Ивановна, T ikhomirova L .I.,
кандидат биологических наук, заведующая отделом candidate of biology, head of department
Южно-Сибирский ботанический сад Southern Siberia botanic garden,
Алтайского государственного университета Altai State University.
656049, Россия, г. Барнаул, пр. Ленина, 61 656049, Russia, Barnaul, Lenina av., 61
E-mail: [email protected] E-mail: [email protected]
