ЭлБиб

Генетические ресурсы и интродукция

Биотехнология семяпочек и семян кедра сибирского (Pinus sibirica Du Tour)

И.Н.Третьякова, H.В.Новоселова

Институт леса им. В.Н.Сукачева, Сибирский государственный технологический университет, Красноярск, Россия

Сосна кедровая сибирская (кедр сибирский) — орехоносное дерево Сибири продуцирует семена используе

мые как пищевое и лекарственное сырье. Эндосперм кедровых орехов содержит жиров 59.9 %, белка 19.9 %,

крахмала 12.4 %, золы 2.3 %, клетчатки 2.2 %, семеная кожура включает дубильные вещества. Женские шишки ке

дра сибирского на всех этапах их формирования характеризуются высоким содержанием гормонов (ауксины и

гиббереллины), аминокислот и низкомолекулярных углеводов (Минина, Ларионова, 1975).

Биология семян кедра сибирского до сих пор изучена слабо. Установлено, что семена данного вида имеют

длительный срок созревания (в течение 2-х вегетационных периодов). Зрелые семена содержат недоразвитые

зародыши, требующие завершение внутрисемейного роста в процессе стратификации (4 и более месяцев). Сре

ди особей кедра сибирского встречаются отдельные гетерозисные формы, у которых созревание женских шишек

происходит в течение 1,5-2 месяцев вместо 2-х лет (Ирошников, 1974; Минина, Ларионова, 1979). Однако форми

руются семяна без зародышей, но с развитым эндоспермом (Третьякова, 1990).

Одним из приемов, способствующих ускоренному формированию семян кедра сибирского и быстрому наро-

станию биомассы, является биотехнологическое культивирование семяпочек и зародышей кедра сибирского в

культуре in vitro. В качестве объектов исследования использовались типичные (формирование семян in vivo в те

чение 2-х лет) и гетерозисные формы кедра сибирского (формирование семян в течение 1,5-2 месяцев), собран

ные в Западном Саяне и на прививочной плантации Погорельского стационара Института леса. Эксплантами яв

лялись семяпочки в период оплодотворения и на ранних стадиях эмбриогенеза. Культивирование проводилось на

среде MS (Murashige, Skoog, 1962) и LP (Arnold, Eriksson, 1981), со следующими гормонами: индолилуксусной

кислотой (ИУК); 2,4-дихлорфеноксиуксусной кислотой (2,4 Д); 6-бензиламинопурином (6-БАП) и кинетином. При

этом семена стеризовались в 3 % растворе йода и промывались 3 раза по 20 мин. в стерильной дистиллирован

ной воде. Затем в антисептических условиях семяпочки освобождались от жестких верхних покровов, зародыши

извлекались из семяпочек. Семяпочки сажались на агаризованную среду MS (с гормонами 2,4 Д (2 мг/л): кинетин

(0,2 мг/л) и ИУК (0,2 мг/л): кинетин (0,2 мг/л)).

Культивирование in vitro семяпочек в период созревания яйцеклетки показало, что на среде MS с ИУК (концен

трациями: 0,15 мг/л; 0,2 мг/л; 0,35 мг/л; 0,4 мг/л) через 15 дней на эксплантах происходило образование каллу

са. На среде с меньшей концентрацией ИУК (0,15 мг/л) каллусообразование шло более интенсивно, чем на среде

с высокой концентрацией (0,35 мг/л; 0,4 мг/л). На среде с ИУК (0,15 мг/л) увеличение биомассы каллуса происхо

дит в 2-2.5 раза, на среде с ИУК (0,2 мг/л) в 1.8 раза, а на средах с ИУК (0,35-0,4 мг/л) в 1,5 раза. Образование би

омассы происходит наиболее интенсивно у гетерозисных форм кедра сибирского с признаками акселерации

женских шишек.

Проведенные опыты показали, что перспективными для культивирования являются семяпочки, собранные че

рез 1 месяц после оплодотворения (конец I декады июля). В этот период зародыши находятся в «точковой» ста

дии развития. Длина их оси составляет 1-2 мм. Зародыши полностью дифференцированны на корешок, гипоко-

тиль и семядоли. У данных семяпочек при непрерывном культивировании in vitro активизируется рост и развитие

зародышей. Через 2 месяца (в I декаде сентября) при культивировании in vitro на агаризованной среде с 2,4 Д:ки-

нетин, и через 3 месяца (в Iдекаде ноября) на среде с ИУКгкинетин такие зародыши прорастали. У проросших за

родышей четко выделялись семядоли (6-8 мм), гипокотиль (5-7мм) и зародышевый корешок (4-6 мм). Образовав

шиеся проростки достигали длины 16-22 мм.

Перспективными для культивирования оказались нестратифицированные зародыши зрелых семяпочек, вве

денные в культуру in vitro на среду MS с гормонами ИУК (0,5 мг/л):кинетин (0,2 мг/л), 6-БАП (1 мг/л) и без гормо

нов. При этом размеры вводимых зародышей достигали 5-7 мм и занимали от 3/4 до 1/2 длины зародышевого ка

нала. В норме такие зародыши требовали длительной стратификации (5 месяцев и более). Спустя 1 сутки после

посадки у зародышей наступала стадия быстрого насыщения клеток питательными веществами. На 2-е сутки у за

родышей происходило увеличение размера в 1,5 раза и раскрытие семядолей. На 3-и сутки наблюдалось разра

стание семядолей и приобретение ими зеленой окраски (80 % эксплантов). При дальнейшем культивировании

(через 1 месяц) на среде MS (без гормонов) наблюдался рост эпикотиля, тогда как корешок оставался в зачаточ

ном состоянии. В то время как на среде MS (с ИУК) шел активный рост зародышевых корешков и слабое развитие

семядолей. Через 1,5 месяца культивирования на среде MS (с ИУК) длина корешков составляла от 10 до 13 мм, а

размеры эпикотиля были от 3 до 5 мм. На безгормональной среде длина эпикотиля составила от 5 до 7 мм, ко

решки не развивались. Через 3 месяца культивирования на среде MS (с ИУК) у эксплантов кедра сибирского на

блюдалось образование боковых корешков (длиною 0,5 и 1 мм). За этот же период на безгормональной среде

корнеобразование не наблюдалось. Через 4 месяца культивирования на среде MS (с ИУК) длина корешков со

ставляла от 17 до 20 мм, боковых корешков от 0,3 до 2 мм, эпикотиля от 5 до 8 мм.

При культивировании зародышей на среде MS (с 6-БАП) наблюдалось образование адвентивных почек через

1,5 месяца после посадки (от 4 до 10 шт. на зародыш). Образование почек шло у основания семядолей и на их кон

чиках. Спустя 4 месяца культивирования размеры адвентивных почек составляли от 2 до 4 мм. При перенесение

адвентивных почек на среду MS (с гормонами 6-БАП (2 мг/л): ?-НУК (2 мг/л)) наблюдается увеличение их разме

ров в 1,5-2 раза. Не исключено, что при дальнейшем культивировании из таких почек разовьются жизнеспособ

ные растения.

Таким образом, процесс стратификации, в течение которого происходит внутрисемейной рост зародыша у ке

дра сибирского можно успешно заменить культивированием нестратифицированных зародышей in vitro. При та

ком культивировании нестратифицированные зародыши развиваются в активно фотосинтезирующие проростки,

минуя процесс стратификации, который длится у кедра сибирского 3-5 месяцев. В целом, ускоренное выращива

ние семян сосны кедровой сибирской в культуре in vitro, быстрое получение биомассы каллусных культур, а также

культивирование уникальных генотипов (семенных акселератов) составит ценный биотехнологический материал

для выращивания в культуре in vitro важного орехоносного вида Сибири-кедра сибирского.

217

Научная электронная библио ека ЦНСХБ