Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Возрастные изменения в клонах гладиолуса гибридного, полученных IN VITRO

ВАК РФ 03.00.05, Ботаника

Автореферат диссертации по теме "Возрастные изменения в клонах гладиолуса гибридного, полученных IN VITRO"

од

'.' , МОСКОВСКАЯ ОРДЕНА ЛЕНИНА

И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ имени К. А. ТИМИРЯЗЕВА

На правах рукописи

Л1АТЮХИН Дмитрий Леонидович

ВОЗРАСТНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ В КЛОНАХ ГЛ АД ИОЛ УСА ГИБРИДНОГО, ПОЛУЧЕННЫХ

IN VITRO

Специальность 03.00.05 — Ботаника

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

МОСКВА 1994

Диссертационная работа выполнена в Московской сельскохозяйственной академии имени К. А. Тимирязева.

Научный руководитель — доктор биологических наук, профессор И. И. Андреева.

Официальные оппоненты: доктор биологических наук Р. А. Карписонова, кандидат сельскохозяйственных наук В. И. Деменко.

Ведущее учреждение — Московский педагогический государственный университет.

Защита диссертации состоится «/7»

в «/Г» часов на заседании специализированного совета Д 120.35.08 в Московской сельскохозяйственной академии имени К. А. Тимирязева.

Адрес: 127550, г. Москва, ул. Тимирязевская, д. 49, ученый совет МСХА.

С диссертацией можно ознакомиться в ЦНБ МСХА.

Автореферат разослан . .. .

Ученый секретарь специализированного совета

А. В- Чичев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теми. Вопросы старения ,клонов вегетативно ¿размножаемых растений являются одной из фундаментальных общебиологических, проблем. Наличие явления клонового старения описано рядом авторов (Knight, 1795, Sax, 1962,- Тринклер, |982, Андреева, 1684, и др.). Однако до сих пор не существует единой точки зрения на возможные его причины. Понимание природа клонового старения затруднено тем, что даже при современном уровне, исследований крайне сложно разделить собственно возрастные эндогенные изменения и изменения, связанные с неблагоприятным воздействием. внешней среды, включая накопление fярусных и других инфекций.

- Решение проблемы возрастных изменений, происходящих в процессе . вегетативного размножения, и старения клонов важно еще и потому, что многие хозяйственно ценные виды растений в прошаленном растениеводстве размножают преимущественно вегетативно. При этом продолжительность их эффективного использования напрямую зависит от того, как развиваются образовавшиеся особи; подобно выросшим из семян растениям, или продолжают развитие с того этапа материнского растения, на котором они были отделены.

Все сказанное выше в полной мере относится и к такой важной культуре как гладиолус гибридный (Gladiolus hybridus hort.; Iridaceae) .- объекту нашего исследования.

Появление нового метода вегетативного размножения - кло-нального микроразмнозкення in vitro, с одной стороны, существенно расширило возможности исследования старения клонов за счет исключения воздействия многих неблагоприятных факторов внешней среды, а с другой - новый метод потребовал специального изучения возрастных изменений в клонах in vitro и в клонах, культивируемых затем традиционными методами. Необходимость специального изучения возрастных изменений в таких клонах стала особенно актуальна в последние 10-15 лет в связи с накоплением как фактов старения растений in vitro, так и прошедших культуру in vitro. У последних или сохраняется возрастное состояние растения - источника эксплантата, или происходит ускоренное старение. В результате эти растения быстро утрачивают хозяйственную ценность.

Целью работы было выяснение следующего: . происходит ли при клональком микроразмножении in vitro полное, до уровня семян, омоложение растений, гладиолуса гибридного; стареет ли клон гладиолуса в культуре in vitro; как влияет культура in vitro' на поеледукйций ход возрастных изменений в полученных клонах; насколько полученные данные дополняют имеющиеся представления о старении клона у гладиолуса гибридного?

Для достижения поставленной цели исследования необходимо было решить следующие задачи: получить in vitro клоны гладиолуса гибридного разного возраста, а тага® клони с точно известным порядком побегов; изучить возрастные изменения в полученных клонах в ходе онтогенетического морфогенеза составляю®« их: растений; с учетом изученых возрастных изменений в клонах, полученных in vitro, построить модель клопового старения у гладиолуса.

Научная новизиа Впервые проведено изучение динамики морфологических возрастных признаков растений в ¡слонах гладиолуса гибридного, полученных in vitro. Установлена зависимость характера возрастных изменений в клонах гладиолуса гибридного, полученных in vitro, от возраста клона, и получены данные об отсутствии омоложения в культуре in vitro. На основании проведенного исследования предложена модель старения клонов у гладиолуса гибридного.

lipajmnioeicaa з]ш.ч>£гск?п> работы. Полученные результаты найдут применение для продления промышленной эксплуатации старых ценных сортов гладиолуса гибридного, при сохранении in vitro коллекций сортов гладиолуса, а также в исследовании явления клепального старения у растений других видов.

Апробация работа. Результаты исследований., доложены в 1988-91ГГ. на конференции молодых ученых ТСХА, в 1S92 и 1993 гг. на научных конференциях ТСХА.

Нубдггсахры результатов исследований. основные полояения диссертации изложены в двух печатных работах.

Обгси и структура дг.есергац;^!. Работа изложена на 146 страницах машинописного текста, содержит Б таблиц, 10 рисунков и состоит из введения, 4 глав и выводов. Список использованной литературы представлен 212 наименованиями, в том

- 3 -

числе 89 на иностранных языках.

ОБЪЕКТ И МЕТОДЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЯ.

Объектом исследований являлись клоны гладиолуса гибридного (Gladiolus х hybridus hört.) разного возраста: два сортовых клона - старый сорт 'Oscar', голландской фирмы "Кони-йенбург и Марн", 1958 года селекции, и более молодой сорт 'Plum Tart', американской фирмы "Ешиер", 1976 года селекции (Тамберг, 1983), а таклое клоны семенного происхождения, выращенные in vitro из семян урожая 1988 года, полученных в результате. свободного опыления материнских растений сорта ' Plum Tart'.

Клубнелуковицы и детки сорта 'Oscar' были получены осенью 1987 года со станции цветоводства Московской сельскохозяйственной академии им. К. А. Тимирязева и из Отдела цветоводства Главного ботанического сада РАН; клубнелуковицы сорта 'Plum Tart' в том же году из Отдела цветоводства Главного ботанического сада РАЕ

Все работы, связанные с культурой in vitro, проводили в Отделе.биологии клетки и биотехнологии Института физиологии растений РАН, а работы, связанные с исследованием возрастных . изменений у растений в грунте, - на опытном участке Ботанического сада UCXA им. К А. Тимирязева.

Известные на момент начала наших исследований методики клонального микроразмнокения гладиолуса гибридного in vitro .(Ziv et al., 1970, Hussey, 1978, Ziv, 1979, Dantu, Bhojwany, 1986 и др.) не в полной мере подходили для изучения возрастных изменений в клонах, гак как давали материал, содержащий каллус и адвентивные почки.

Вследствие этого нами была разработана модифицированная методика культивирования побегов гладиолуса гибридного (Андреева и др. , 1990). Основное отличие от методик, обычно применяемых для клонального микроразмножения in vitro, состояло в том, что побеги гладиолуса попеременно культивировали сначала на среде, содержащей экзогенные регуляторы роста (что

стимулировало пролиферацию покоящихся почек), а затем на среде без регуляторов роста (что способствовало нормальному за-, ложению пазушных почек и формированию побега близкому по структуре к побегам, развивающемся in vivo). Эта методика позволила моделировать формирование клона, при котором побеги "возобновления" формировались из одиночных почек в верхней части клубнелуковицы миниатюрного побега, растущего in vitro.

Освобожденные от крыльев семена и изолированные эксплантаты стерилизовали 30 с в 70% этаноле и 15 мин в 1% растворе диацида, а.затем трижды промывали стерильной дистиллированной водой (3, 15 и 15 мин), после стерилизации эксплантаты помещали на агаризованную среду в пробирки 200x20 мм. На' этапе введения в культуру in vitro эксплантаты представляли собой либо почки возобновления клубнелуковиц , либо верхние части деток (1-2 метамера) с верхушечной и боковыми почками. Всего было высажено 95 почек возобновления клубнелуковиц и 50 верхушек деток сорта 'Озсаг', 82 почки возобновления клубнелуковиц и 2 верхушки деток сорта 'Plum Tart', а также 116 сettófi. При введении в культуру in vitro от инфекции погибло около 20% первичных эксплантатов и менее 5% семян.

Основная среда культивирования имела следуквдй состав: соли по прописи Мурасиге и Скуга (Murashige, Skoog, 1962), инозит (100 иг/л), тиамин-хлорид (0,4 мг/л)', пиридоксин-хлорид и никотиновая кислота (по 1,0 мг/л), сахароза ('30 г/л), агар (? г/л). Для стимуляции роста эксплантатов в основную среду были добавлены (на 1 д) 0,5 ыг бензиламшопурина (БАП) и 0,1 мг нафтилуксусной кислоты (ЛУК). Семена высаживали на основную среду без регуляторов роста

Растения в пробирках культивировали в камере фитотрона при температуре 25 С, влажности 70Z, освещенности 5000 лк и продолжительности светового для 16 ч.

Для,пассирования (в среднем через 4 недели) использовали либо начавшие рост побеги, либо 1-2 верхних метамера побега с верхушечной и боковыми почками.

После получерна in vitro миниатюрных клубнелуковиц, пригодных для использования в качестве посадочного материала, было проведено изучение возрастных изменений в этих клонах

вне культуры in vitro. Всего было изучено 10 вариантов клонов:

• 1) клон сорта 'Oscar'(высажено в грунт 60 особей);

2) клон сорта 'Plum Tart'(высажено 105 особей);

3-10) совокупности особей клонов семенного происхождения с порядком побегов от 1 (главные побеги) до 8 (высажено 30,' 102. 61, 64, 110, 88, 47 и 30 особей соответственно).

Полученные in vitro клубнелуковицы после хранения при пониженных температурах (+5-+10 С) высаживали в первой декаде мая на площади питания 15x20 см на территория опытного участка Ботанического сада МСХА. Каздый экземпляр этикетировали. Уборку растений производили по завершении периода вегетации в I-11 декаде октября. После уборки производили описание веек растений изучаемых клонов. Изучали признаки, для которых были установлены изменения в ходе онтогенеза, зависящие от возраста клона (Андреева, 1977), а именно: число листьев низовой формации, число листьев срединной формации на вегетативной и репродуктивной частях побега, диаметр и высоту клубнелуковицы, длину репродуктивной части побега до соцветия, длину соцветия, диаметр стебля у основания репродуктивной части побега, число цветков в соцветии, диаметр нижнего цветка, глубину втягивания, число контрактильных корней, число специализированных органов вегетативного размножения - клубнелукови-чек-деток. Для полученных значений, в соответствии с принятой в ботанических исследованиях методикой статистической обработки (Зайцев, 1973, 1990), определяли репрезентативность'выборки и рассчитывали средние значения и ошибки средних.

В качестве тест - системы для определения признаков молодости и старости использовали результаты работ И. И. Андреевой по изучению онтогенетического морфогенеза гладиолуей гибридного и возрастных изменений в его клонах (Андреева, 1971-1987). Основываясь на них, признаками молодости у растений гладиолуса считали: высокоцилиндрическую или шаровидную клубнелуковицу, малое число листьев срединной формации, доминирование развития монокарпического побега по дициклическому типу, средние значения числа контрактильных корней и глубины втягивания, значительное число деток. Признаками старости -

- б -

небольшие плоские клубнелуковицы, значительное число листьев срединной формации, развитие монокарпических побегов по ыоно-циклическому типу, или побегов с неполным циклом, небольшое число контрактильных корней и малая глубины втягивания, отсутствие иди малое число деток.

При изучении возрастных изменений в клонах гладиолуса гибридного был проверен анализ изменения численности особей, полученных in vitro, для того, чтобы на основе их кривых выживания установить ' соответствие между ходом старения этой части клона у гладиолуса и формами старения одновозраетных популяций. Анализировали также изменение числа клонов, культивируемых in vitro. При анализе динамики численности клонов учитывали растения вне зависимости от причин их гибели. Численность погибших и выживших особей определялась на этапе-культивирования in vitro в день пассирования, на этапе культивирования в грунте - в конце сезона вегетации (число деток при этом не учитывали). С появлением дифференциации клонов на возрастные группы, кроме учета общей численности, проводился и учет изменения численности этих возрастных групп.

РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСЕЕРШЕНГАЛЬШХ ИССЛЕДОВАНИЯ.

Динамика возрастных признаков в клонах гладиолуса гибридного, полученных in vitro.

Возраспшэ пргаШ1Ш растений гдадаолуса с ity-Cbiypo in

vitro. Уже на самых ранних этапах культивирований мы наблюдали резкое уменьшение размеров растений, по сравнению с выращенными в грунте. Подобная миниатюризация в культуре in vitro отмечена во всех работах по клональному микроразмножению гладиолуса (Ziv et al. , 1970, 1990, Hussey, 1978, Ziv, 1979, Dantu, Bhojwany, 1986, Румынии и др. , 1991 и др.). На этом этапе совершенно отсутствовали различия по морфологическим признакам как между растениями, имеющими побеги разных порядков, так-и между растениями клонов разного возраста.

Достоверно определить омололаены миниатюрные растения гладиолуса гибридного, растувде в культуре in vitro, или нет.

было невозможно из-за отсутствия целого ряда признаков, по которым можно диагностировать возрастное состояние. По тем возрастным признакам, которые можно было определить (признаки' побеговой системы).растения, растушце in vitro, были близки к молодым растениям, выращенным из семян.

Изменешге возрастных признаков растений, полученных in vitro, при культивировании их в грунте. В первый год жизни в грунте у растений, прошедших культуру in vitro, сроки начала роста растягивались от середины мая до начала октября. При этом весьма значительная доля растений вообще не начинала роста и растения погибали либо в течении сезона вегетации, либо при последующем зимнем хранении.

К концу периода вегетации растения всех вариантов имели ювенильный комплекс возрастных признаков. Побеги их несли от i до 4 (обычно 2) листьев низовой формации, от 1 до 5 (обычно 2-3) листьев срединной формации, имели небольше (1,0-1,5 см диаметром) округлые (с отношением высоты к диаметру 0,75-1,20) клубнелуковицы. Однако, некоторые признаки не соответствовали признакам ювенильных растений, выращенных из семян in vivo. Так, глубина втягивания оказалась очень небольшой (1-2 см), развивалось мало (2-4) контрактильных корней, практически отсутствовали детки.

Такое сочетание признаков в первый год культивирования в грунте не позволило однозначно считать растения, полученные in vitro, такими же молодыми как растения семенного происхождения.

Второй год жизни клонов в грунте характеризовался синхронизацией прорастания клубнелуковиц в начале вегетации. Во всех вариантах были обнаружены различия в темпах развития растений. Некоторые из них прекращали рост после развертывания 1-3 листьев срединной формации, другие продолжали рост • и развитие. В конце вегетации растения внутри каждого варианта разделились на три группы.

Первая группа была представлена растениями, сохранившими комплекс признаков, характерный для растений предыдущего года жизни: сочетание признаков молодости и старости при общем ювенильном облике. Побеги этих растений имели от 2 до 3 (в

- в -

среднем 2,2) листьев низовой формации, от 1 до 4 (в среднем 3) листьев срединной формации - несколько меньше, чем в предыдущем году, небольшие (около 1,5 см диаметром), несколько более уплощенными (отношение высоты к диаметру 0,71-0,97) клубнелуковицами. Глубина втягивания и число деток, по сравнению с предыдущим годом, несколько увеличились, а число кон-трактильных корней осталось тем ке.

Вторая группа (виргашльные особи) била представлена растениями, побеги которых имели от 2 до 4 (в ■ среднем 2,2) листьев низовой формации, от б до 8 (в среднем около 7) листьев срединной формации, довольно крупные (3,0-3,5 см в диаметре и 2,0-2,5 см высотой) уплощенными (отношение высоты к диаметру 0,58-0,73) клубнелуковицами. Растения этой группы не цвели. Глубина втягивания (4-5 см), число конграктильиьк корней (9-11) и число деток (40-65) соответствовали растениям гладиолуса второго - шестого годов шани, развивагодыся из почек возобновления клубнелуковиц в ходе большого жизненного цикла (Андреева, 1977, 1984).

Третья группа была представлена генеративными растениями. Их побеги имели развитые вегетативные и репродуктивные части с 2-4 (в среднем 2,0-3,2) листьями низовой формации, 4-6 (в среднем около 5) листьями срединной формации на вегетативной части побега.и 3-5 (в среднем 3,5-4) листьями срединной формации на репродуктивной части побега, с крупными (диаметр 3,0-4,0 см, высота 2,0-2,5 см), плоскими (отношение высоты к диаметру 0,53-0,64) клубнелуковицами. По глубине втягивания (3-5,5 см) и числу конгракг'йльных корней (8-11) растения этой группы мало отлйчаЛис'ь от растений предыдущей группы, а по числу деток (19-27) уступали им.

Сходство мемду растениями одинаковых групп из разных клонов било больше, чем мееду растениями разных групп одного клона.

Частота встречаемости этих трех групп в разных вариантах оказалась различной. В самом старом сортовом клоне 'Oscar' доминировали генеративные растения, в средневозрастном сортовом клоне 'Plum Tart' - виргтшльние, а в самых молодых несортовых клонах - растения с ювенильными признаками.

В клонах, полученных из семян, среди'растений с главными побегами, доминировали особи ювенильного облика (75%), остальные (26%) были представлены виргинильными особями. Растения с побегами второго порядка были представлены ювенильными (60,5%), виргинильными (23,9%) л генеративными (11,6%) особями. Растения с побегами от третьего до пятого порядка были представлены как ювенильными (81,8%, 60,0% и 60,0%, соответственно), так и виргинильными (18,2%, 40,0% и 40,0% ) особями, а от шестого до восьмого - только ювенильными.

На третий год жизни клонов в грунте отмеченное в предыдущий год разделение, по возрастным признакам на три группы сохранилось (и проявилось у растений клонов, выращенных из семян, с побегами высоких порядков). Внутри групп усилилось проявление признаков старения. В сортовых клонах доминировали генеративные особи. В клонах, выращенных из семян, стали доминировать генеративные и виргинильные особи. В отличие от сортовых клонов, в клонах семенного происхождения практически во .всех.вариантах сохранялась значительная ( от 14,1 до 25,8%) доля растений с ювенильным. обликом. '

Обобщая результаты изучения изменений возрастных признаков во всех клонах за три года наблюдений, можно констатировать следующее. . •

1. В клонах идут возрастные изменения выражающиеся в приобретении особями клона признаков старения: от исходного комплекса признаков побегов с ювенильным обликом к виргиниль-ному и генеративному комплексам признаков.

2. Наиболее быстро возрастные изменения протекали в самом- старом сортовом клоне ' Oscar', несколько медленнее - в средневозрастном клоне 'Plum Tart' и медленнее"всего - в самых молодых клонах семенного происхождения.

■ 3. При .сравнении растений с побегами разных порядков клонов семенного происхождения выяснилось, что быстрее всего возрастные изменения протекали у растений с побегами второго и третьего порядков, несколько медленнее у растений с побегами первого порядка (главными побегами) и еще медленнее у растений с побегами.пятого и более высоких порядков. Эта зависимость не соответствует установленой .при изучении онтогенеги-

,-10-

ческого морфогенеза гладиолуса (Андреева, 1977, 19S4), которое показало усиление проявления признаков старения с увеличением порядка побегов.

4. Важное место, которое занимают растения ювенильного облика, напоминающие проросшие детки, в существовании клонов гладиолуса, полученных in vitro, и их отличия от ювенильных особей, выращенных из' семян в грунте, позволяют выделить их как особую стадию в онтогенетическом морфогенезе гладиолуса, которая реализуется при культивировании гладиолуса in vitro.

Изменение численности растений, полученных in vitro, числа клонов и вдутршланальньк линий как характеристика старения клонов у гладиолуса гэйридного. В первый год выращивания клонов I типа в грунте во всех вариантах наблюдалось рез-' кое снижение их численности. Смертность колебалась от 38,5 X до 90,7%, в среднем 70,3%, общая смертность в первый год'69,6 Основной причиной гибели растений являлось то, что полученные in vitro клубнелуковицы прорастали в течение веето периода вегетации и растения не успевали сформировать покойвдяе-ся клубнелуковицы, что приводило к их гибели йри хранении.

Процент гибели был существенно выше у клонов, выращенных из семян (72,4%), чем у сортовых клонов (60,ОХ), а среди клонов семенного происхождения смертность была выше у клонов с большим порядком побегов или проведших in vitro на год больше Резкое снижение численности особей в этих вариантах была, на • наш взгляд, связана с более длительным пребыванием этих растений в условиях культуры in vitro и вызванным этим отбором на оптимальный рост-в тех условиях, которые весьма отличные от условий культивирования в грунте.

Это явление напоминает резкое падение численности популяции, которая наступает на ранних стадиях онтогенеза у многих организмов; гибель семян п проростков у растений, детенышей и молодых особей у животных, детскую смертность у ч«.-лоье-ка ( Комфорт, 1967, Лэмб, 1930 ).

¡1а ьторой и третий год культивироьииил ь грунте ИрОЦеН! гибели растений во ьсех вариантах рк,ко •.•hit.'jti.ioi и чи^л-. н-ность особей, полученных m vitio, псччм ¡i-pi-o^u'i.i t-'0.-;;'aL:: ii'i

ся. В тоже время, если отдельно,рассмотреть изменение численности особей ювенильного облика, то окажется, что их численность убывает примерно в одно и тоже число раз за сезон. График изменения их численности имеет вид логарифмической кривой. Вероятность сохранения в этой стадии остается остается неизменной (альтернатива - гибель или переход в виргинильное и генеративное состояние). Такой тип кривой выживания позволяет предположить, что особи ювенильного облика можно рассматривать как стареющие со скоростью меньшей, чем особи, находящиеся в других возрастных состояниях. Этим может быть объяснено удлинение цикла развития монокарпических побегов и длительное сохранение других признаков молодости в клонах, прошедших культуру in vitro.

Учитывая сходство структуры побегов особей с ювенильной морфологией и "проросших деток", можно предположить, что продолжительное существование сортов гладиолуса гибридного (больше, чем длительность существования клона образующегося только за счет .почек возобновления клубнелуковиц) осуществляется из-за того, что детки стареет значительно медленнее, чем виргинильные и генеративные особи.

Число особей клонов- во время культивирования in vitro определялась емкостью камеры фитотрона и поддерживалась приблизительно на одном уровне. Общая численность особей при этом увеличивалась за счет выводимых из цикла размножения миниатюрных клубнелуковиц. В тоже время число самих клонов, выращенных из семян, а также внутриклональных линий (под внутрик-лональной линией понимается группа особей, возникших in vitro в результате вегетативного размножения одного эксплантата) сначала сокращается, а затем остается на некотором постоянном уровне. Такой тип кривой выживания встречается у организмов, для которых характерна высокая смертность в раннем возрасте и увеличений продолжительности предстоящей жизни с возрастом. Рто погчяшк-г предположить. что клоны гладиолуса, рассматри-ъас',<№ как t-nstiice цело*, подобны гпким организмам, и в куль-"У¡<>:^ iti vit ic могут i-yuj-cvtou.frj> н'.-опк-днл.-нно долго, не про-

.!!'.л>н SI! ■'.!'■■ IL" ОТИ И Ч. [¡Vi- Нр-ДП'-'ЛОП-р!!«.* верно, ТО

V/Ki iti '.' : I ; о Mj:-T 11! J,)■■;•:./:>< :vjri;!11H(t!l.i МЕТОДОМ COXpHHO-

- 12 -

ния старых сортов гладиолуса.

Модель старения клонов у гладиолуса гибридного.

В соответствии с предлагаемой моделью, особи, ' составлякь щие клоны-у гладиолуса гибридного, могут находиться в двух состояниях принципиально отличающихся скоростью старения. В этом проявляется поливариантность онтогенеза внутри вида по скорости старения. Особи, находящиеся в первом состоянии, стареют относительно быстро; продолжительность существования клонов, состоящих исключительно из таких особей (например, клонов I типа по Я IL Игнатьевой (1983)) составляет около десяти лет (Андреева, 1977, 1984). Особи, находящиеся во втором состоянии стареют значительно медленнее, либо не стареют вообще ( до перехода в' первое состояние), и клоны в составе которых имеются такие особи (например, промышленные сорта, периодически "омолаживаемые" детками или с помощью культуры in vitro) могут существовать намного дольше - до нескольких десятков лет. Первому состоянию соответствует комплекс признаков виргинильных и генеративных растений, клоны, состоящие из них, имеют прямоугольную кривую выживания, второму - комплекс признаков ювенильных растений первого года жизни, комплекс признаков стадии растений ювенильного облика, "проросших деток" и собственно деток; клоны, состоящие только из них имеют логарифмическую кривую выживания. Эти особи подобны луковицам Gagea и Tulipa bibersteiniana, находящимся в состоянии вторичного покоя (Смирнова, 1986) и жизненной форме стланника у Tilia cordata (Чистякова, 1978), для которых указывается неопределенно большая продолжительность существования.

В ходе большого жизненного цикла гладиолуса возможны взаимные переходы от одного состояния к другому. При этом, из почек побега, пребывающего ■ в медленно стареющем состоянии, могут формироваться побеги, переходящие в быстро стареющее, состояние (при этом• происходит переход к виргинильному или генеративному комплексу признаков), и, наоборот, из почек побега, находящегося в быстро стареющем состоянии могут форми- ■

ровагься побеги, переходящие в медленно стареющее состояние (при этом происходит образование деток или растении с юве-нильной морфологией).

Во втором случае происходит видимость "омоложения", по фактически такового не происходит, так как продолжительность существования внугриююнальной линии (в данном случае вегетативных потомков "омоложенной" особи) возрастает только по сравнению с сестринскими линиями, в которых имеются особи исключительно в быстро стареющем состоянии, аа счет времени, проведенной в медленно стареющем состоянии; организм не воэв-раа'дется к предшествующей стадии онтогенеза; возрастные изменения протекает в премнем направлении, но значительно более медленно.

Против предположения об "омолодешш" свидетельствуют следующие факты: низкая жизнеспособность деток, формируыншхся на побегах высоких порядков у растений, образовавшихся из почек возобновления клубнелуковиц, и быстрое старение клонов, образующихся из этих деток (Андреева, 1984); наличке отдельных признаков старости у особей, полученных in vitro; более быстрое проявление признаков зрелости и старения в ¡слонах сортов с больсим хронологическим возрастом, полученных in vi tro.

В большом етзненном цикле гладиолуса гибридного чередование состояний' медленного и быстрого старения происходит следующим образом. В первый год кизни растение, выросшее из семени пребывает в медленно стареющем состоянии. На второй год происходит дифференциация образовавшегося клона на быстро стареющую фракцию - виргинилыше и генеративные особи, выросшие из деток, образовавшихся в первый год лизни, и на фракцию остающуюся в медленно стареющем состоянии - детки и ■ часть эсобей, выросших из деток и сохранивших ювенидышй комплекс признаков.' На третий и последующие годы жизни разделение на фракции сохраняется, но структура этих фракций усложняется. EU?rpo старешдя фракция представлена клонами, возникшими в результате партикуляции генеративных особей ц виргннильныш й "енеративними особями, выросшими из деток, йракция остаюйряся i медленно стареющем состоянии представлена, во-первых, лини-

ей деток и особей с ювенильной морфологией ("проросших деток") , происходящих от особей, в течение всей предшествующей жизни существовавших только в медленно стареющем состоянии -своего рода аналог "зародышевой плазмы" Бейсмана (Weissmann,1882). Эти особи постарели в наименьшей степени, и именно за счет них возможно существование сортов в течение нескольких десятилетий. Во-вторых, фракция представлена детками и -особями с ювенильной морфологией, образовавшимися на побегах более или менее продолжительное время находившихся в быстро стареющем состоянии. Продолжительность жизни клонов, возникших из особей этой группы, будет меньше, чем у клонов, возникших из особей предыдущей группы (особей "зародышевого пути"), а признаки старения начнут проявляться раньше.

При традиционной схеме культивирования гладиолуса, когда для "омоложения" сорта используют крупные детки с высокой жизнеспособностью и быстро образующие крупные, способные к скорому зацветанию клубнелуковицы, можно ожидать, что доля особей "зародышевого пути" будет уменьшаться. Это происходит потому, что репродуктивные и виргинильные особи производят больше крупных деток, чем особи с ювенильной морфологией. Поэтому в течение существования сорта особи "зародышевого пути" постепенно полностью элиминируется, и из-за периодического возобновления клона за счет деток, произведенных уже частично состарившимися особями, происходит старение клона в целом.

Всю совокупность особей гладиолуса, являющихся вегета- , тивными потомками растения, выросшего из одного семени (клон, в практике - сорт) в рамках предложенной модели можно уподобить одной особи у деревьев или непартикулирующих кустарников. При этом клоны, возникшие в результате партикуляции генеративных особей у гладиолуса будут аналогичны системам побегов формирования дерева или кустарника (Мазуренко, Хохря-, ков, 1977ч. а особи "зародышевого пути" - комплексам спящих почек в базальной части ствола.

При клональном микроразмножении в культуре in vitro возрастные изменения происходят следующим образом. При введении в культуру in vitro, сопровождающимся выращиванием на среде с высоким содержанием экзогенных регуляторов роста цигокинино-

вого действия, происходит переход культивируемых побегов в медленно стареющее состояние, с формированием соответствующего комплекса морфологических признаков. При продолжительном культивировании in vitro весь клон существует в атом состоянии и может быть стабилен неопределенно долгое время. На начальных этапах культивирования происходит элиминация части внутриклональных линий, причины которой в рамках данного исследования специально не изучались. Однако исходя из того, что переход в условия культуры in vitro является для растений новым неблагоприятным изменением внешней среды, можно предположить, что элиминации в большей степени подвержены наиболее старые внутриклональные линии, обладающие меньшей жизнеспособностью. Следствием этого может быть то, что в культуре in vitro отбираются в наименьшей степени постаревшие линии, что затем проявляется в большой длительности пребывания в медленно стареющем, состоянии у особей, высажен них в грунт.

У старых сортовых клонов культивирование in vitro не вызывает омоложения, а-лишь тормозит их старение за счет времени пребывания in vitro, за счет, удлинения пребывания в медленно стареющем состоянии после высадки в грунт и за счет элиминации наиболее старых линий при переходе в культуру in vitro и из культуры в нестерильные условия.

После высадки миниатюрных клубнелуковиц в грунт происходит постепенный переход особей из медленно стареющего состояния в быстро стареющее, сопровождающееся элиминацией части особей, особенно в первый год. Продолжительность пребывания в медленно стареющем состоянии после высадки в грунт зависит от хронологического возраста клона (чем больше возраст, тем меньше срок пребывания) и от условий культуры (например субкультивирование на среде с повышенной концентрацией сахарозы ускоряет созревание (Dantu, Bhojvam, 1986). После перехода в быстро стареющее состояние особей клона, он начинает стареть в соответствии с уже описанной схемой.

Предложенная модель позволяет описать.старение клонов у гладиолуса следующим образом. Клон (совокупность всех вегета^, тивных потомков растения, выросшего из семени) в реальных условиях культуры неизбежно стареет, что выражается:

- 16 -

- в сокращении, с течением времени, продолжительности последующей жизни, сопровождающегося проявлением признаков старения и полной гибелью особей клона, возникающих в результате паргикуляции (только из почек возобновления клубнелуковиц) ;

- в увеличении с течением времени среди находящихся в медленно стареющем состоянии особей доли потомков все более и более состарившихся генеративных особей с побегами высоких порядков, последуюшдя продолжительность жизни всей совокупности медленно стареющих особей в результате этого процесса неуклонно сокращается;

- в невозможности полного омоложения специальными методами (выращивание растений из деток, культура in vitro).

Культивирование in vitro не вызывает омоложения клона, но позволяет продолжительное время поддерживать клон за счет перевода всех особей в медленно стареющее состояние и возможности сокращать в составе клона долю сильно состарившихся особей, за ^чет их преимущественной элиминации при переходе из нестерильных условий в культуру in vitro и обратно.

ВЫВОДЫ.

В результате изучения динамики возрастныз морфологических признаков в клонах гладиолуса гибридного (Gladiolus hibridus hört., Iridaceae) нами было установлено следующее.

1. В культуре in vitro растения гладиолуса гибридного, независимо от возраста клона, имеют, в целом, ювенильный облик. Детальный анализ показывает наличие у них сочетания возрастных признаков молодых и старых особей.

2. В прошедших культуру in vitro клонах в ходе их последующего культивирования в грунте происходит дифференциация особей по возрастным признакам: растения ювенильного облика, аналогичные культивируемым in vitro, виргинильные и генеративные растения. Переход к формированию комплекса признаков генератйвных растений происходит раньше у старого клона, несколько позже у средневозрастного и позже всего у молодого клона.

- 17 -

3. Выявлено, что при увеличении порядка побегов у особей молодых клонов, выращенных in vitro из семян, в отличие от клонов, образующихся in vivo в результате партикуляции, четкая корреляция между порядком побегов и проявлением признаков старения отсутствует.

4. Исследования показали, что клональное микроразмножение in vitro растений гладиолуса гибридного не вызывает глубокого их омоложения, которое происходит при семенном размножении. Это выражается в более быстром проявлении морфологических признаков зрелости при последующем культивировании в грунте у растений клонов с большим хронологическим возрастом йо сравнению с растениями клонов меньшего возраста. Запаздывание проявления признаков старения в молодых клонах происходит за счет более длительного существования особей ювенильно-го облика.

5. Существенные отличия по возрастным признакам растений, ювенильного облика от виргинильных и генеративных позволяют предполагать,что в ходе большого жизненного цикла, а также в культуре in vitro, растения гладиолуса могут находиться в двух, принципиально различающихся по скорости старения состояниях. Первое из них характеризуется замедленным старением и ювенильным комплексом признаков, второе - быстрым старением и комплексом морфологических признаков''виргинильных и генеративных растений.

6. Анализ экспериментальных данных показал,что старение клонов гладиолуса гибридного происходит неизбежно, но скорость этого процесса зависит от того, в состоянии замедленного или быстрого старения находятся составляющие этот клон особи, и от соотношения численности особей в разных состояниях. В том случае, если все особи клона находятся в состоянии замедленного старения, клон может существовать неограниченно долго. В реальных условиях клон включает в себя особи в обоих состояниях. Его продолжительность жизни ограничена за счет преимущественного выживания особей в состоянии быстрого старения.

7. Выявленное в процессе исследования существование всех эсобей клона in vitro ь состоянии замедленного старения поз-

воляет рекомендовать культивирование и депонирование in vitro как эффективный прием сохранения старых ценных сортов гладиолуса гибридного.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Андреева И. И. , Катаева Е В., Матюхин Д. JI Клональное микрораэмнокение гладиолуса гибридного, позволяющее моделировать процессы старения. - Изв. ТСХА. - 1S90. - вып. 4. -С. 38-104.

2. Матюхин Д. JL Возрастные изменения в клонах.гладиолуса гибридного, полученных in vitro. - Докл. "ТСХА. - 1994.-Вып. 266.