Использование высокоамилозного крахмала кукурузы в питательной среде для культивирования пыльников ячменя
Изучены гелеобразующие свойства кукурузных крахмалов, выделенных из зерна линий-носителей мутантных аллелей генов структуры эндосперма — wx, su2, ae, контролирующих соотношение амилозы и амилопектина. Установлено, что крахмалы с повышенным содержанием амилозы (мутации ае, su2) по сравнению с крахмал...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Физиология и биохимия культурных растений |
|---|---|
| Datum: | 2009 |
| Hauptverfasser: | , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Iнститут фізіології рослин і генетики НАН України
2009
|
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/30313 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Использование высокоамилозного крахмала кукурузы в питательной среде для культивирования пыльников ячменя / Е.В. Белинская, С.М. Тымчук, П.Г. Дульнев, О.Ю. Деребизова // Физиология и биохимия культурных растений. — 2009. — Т. 41, № 6. — С. 539-546. — Бібліогр.: 27 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-30313 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Белинская, Е.В. Тымчук, С.М. Дульнев, П.Г. Деребизова, О.Ю. 2012-01-28T20:31:18Z 2012-01-28T20:31:18Z 2009 Использование высокоамилозного крахмала кукурузы в питательной среде для культивирования пыльников ячменя / Е.В. Белинская, С.М. Тымчук, П.Г. Дульнев, О.Ю. Деребизова // Физиология и биохимия культурных растений. — 2009. — Т. 41, № 6. — С. 539-546. — Бібліогр.: 27 назв. — рос. 0522-9310 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/30313 633.16:575.224.234 Изучены гелеобразующие свойства кукурузных крахмалов, выделенных из зерна линий-носителей мутантных аллелей генов структуры эндосперма — wx, su2, ae, контролирующих соотношение амилозы и амилопектина. Установлено, что крахмалы с повышенным содержанием амилозы (мутации ае, su2) по сравнению с крахмалом обычного типа образуют гели с улучшенными структурно-механическими свойствами. Показано, что замена агар-агара ае-крахмалом положительно влияет на эмбриоидогенез и регенерацию растений в культуре in vitro пыльников ярового ячменя. Досліджено гелеутворювальні властивості кукурудзяних крохмалів, виділених із зерна ліній-носіїв мутантних алелів генів структури ендосперму — wx, su2, ae, які контролюють співвідношення амілози й амілопектину. Встановлено, що крохмалі з підвищеним вмістом амілози (мутації ае, su2) порівняно з крохмалем звичайного типу утворюють гелі з поліпшеними структурно-механічними властивостями. Показано, що заміна агар-агару на ае-крохмаль позитивно впливає на ембріоїдогенез і регенерацію рослин у культурі in vitro пиляків ярого ячменю. Gelatinization abilities of corn starches from the grain of lines possessing mutant allels of endosperm structure genes — wx, su2 and ae — controlling the ratio of amylose and amylopectin were investigated in connection with their application in nutrient medium composition. Production of gels with improved structural and mechanical characteristics by the starches with high amylose content (mutations ае and su2) in comparison with a starch of normal type was revealed. It has been shown that substitution of agar by ae-starch had a positive effect on embryoidogenesis and plant regeneration in barley anther culture in vitro. ru Iнститут фізіології рослин і генетики НАН України Физиология и биохимия культурных растений Использование высокоамилозного крахмала кукурузы в питательной среде для культивирования пыльников ячменя Використання високоамiлозного крохмалю кукурудзи у поживному середовищi для культивування пилякiв ячменю Application of corn starch with high amylose content in nutrient medium for barley anther culture in vitro Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Использование высокоамилозного крахмала кукурузы в питательной среде для культивирования пыльников ячменя |
| spellingShingle |
Использование высокоамилозного крахмала кукурузы в питательной среде для культивирования пыльников ячменя Белинская, Е.В. Тымчук, С.М. Дульнев, П.Г. Деребизова, О.Ю. |
| title_short |
Использование высокоамилозного крахмала кукурузы в питательной среде для культивирования пыльников ячменя |
| title_full |
Использование высокоамилозного крахмала кукурузы в питательной среде для культивирования пыльников ячменя |
| title_fullStr |
Использование высокоамилозного крахмала кукурузы в питательной среде для культивирования пыльников ячменя |
| title_full_unstemmed |
Использование высокоамилозного крахмала кукурузы в питательной среде для культивирования пыльников ячменя |
| title_sort |
использование высокоамилозного крахмала кукурузы в питательной среде для культивирования пыльников ячменя |
| author |
Белинская, Е.В. Тымчук, С.М. Дульнев, П.Г. Деребизова, О.Ю. |
| author_facet |
Белинская, Е.В. Тымчук, С.М. Дульнев, П.Г. Деребизова, О.Ю. |
| publishDate |
2009 |
| language |
Russian |
| container_title |
Физиология и биохимия культурных растений |
| publisher |
Iнститут фізіології рослин і генетики НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Використання високоамiлозного крохмалю кукурудзи у поживному середовищi для культивування пилякiв ячменю Application of corn starch with high amylose content in nutrient medium for barley anther culture in vitro |
| description |
Изучены гелеобразующие свойства кукурузных крахмалов, выделенных из зерна линий-носителей мутантных аллелей генов структуры эндосперма — wx, su2, ae, контролирующих соотношение амилозы и амилопектина. Установлено, что крахмалы с повышенным содержанием амилозы (мутации ае, su2) по сравнению с крахмалом обычного типа образуют гели с улучшенными структурно-механическими свойствами. Показано, что замена агар-агара ае-крахмалом положительно влияет на эмбриоидогенез и регенерацию растений в культуре in vitro пыльников ярового ячменя.
Досліджено гелеутворювальні властивості кукурудзяних крохмалів, виділених із зерна ліній-носіїв мутантних алелів генів структури ендосперму — wx, su2, ae, які контролюють співвідношення амілози й амілопектину. Встановлено, що крохмалі з підвищеним вмістом амілози (мутації ае, su2) порівняно з крохмалем звичайного типу утворюють гелі з поліпшеними структурно-механічними властивостями. Показано, що заміна агар-агару на ае-крохмаль позитивно впливає на ембріоїдогенез і регенерацію рослин у культурі in vitro пиляків ярого ячменю.
Gelatinization abilities of corn starches from the grain of lines possessing mutant allels of endosperm structure genes — wx, su2 and ae — controlling the ratio of amylose and amylopectin were investigated in connection with their application in nutrient medium composition. Production of gels with improved structural and mechanical characteristics by the starches with high amylose content (mutations ае and su2) in comparison with a starch of normal type was revealed. It has been shown that substitution of agar by ae-starch had a positive effect on embryoidogenesis and plant regeneration in barley anther culture in vitro.
|
| issn |
0522-9310 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/30313 |
| citation_txt |
Использование высокоамилозного крахмала кукурузы в питательной среде для культивирования пыльников ячменя / Е.В. Белинская, С.М. Тымчук, П.Г. Дульнев, О.Ю. Деребизова // Физиология и биохимия культурных растений. — 2009. — Т. 41, № 6. — С. 539-546. — Бібліогр.: 27 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT belinskaâev ispolʹzovanievysokoamiloznogokrahmalakukuruzyvpitatelʹnoisrededlâkulʹtivirovaniâpylʹnikovâčmenâ AT tymčuksm ispolʹzovanievysokoamiloznogokrahmalakukuruzyvpitatelʹnoisrededlâkulʹtivirovaniâpylʹnikovâčmenâ AT dulʹnevpg ispolʹzovanievysokoamiloznogokrahmalakukuruzyvpitatelʹnoisrededlâkulʹtivirovaniâpylʹnikovâčmenâ AT derebizovaoû ispolʹzovanievysokoamiloznogokrahmalakukuruzyvpitatelʹnoisrededlâkulʹtivirovaniâpylʹnikovâčmenâ AT belinskaâev vikoristannâvisokoamiloznogokrohmalûkukurudziupoživnomuseredoviŝidlâkulʹtivuvannâpilâkivâčmenû AT tymčuksm vikoristannâvisokoamiloznogokrohmalûkukurudziupoživnomuseredoviŝidlâkulʹtivuvannâpilâkivâčmenû AT dulʹnevpg vikoristannâvisokoamiloznogokrohmalûkukurudziupoživnomuseredoviŝidlâkulʹtivuvannâpilâkivâčmenû AT derebizovaoû vikoristannâvisokoamiloznogokrohmalûkukurudziupoživnomuseredoviŝidlâkulʹtivuvannâpilâkivâčmenû AT belinskaâev applicationofcornstarchwithhighamylosecontentinnutrientmediumforbarleyanthercultureinvitro AT tymčuksm applicationofcornstarchwithhighamylosecontentinnutrientmediumforbarleyanthercultureinvitro AT dulʹnevpg applicationofcornstarchwithhighamylosecontentinnutrientmediumforbarleyanthercultureinvitro AT derebizovaoû applicationofcornstarchwithhighamylosecontentinnutrientmediumforbarleyanthercultureinvitro |
| first_indexed |
2025-11-27T00:02:14Z |
| last_indexed |
2025-11-27T00:02:14Z |
| _version_ |
1850787113000239104 |
| fulltext |
УДК 633.16:575.224.234
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВЫСОКОАМИЛОЗНОГО КРАХМАЛА
КУКУРУЗЫ В ПИТАТЕЛЬНОЙ СРЕДЕ ДЛЯ КУЛЬТИВИРОВАНИЯ
ПЫЛЬНИКОВ ЯЧМЕНЯ
Е.В. БЕЛИНСКАЯ,1 С.М. ТЫМЧУК,1 П.Г. ДУЛЬНЕВ,2 О.Ю. ДЕРЕБИЗОВА 1
1Институт растениеводства им. В. Я. Юрьева Украинской академии аграрных наук
61060 Харьков, просп. Московский, 142
2Научно-инженерный центр «АКСО» Института биоорганической химии и нефте-
химии Национальной академии наук Украины
02160 Киев, Харьковское шоссе, 50
Изучены гелеобразующие свойства кукурузных крахмалов, выделенных из зерна
линий-носителей мутантных аллелей генов структуры эндосперма — wx, su2, ae,
контролирующих соотношение амилозы и амилопектина. Установлено, что
крахмалы с повышенным содержанием амилозы (мутации ае, su2) по сравнению
с крахмалом обычного типа образуют гели с улучшенными структурно-механи-
ческими свойствами. Показано, что замена агар-агара ае-крахмалом положи-
тельно влияет на эмбриоидогенез и регенерацию растений в культуре in vitro
пыльников ярового ячменя.
Ключевые слова: Hordeum vulgare L., Zea mays L., мутации структуры эндосперма,
культура пыльников in vitro, питательные среды, агар-агар, крахмал, амилоза,
амилопектин.
Известно, что физическое состояние питательной среды для культиви-
рования in vitro биологических объектов зависит от наличия в ее соста-
ве гелеобразующих веществ, их природы и концентрации [13].
В питательных средах для культуры in vitro растительных клеток,
тканей и органов, в том числе и пыльников ячменя, в качестве гелеоб-
разователя чаще всего используется агар-агар — гетерополисахарид, по-
лучаемый в результате переработки красных и бурых водорослей. Счита-
ется, что он не утилизируется культивируемыми клетками, а служит
инертным носителем и обеспечивает осмотический потенциал среды [5].
Вместе с тем получены данные об отрицательном влиянии агар-ага-
ра (даже препаратов высокой степени очистки, например «Difco», США)
на процессы индукции новообразований и регенерации растений в куль-
туре пыльников in vitro [19], что стимулировало поиск заменителей агар-
агара, которые бы способствовали максимальной реализации морфоге-
нетического потенциала культуры. В качестве альтернативы предложены
значительно превосходящая агар-агар по стоимости агароза [19], сравни-
мые с ним фитагель [16] и гельрит [17], а также более дешевые крахма-
лы как естественного происхождения [14, 24], так и подвергшиеся хими-
ческой модификации [1, 2].
Первые попытки замены агар-агара крахмалом в питательной среде
были предприняты в средине 1980-х годов в Финляндии. В частности,
проведено тестирование крахмалов из различного растительного сырья
ФИЗИОЛОГИЯ И БИОХИМИЯ КУЛЬТ. РАСТЕНИЙ. 2009. Т. 41. № 6
539
© Е.В. БЕЛИНСКАЯ, С.М. ТЫМЧУК, П.Г. ДУЛЬНЕВ, О.Ю. ДЕРЕБИЗОВА, 2009
(ячмень, кукуруза, картофель, рис, пшеница) на пригодность к исполь-
зованию в качестве гелеобразователя твердых сред для культивирования
пыльников ячменя [14, 24]. Лучшими по гаплопродукционным показа-
телям (частота образования эмбриоидов и растений-регенерантов) ока-
зались пшеничный и ячменный крахмалы. Однако гели, образованные
этими крахмалами традиционного типа, уступали агаровым по структур-
но-механическим характеристикам, поэтому для фиксации пыльников
на поверхности крахмальной среды применяли нейлоновую сетку [20].
Установлено, что химически модифицированные крахмалы ДККмод
[1] и Д2 [2, 4] оказывали положительное влияние на процесс регенерации
нормально пигментированных растений в культуре пыльников ярового
ячменя за счет стимуляции прямого эмбриоидогенеза и способствовали
снижению уровня витрификации регенерантов, но при этом угнетали
процесс индукции новообразований и имели некоторые отрицательные
технологические свойства.
В связи с необходимостью улучшения структурно-механических ха-
рактеристик крахмальных сред, большой интерес представляют крахма-
лы с генетически перераспределенным соотношением сополимеров
крахмала — амилозы и амилопектина, которые отличаются от обычных
крахмалов по способности к набуханию, стабильности в дисперсной фа-
зе, гелеобразующей способности, устойчивости к ретроградации и дру-
гим технологическим свойствам [15, 18, 21].
Среди культурных растений самым широким генетическим разно-
образием по углеводному комплексу зерна выделяется кукуруза. К на-
стоящему времени идентифицировано более 20 ее мутантных генов, ре-
гулирующих образование структурных сополимеров крахмала [12, 27].
Их генетическая природа и биохимический эффект изучены детально
[23, 26]. В частности, установлено, что наиболее существенное перерас-
пределение фракционного состава крахмала вызывают мутантные гены
wx, su1, su2, ае. Так, если у обычной кукурузы содержание амилозы в крах-
мале составляет 25—27 %, то у носителей мутаций su1 и su2 — 35—40 %,
мутации ае — 50—80 %. Носители мутации wx образуют крахмалы, поч-
ти полностью состоящие из амилопектина.
Кукурузные крахмалы амилозного и амилопектинового типов явля-
ются ценным промышленным сырьем и находят широкое практическое
применение [25]. Технологические свойства таких крахмалов позволяют
рассчитывать на дальнейшее расширение областей их использования, и
одной из наиболее перспективных может быть получение гелеобразую-
щих компонентов питательных сред для культивирования различных
растительных и микробиологических объектов. До настоящего времени
возможности применения кукурузных крахмалов с генетически перерас-
пределенным фракционным составом в этом качестве не изучались, что
и определило цель наших исследований.
Методика
Модельным генотипом служила линия ярового ячменя (Hordeum vulgare L.)
ДГ00-126, созданная нами методом культуры пыльников in vitro из гиб-
рида F1 Экзотик × Харьковский 74 и характеризующаяся высокой анд-
рогенной способностью.
Экспериментальная часть исследований выполнена в 2007 г. Расте-
ния-доноры пыльников выращивали в полевых условиях. Отбор, пред-
540
Е.В. БЕЛИНСКАЯ, С.М. ТЫМЧУК, П.Г. ДУЛЬНЕВ, О.Ю. ДЕРЕБИЗОВА
Физиология и биохимия культ. растений. 2009. Т. 41. № 6
обработку, стерилизацию колосьев и вычленение пыльников проводили
в соответствии с ранее описанными методиками [3].
В качестве гелеобразователей искусственных питательных сред ис-
пользовали агар-агар («Difco», США), химически модифицированный
крахмал Д2, произведенный в Научно-инженерном центре «АКСО» Ин-
ститута биоорганической химии и нефтехимии НАН Украины [6], а так-
же полученные нами препараты зерновых крахмалов обычной кукурузы
(Zea mays L.) и линий-носителей мутантных генов wx, su2, ae с различ-
ным соотношением амилозы и амилопектина.
Источниками крахмала были линии кукурузы из рабочей коллекции
Института растениеводства им. В.Я. Юрьева УААН: Р-165 (крахмал
обычного типа), ВК-69 wx (крахмал амилопектинового типа), АС-11 su2
и АЕ-392 ае (высокоамилозные крахмалы).
Линии кукурузы выращивали в соответствии с общепринятой мето-
дикой. Для выделения крахмала использовали семена исключительно от
принудительного опыления, контроль аллельного состояния генов
структуры эндосперма осуществляли по фенотипу семян [8].
Крахмал из семян выделяли согласно описанной процедуре [10] с
некоторыми изменениями.
Содержание белка в полученном препарате определяли методом
Кьельдаля, фракционный состав крахмала — колориметрическим мето-
дом Джулиано [7].
Гелеобразующие свойства препаратов крахмала концентрацией 13 и
6,5 % оценивали после их суспендирования в жидкой питательной среде
с последующим завариванием клейстера и стерилизацией в автоклаве при
температуре 120±2 °С, давлении 78 кПа в течение 20 мин. Культуральны-
ми сосудами служили чашки Петри (диаметром 35 мм, Словения) и про-
бирки. Структурно-механические свойства гелей оценивали визуально
через 1, 5, 10, 20 и 30 сут после приготовления питательной среды.
Схемой опыта по изучению морфогенетического эффекта предусма-
тривалось культивирование пыльников ярового ячменя на трех пита-
тельных средах, различающихся гелеобразующим компонентом.
Контролем служила разработанная нами среда NMSМОД. 2, которая
содержала соли макроэлементов среды N6 [11], соли микроэлементов по
Мурасиге и Скугу [22], а также, мг/л: 2,4-Д (2,4-дихлорфеноксиуксус-
ная кислота) — 2; БАП (6-бензиламинопурин) — 0,5; тиаминхлорид — 1;
пиридоксинхлорид и никотинамид — по 0,5; миоинозитол — 100; глу-
тамин — 200; аланин, пролин — по 100; глицин — 2 (регуляторы роста и
витамины — «Serva», Германия); лактальбумина гидролизат («Difco»,
США) — 300; мальтоза («Merck», Германия) — 90 г/л; крахмал карто-
фельный — 10 г/л; картофельный экстракт — 30 %, агар-агар («Difco»,
США) — 0,75 %; pH 5,7—5,8.
В первом опытном варианте в качестве гелеобразующего компонен-
та вместо агар-агара был использован химически модифицированный
крахмал Д2 концентрацией 13 % [2], во втором — препарат высокоами-
лозного крахмала из линии-носителя мутации ае концентрацией 6,5 %.
Для получения растений-регенерантов новообразования — каллюс
и эмбриоиды пересаживали на модифицированную среду MС, содер-
жащую те же витаминные компоненты, что и среда NMSМОД. 2, а так-
же глутамин — 200 мг/л, ФУК (фенилуксусную кислоту) и БАП — по
0,5 мг/л, сахарозу — 30 г/л, агар-агар — 0,75 %.
541
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВЫСОКОАМИЛОЗНОГО КРАХМАЛА КУКУРУЗЫ
Физиология и биохимия культ. растений. 2009. Т. 41. № 6
Эффективность андрогенеза in vitro определяли по количеству
пыльников с новообразованиями, зеленых и хлорофиллдефектных рас-
тений-регенерантов в процентах от общего количества культивируемых
пыльников.
Экспериментальные данные обработаны статистически методом
дисперсионного анализа [9].
Результаты и обсуждение
Основным критерием при выборе гелеобразующего вещества твердой
питательной среды для культивирования in vitro пыльников и других
растительных объектов является возможность получения геля оптималь-
ной для поддержания культуры плотности, не угнетающего морфогенез
и сохраняющего свои физические свойства с момента инокуляции экс-
плантатов до пересадки на свежую среду. Кроме того, следует учитывать
особенности процессов клейстеризации и гелеобразования, а при ис-
пользовании в биотехнологиях, имеющих целью массовое получение
растений, и экономические показатели — стоимость реактива и выход
регенерантов.
В связи с этим исследования возможности замены агар-агара куку-
рузными крахмалами, которые различались по соотношению амилозы и
амилопектина, проводили в два этапа. На первом оценивали гелеобразу-
ющие свойства, на втором — влияние на индукцию новообразований и
регенерацию растений в культуре пыльников ячменя.
Оценка гелеобразующих свойств кукурузных крахмалов. Исследования
показали, что при введении в среду всех типов кукурузного крахмала
(обычного, амилопектинового wx, высокоамилозных su2 и ае) в количе-
стве 130 г/л, что является оптимальным для химически модифицирован-
ных крахмалов ДККмод [2] и Д2 [4], образовался густой клейстер, кото-
рый было невозможно разлить по пробиркам. Его переносили в чашки
Петри с помощью стеклянной палочки, однако равномерного распреде-
ления по дну чашки получить не удалось.
При снижении концентрации до 65 г/л во всех вариантах опыта по-
лучен жидкий клейстер, который легко переносили в чашки Петри и
пробирки. При этом клейстер из ае- и su2-крахмала имел более жидкую
консистенцию, чем из wx-крахмала и крахмала обычного типа. После за-
стывания из всех типов крахмала был получен гель белого цвета, обра-
зующий ровную поверхность, плотность которого позволяла инокулиро-
вать пыльники.
Наблюдения, проведенные через 1 сут после заваривания крахмала,
показали, что wx-крахмал (обеих концентраций) разделился на две фрак-
ции: жидкую и твердую, что свидетельствует о его непригодности для ис-
пользования в качестве заменителя агар-агара.
В геле, полученном из обычного кукурузного крахмала, через 10 сут
образовались трещины вследствие высыхания, в то время как в вариан-
тах с su2- и ае-крахмалом видимых изменений физического состояния
геля не обнаружено даже через 30 сут после приготовления питательной
среды. Это позволяет сделать заключение о пригодности высокоамилоз-
ных крахмалов для использования в качестве гелеобразующих компо-
нентов питательной среды.
Влияние крахмала с повышенным содержанием амилозы (мутация ае)
на индукцию новообразований и регенерацию растений ярового ячменя в
542
Е.В. БЕЛИНСКАЯ, С.М. ТЫМЧУК, П.Г. ДУЛЬНЕВ, О.Ю. ДЕРЕБИЗОВА
Физиология и биохимия культ. растений. 2009. Т. 41. № 6
культуре пыльников in vitro. В таблице представлены результаты культи-
вирования in vitro пыльников линии ярового ячменя ДГ00-126 на средах
с агар-агаром (контроль), химически модифицированным крахмалом Д2
и кукурузным крахмалом с повышенным содержанием амилозы, обус-
ловленным наличием в геноме линии рецессивного аллеля крахмалмо-
дифицирующего гена ае. Исходя из приведенных данных, можно сделать
заключение о принципиально различном морфогенетическом эффекте
изученных заменителей агар-агара. В частности, крахмал Д2 вызывал
снижение количества пыльников с новообразованиями по сравнению с
контролем, существенно не влияя на выход зеленых растений-регене-
рантов. В то же время замена агар-агара ае-крахмалом способствовала
значительному — с 31,29 до 52,49 % — повышению частоты регенерации
зеленых растений при отсутствии статистически достоверной разницы
по количеству пыльников с новообразованиями.
Появление первых новообразований на всех средах отмечалось че-
рез 18—20 сут после инокуляции пыльников. Однако, как показали на-
блюдения, использованные в эксперименте заменители агар-агара по-
разному влияли на динамику формирования андрогенных структур, их
рост и развитие.
В частности, новообразования, индуцированные на среде с добав-
лением заменителя Д2, были в основном представлены мелкими глобу-
лярными структурами (менее 1 мм). Они характеризовались слабым рос-
том при довольно высоком регенерационном потенциале, реализация
которого происходила как на среде для индукции новообразований, так
и на регенерационной среде. Следует отметить, что среди регенерантов
практически не обнаружено витрифицированных растений.
Сопоставление этих данных с результатами проведенного ранее изу-
чения возможности замены агар-агара в средах для культивирования
пыльников ячменя химически модифицированным крахмалом ДККмод
[2] свидетельствует о сходном морфогенетичеком эффекте этих близких
по химическому составу веществ.
В отличие от химически модифицированных крахмалов, крахмал с
повышенным содержанием амилозы способствовал индукции и очень
активному росту новообразований, среди которых преобладали эмбрио-
иды, формирующиеся либо путем прямого эмбриоидогенеза, либо на
543
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВЫСОКОАМИЛОЗНОГО КРАХМАЛА КУКУРУЗЫ
Физиология и биохимия культ. растений. 2009. Т. 41. № 6
Частота андрогенеза in vitro линии ярового ячменя ДГ00-126 в зависимости от
гелеобразующего компонента питательной среды
Получено
морфогенных
пыльников зеленых растений растений-
альбиносов
Среда
Высажено
пыльников,
шт.
шт. % шт. % шт. %
NMS мод. 2
(контроль)
425 183 43,05 133 31,29 67 15,76
NMSае 301 136 45,18 158 52,49 66 21,93
NMSд2 329 102 31,00 111 33,73 91 27,66
НСР05 7,20 7,07 6,01
П р и м е ч а н и е: среда NMS мод. 2 содержала 0,75 % агар-агара; NMSд2 — 13,0 %
химически модифицированного крахмала Д2; NMSае — 6,5 % кукурузного крахмала
(мутация ае).
поверхности эмбриогенного каллюса. При этом наблюдалась сходная
динамика формирования андрогенных структур и растений-регенеран-
тов на средах с ае-крахмалом и агар-агаром, в том числе и прорастание
эмбриоидов на среде для индукции новообразований (рисунок).
В тоже время для амилозного крахмала не обнаружено существен-
ного по сравнению с контролем эффекта снижения степени витрифика-
ции растений-регенерантов.
Как уже отмечалось, в качестве модельного генотипа использована
линия ДГ00-126, характеризующаяся высокими частотами прямого эмб-
риоидогенеза и регенерации зеленых растений. Эти особенности морфо-
генеза проявились во всех вариантах опыта, что, по-видимому, несколько
сузило информативность данных о положительном влиянии амилозного
крахмала на процессы образования эмбриоидов и регенерации растений
в культуре пыльников ячменя. В связи с этим значительный интерес
представляет оценка морфогенетического эффекта амилозного крахмала
при его использовании в экспериментах с генотипами, обладающими
средней и низкой способностью к андрогенезу in vitro, что определяет
перспективы дальнейших исследований.
В результате биохимического анализа установлено, что в крахмале,
отмытом ручным способом, содержание белка составляло от 4,09 (ае-
крахмал) до 5,46 % (wx-крахмал). Однако и при такой степени очистки
кукурузный ае-крахмал имел хорошие гелеобразующие свойства и ока-
зывал высокий морфогенетический эффект. Вместе с тем целесообраз-
ными представляются исследования по совершенствованию методики
выделения крахмала и, возможно, его химической модификации с целью
получения коммерческого гелеобразующего препарата отечественного
производства.
Таким образом, кукурузные крахмалы амилозного типа, выделен-
ные из зерна линий-носителей рецессивных аллелей генов ае и su2, пре-
544
Е.В. БЕЛИНСКАЯ, С.М. ТЫМЧУК, П.Г. ДУЛЬНЕВ, О.Ю. ДЕРЕБИЗОВА
Физиология и биохимия культ. растений. 2009. Т. 41. № 6
Индукция новообразований и регенерация растений в культуре пыльников in vitro линии
ярового ячменя ДГ00-126 на питательных средах, содержавших в качестве гелеобразующе-
го компонента:
а — агар-агар (0,75 %, «Difco»); б — кукурузный крахмал амилозного типа (6,5 %, мутация ае)
восходят по гелеобразующей способности крахмалы амилопектинового
(мутация wx) и нормального типов. При замене агар-агара ае-крахмалом
в среде для культивирования in vitro пыльников ярового ячменя отмече-
но существенное — на 20 % — увеличение частоты регенерации зеленых
растений. В отличие от химически модифицированного крахмала Д2
данный полимер не подавлял индукцию и рост новообразований. Полу-
ченные результаты позволяют рекомендовать использование ае-крахма-
ла в питательных средах для получения андрогенных гаплоидов ячменя.
1. Белинская Е.В., Дульнев П.Г. Модифицированный крахмал ДККмод как компонент пи-
тательной среды для получения гаплоидов ячменя в культуре пыльников // Физиоло-
гия и биохимия культ. растений. — 2007. — 39, № 2. — С. 136—143.
2. Белинская Е.В., Дульнев П.Г. Морфогенетический эффект модифицированных крахма-
лов в культуре пыльников in vitro ярового ячменя // Теоретические и прикладные ас-
пекты биохимии и биотехнологии растений: III Междунар. науч. конф. (Минск, 14—
16 мая, 2008 ). — Минск, 2008. — С. 212—216.
3. Білинська О.В. Генотипові особливості індукції гаплоїдів ячменю (H. vulgare L.) методом
культури пиляків in vitro: Автореферат дис. ... канд. біол. наук. — Харків, 1997. — 19 с.
4. Білинська О.В., Дульнєв П.Г. Використання модифікованого крохмалю як гелеутвоюю-
чого компонента штучних живильних середовищ для індукції новоутворень і регене-
рації рослин у культурі пиляків in vitro ярого ячменю // Вісн. Харків. аграр. ун-ту .Сер.
Біологія. — 2008. — Вип. 2(14). — С. 83—9.
5. Биотехнология растений: культура клеток / Пер. с англ. В.И. Негрука: Предисл. Р.Г. Бу-
тенко. — М.: Наука, 1989. — 360 с.
6. Деклараційний патент на винахід 52031, Україна, МПК 7, С08В31/02, А01N57/00,
A01N59/00, A01C1/06. Спосіб отримання полімерних матеріалів / П.Г. Дульнєв, С.I. Кон-
дратенко, Т.В. Чернишенко, В.П. Мірошниченко, Т.В. Iвченко, С.А. Гончарова —
Опубл. 16.12.02, Бюл. № 12.
7. Методы биохимического исследования растений / Под ред. А.И.Ермакова. — Л.: Агро-
промиздат, 1987. — 430 с.
8. Палий А.Ф. Генетические аспекты улучшения качества зерна кукурузы. — Кишинев:
Штиинца, 1989. — 175 с.
9. Плохинский Н.А. Биометрия. — М.: Изд-во Моск. ун-та, 1964. — 367 с.
10. Рихтер М., Аугустат З., Ширбаум К. Избранные методы исследования крахмала. — М.:
Пищ. пром-сть, 1975. — 183 с.
11. Сhu C.-C. The N6 medium and its application to anther culture of cereal crops // Plant Tissue
Culture: Proc. Symp. — Peking: Science Press, 1978. — P. 43—45.
12. Coe E., Polacco M. Maize gene list and working maps // Maize Genet. Newslett. — 1994. —
68. — P. 156—191.
13. Dunwell J. Haploid cell cultures // Plant cell cultures: A Practical Approach / R.A. Dixon
(ed.). — Banberry: IRL Press, 1985. — P. 21—36.
14. Finnie S.J., Powell W., Dyer A.F. The effect of carbohydrate composition and concentration
on anther culture response in barley (Hordeum vulgare L.) // Plant Breed. — 1989. — 103. —
P. 110—118.
15. Fisher D.K., Thompson D.B. Retrogradation of maize starch after thermal treatment within and
above the gelatinization temperature range // Cereal Chem. — 1997. — 74. — P. 344—351.
16. Gonzaes M., Hernandes I., Jouve N. Analysis of anther culture response in hexaploid triticale //
Plant Breed. — 1997. — 116. — P. 302—304.
17. Halberg N., Olesen A., Tuvesson K.D., Andersen S.B. Genotypes of perennial ryegrass (Lolium
perrenne L.) with high anther-culture response through hybridization // Ibid. — 1990. —
105. — P. 89—94.
18. Klucinec J., Thompson D.B. Amylose and amylopectin interact in the gelation of dispersed
high-amylose starches // Cereal Chem. — 1999. — 76. — P. 282—291.
19. Kohlenbach H.W., Wernike W. Investigation on the inhibitory effect of agar and the function
of active carbon in anther culture // Ztsch. Pflanzenphysiol. — 1978. — 86, N 5. — P. 463—
472.
20. Kuhlmann U., Foroughi-Wehr B. Production haploid in frequencies sufficient for barley bree-
ding programs // Plant Cell Rep. — 1989. — 8, N 2. — P. 110—118.
21. Liu Q., Thompson D.B. Effects of moisture content and different gelatinization heating tem-
perature on retrogradation of waxy-type maize starches // Car. Nat. Acad. Sci. USA. —
2002. — 99. — P. 12959—12962.
545
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВЫСОКОАМИЛОЗНОГО КРАХМАЛА КУКУРУЗЫ
Физиология и биохимия культ. растений. 2009. Т. 41. № 6
22. Murashige T., Skoog F. A revised medium for growth and bioassays with tobacco tissue cul-
tures // Physiol. plant. — 1962. — 15. — P. 473—497.
23. Nelson O.E., Pan D. Starch synthesis in maize endosperm // Annu. Rev. Plant Physiol. Plant
Mol. Biol. — 1995. — 46. — P. 475—496.
24. Sorvari S. The effect of starch gelatinized nutrient media in barley anther culture // Ann. agr.
fenn. — 1986. — 25. — P. 127—133.
25. Starch: from starch containing sources to isolation of starches and their application /
V.P.Yuryev, P.Tomasik, H.Ruck (Eds).— New-York: Nova Sci. Publ. Inc., 2004. — 246 p.
26. Tetlow I.J., Morell M.K., Emes M.J. Recent developments in understanding the regulation of
starch metabolism in higher plants // J. Exp. Bot. — 2004. — 55. — P. 2131—2145.
27. Whitt S.R., Wilson L.M., Tenaillon M.I. et al. Genetic diversity and selection in the maize
pathway // Proc. Nat. Acad. Sci. USA. — 2002. — 99. — P. 12959—12962.
Получено 27.04.2009
ВИКОРИСТАННЯ ВИСОКОАМIЛОЗНОГО КРОХМАЛЮ КУКУРУДЗИ
У ПОЖИВНОМУ СЕРЕДОВИЩI ДЛЯ КУЛЬТИВУВАННЯ ПИЛЯКIВ ЯЧМЕНЮ
О.В. Білинська,1 С.М. Тимчук,1 П.Г. Дульнєв,2 О.Ю. Деребізова1
1Iнститут рослинництва ім. В.Я. Юр’єва Української академії аграрних наук, Харків
2Науково-інженерний центр «АКСО» Iнституту біоорганічної хімії і нафтохімії
Національної академії наук України, Київ
Досліджено гелеутворювальні властивості кукурудзяних крохмалів, виділених із зерна
ліній-носіїв мутантних алелів генів структури ендосперму — wx, su2, ae, які контролюють
співвідношення амілози й амілопектину. Встановлено, що крохмалі з підвищеним вмістом
амілози (мутації ае, su2) порівняно з крохмалем звичайного типу утворюють гелі з поліпше-
ними структурно-механічними властивостями. Показано, що заміна агар-агару на ае-крох-
маль позитивно впливає на ембріоїдогенез і регенерацію рослин у культурі in vitro пиляків
ярого ячменю.
APPLICATION OF CORN STARCH WITH HIGH AMYLOSE CONTENT IN NUTRIENT
MEDIUM FOR BARLEY ANTHER CULTURE IN VITRO
E.V. Bilynska1, S.M. Tymchuk1, P.G. Dulnyev2, O.Y. Derebizova1
1Yurjev Plant Production Institute of Ukrainian Academy of Agrarian Sciences
142 Moskovsky av., Kharkiv, 61060, Ukraine
2Scientific Engineering Center «AKSO», Institute of Bioorganic and Oil Chemistry,
National Academy of Sciences of Ukraine
50 Kharkivske Highway, Kyiv, 02160, Ukraine
Gelatinization abilities of corn starches from the grain of lines possessing mutant allels of
endosperm structure genes — wx, su2 and ae — controlling the ratio of amylose and amylopectin
were investigated in connection with their application in nutrient medium composition.
Production of gels with improved structural and mechanical characteristics by the starches with
high amylose content (mutations ае and su2) in comparison with a starch of normal type was
revealed. It has been shown that substitution of agar by ae-starch had a positive effect on embry-
oidogenesis and plant regeneration in barley anther culture in vitro.
Key words: Hordeum vulgare L., Zea mays L., mutations of endosperm structure, anther culture in
vitro, nutrient media, agar, starch, amylose, amylopectin.
546
Е.В. БЕЛИНСКАЯ, С.М. ТЫМЧУК, П.Г. ДУЛЬНЕВ, О.Ю. ДЕРЕБИЗОВА
Физиология и биохимия культ. растений. 2009. Т. 41. № 6
|