Морфофизиологические и биохимические показатели каллусов у сортообразцов озимой тритикале (x Triticosecale wittmack) при засолении
Автор: Лагметова Н.А., Алиева З.М., Куркиев К.У., Гаджимагомедова М.Х.
Журнал: Сельскохозяйственная биология @agrobiology
Рубрика: Улучшение сортов растений
Статья в выпуске: 3 т.59, 2024 года.
Бесплатный доступ
Исследования солеустойчивости тритикале (× Triticosecale Wittmack) и выявление оптимальных в этом отношении сортообразцов актуальны в связи с широким распространением засоленных почв в районах выращивания этой культуры. Среди способов оценки солеустойчивости привлекают внимание биотехнологические методы, однако для тритикале они практически не разработаны, а сортовая специфика ее реакции на засоление в условиях in vitro недостаточно изучена. В представленной работе впервые выявлена зависимость активности каллусообразования, прироста сырой и сухой биомассы, динамики накопления в тканях пролина и интенсивности перекисного окисления липидов (ПОЛ) от концентрации соли NaCl (0,5, 0,75 и 1 %) в питательной среде, а также сортовая специфика изменения этих показателей в условиях засоления у образцов озимой тритикале. Целью работы было изучение влияния разной степени хлоридного засоления на морфофизиологические и биохимические изменения каллусов пяти сортообразцов озимой тритикале. В качестве материала для исследований использовали зрелые зародыши зерновок сортообразцов озимой тритикале Triskell, Сотник, ПРАГ530л-1934, Timbo и Алмаз из коллекции Дагестанской опытной станции - филиала ФИЦ Всероссийского института генетических ресурсов растений им. Н.И. Вавилова. Для введения в культуру in vitro зерновки последовательно стерилизовали в течение 30 с в 96 % этаноле и 20 мин - в коммерческом препарате Белизна, затем 3 раза по 5 мин промывали стерильной дистиллированной водой. Выделенные из поверхностно простерилизованных зерновок зародыши помещали на питательную среду срезом вниз для формирования каллуса. В работе использовали четыре варианта питательной среды Мурасиге-Скуга (МС), которая различалась по концентрации NaCl: МС с добавлением 2,5 мг/л 2,4-дихлорфеноксиуксусной кислоты (2,4-Д) и 0,5 мг/л 6-бензиламинопурина (БАП) (контрольный вариант, МС1); МС + 2,4-Д + БАП + 0,5 % NaCl (МС2); МС + 2,4-Д + БАП + 0,75 % NaCl (МС3); МС + 2,4-Д + БАП + 1 % NaCl (МС4). Продолжительность культивирования зрелых зародышей на питательных средах составляла 30 сут. Все варианты культивировали в климатической камере (MLR-352H, «Sanyo», Япония) в условиях 16-часового фотопериода при 24±1 °С, освещенности 3000 лк и влажности 80 %. Определяли размер каллусов, прирост сырой и сухой биомассы, накопление свободного пролина, интенсивность процессов перекисного окисления липидов. По результатам опытов наибольшую чувствительность к засолению in vitro проявили сортообразцы Timbo и Алмаз, у которых каллусогенез наблюдался только на среде с низкой концентрацией NaCl (0,5 %). Сортообразцы Сотник и ПРАГ530л-1934 выдерживали средний уровень засоления (0,75 % NaCl). Устойчивым оказался образец Triskell, у которого каллусообразование было также отмечено в варианте наиболее интенсивного засоления (1 % NaCl). Введение в среду хлорида натрия в концентрации 0,75 % приводило к снижению размера каллуса у сортообразцов Triskell, Сотник и ПРАГ530л-1934 соответственно в 1,8; 1,9 и 2,0 раза относительно контроля (р function show_abstract() { $('#abstract1').hide(); $('#abstract2').show(); $('#abstract_expand').hide(); }
Triticosecale wittmack, каллусы, тритикале, солеустойчивость, хлоридное засоление, культуры in vitro
Короткий адрес: https://sciup.org/142242459
IDR: 142242459 | DOI: 10.15389/agrobiology.2024.3.525rus
Список литературы Морфофизиологические и биохимические показатели каллусов у сортообразцов озимой тритикале (x Triticosecale wittmack) при засолении
- Шулындин А.Ф. Тритикале — новая зерновая и кормовая культура. Киев, 1981.
- Куркиев К.У., Муслимов М.Г., Мирзабекова М.С., Алиева З.М., Арнаутова Г.И., Магара-мов Б.Г., Исмаилов А.Б., Гасанова В.З. Влияние различных условий выращивания на проявление морфологических признаков колоса у гексаплоидной тритикале. Юг России: экология, развитие, 2016, 11(2): 160-169 (doi: 10.18470/1992-1098-2016-2-160-169).
- Skovmand B., Fox P.N., Villareal R.L. Triticale in commercial agriculture: progress and promise. Advances in Agronomy, 1984, 37: 1-45 (doi: 10.1016/S0065-2113(08)60450-2).
- Колесников Л.Е., Власова Э.А., Фунтикова Е.Ю., Колесникова Ю.Р. Устойчивость тритикале к основным возбудителям болезней, распространенным в северо-западном регионе Российской Федерации. Сельскохозяйственная биология, 2013, 3: 110-116 (doi: 10.15389/agrobiology.2013.3.110rus).
- Евграшкина Т.Н., Иванищев В.В., Бойкова О.И., Жуков Н.Н. Индукция окислительного стресса карбонатным засолением в проростках тритикале. Российская сельскохозяйственная наука, 2020, 1: 11-14 (doi: 10.31857/S2500-2627-2020-1-11-14).
- Хабиева Н.А., Алиева З.М., Куркиев К.У. Влияние хлорида натрия на рост проростков и содержание пролина и натрия у сортообразцов озимого тритикале. Агрохимия, 2020, 2: 84-91 (doi: 10.31857/S0002188120020064).
- Залибеков З.Г. Почвы Дагестана. М., 2010.
- Arzani A. Improving salinity tolerance in crop plant: a biotechnological view. In Vitro Cellular & Developmental Biology — Plant, 2008, 44: 373-383 (doi: 10.1007/s11627-008-9157-7).
- Pérez-Clemente R., Gómez-Cadenas A. In vitro tissue culture, a tool for the study and breeding of plants subjected to abiotic stress conditions. In: Recent advances in plant in vitro culture /A. Leva, L.M.R. Rinaldi (eds.). InTech, 2012, 5: 91-108 (doi: 10.5772/50671).
- Wijerathna-Yapa A., Hiti-Bandaralage J. Tissue culture — a sustainable approach to explore plant stresses. Life, 2023, 13(3): 780 (doi: 10.3390/life13030780).
- Роик Н.В., Бех Н.С., Коцар М.А., Бойко И.И. Оценка и отбор холодостойких форм сахарной свеклы с использованием культуры in vitro. Сахарная свекла, 2016, 9: 11-13.
- Солодкая Л.А., Лапотышкина Л.И., Агафодорова М.Н. Особенности кислотовыносливо-сти различных неустойчивых к ионам алюминия образцов клевера лугового в культуре in vitro. Кормопроизводство, 2021, 1: 26-29.
- Малюкова Л.С., Нечаева Т.Л., Зубова М.Ю., Гвасалия М.В., Конинская Н.Г., Загоскина Н.В. Физиолого-биохимические характеристики микропобегов чая (Сamellia sinensis L.) в условиях in vitro: норма, осмотический стресс, влияние кальция. Сельскохозяйственная биология, 2020, 55(5): 970-980 (doi: 10.15389/agrobiology.2020.5.970rus).
- Matheka J.M., Magiri E., Rasha A.O., Machuka J. In vitro selection and characterization of drought tolerant somaclones of tropical maize (Zea mays L.). Biotechnology, 2008, 7(4): 641-650 (doi: 10.3923/biotech.2008.641.650).
- Almansouri M., Kinet J.-M., Lutts S. Effect of salt and osmotic stress on germination in durum wheat (Triticum durum Desf.). Plant and Soil, 2001, 6(1): 243-254 (doi: 10.1023/A:1010378409663).
- Elwan M.W.M. Explant type, regeneration stage and pre-conditioning affect in vitro salinity tol-erance in sweet pepper (Capsicum annuum cv. California wonder). African Crop Science Conference Proceeding, 2007, 8: 1951-1956.
- Zair I., Chlyah A., Sabounji K., Tittahsen M., Chlyah H. Salt tolerance improvement in some wheat cultivars after application of in vitro selection pressure. Plant Cell, Tissue and Organ Culture, 2003, 73(3): 237-244 (doi: 10.1023/A:1023014328638).
- Гладков Е.А. Оценка токсичности тяжелых металлов для каллусных клеток и целых рас-тений. Сообщение 1. Биотехнология, 2006, 3: 79-82.
- Михайлова И.Д., Лукаткин А.С. Влияние различных концентраций ионов тяжелых метал-лов на каллусогенез и генерацию супероксидного анион-радикала в каллусах огурца и редиса. Известия высших учебных заведений, 2022, 2: 3-11 (doi: 10.21685/2307-9150-2022-2-1).
- Zair I., Chlyah A., Sabounji K., Tittahsen M., Chlyah H. Salt tolerance improvement in some wheat cultivars after application of in vitro selection pressure. Plant Cell, Tissue and Organ Culture, 2003, 73(3): 237-244 (doi: 10.1023/A:1023014328638).
- Koç E., Karayigit B. Plant secondary metabolites in stress tolerance. In: Climate-resilient agri-culture, vol. 1 /M. Hasanuzzaman (ed.). Springer, Cham, 2023: 379-433 (doi: 10.1007/978-3-031-37424-1_19).
- Зайцева С.М., Калашникова Е.А., Нгуен Тхань Хай, Киракосян Р.Н. Участие полифено-лов в формировании фунгицидной активности и устойчивости каллусных культур Helian-thus annuus L. к экзометаболитам гриба Sclerotinia sclerotiorum L. Химия растительного сырья, 2023, 2: 289-299 (doi: 10.14258/jcprm.20230211025).
- Rai M.K., Kalia R.K., Singh R., Gangola M.P., Dhawan A.К. Developing stress tolerant plants through in vitro selection — an overview of the recent progress. Environmental and Experimental Botany, 2011, 71(1): 89-98 (doi: 10.1016/j.envexpbot.2010.10.021).
- Kruglova N.N., Zinatullina A.E. In vitro culture of autonomous embryos as a model system for the study of plant stress tolerance to abiotic factors (on the example of cereals). Biology Bulletin Reviews, 2022, 12: 201-211 (doi: 10.1134/S2079086422020050).
- Álvarez S.P., Ardisana E.F.H., Leal R.P. Plant biotechnology for agricultural sustainability. In: Resources use efficiency in agriculture /S. Kumar, R.S. Meena, M.K. Jhariya (eds.). Springer, Singapore, 2020: 389-425 (doi: 10.1007/978-981-15-6953-1_12).
- El-Mahdy M.T., Youssef M., Elazab D.S. In vitro screening for salinity tolerance in pomegranate (Punica granatum L.) by morphological and molecular characterization. Acta Physiol. Plant., 2022, 44: 27 (doi: 10.1007/s11738-022-03361-2).
- Acemi A., Duman Y., Karakuş Y.Y., Kömpe Y.Ö., Özen F. Analysis of plant growth and bio-chemical parameters in Amsonia orientalis after in vitro salt stress. Horticulture, Environment, and Biotechnology, 2017, 58: 231-239 (doi: 10.1007/s13580-017-0215-0).
- Krasensky J., Jonak C. Drought, salt, and temperature stress-induced metabolic rearrangements and regulatory networks. Journal of Experimental Botany, 2012, 63(4): 1593-1608 (doi: 10.1093/jxb/err460).
- Hannachi S., Werbrouck S., Bahrini I., Abdelgadir A., Siddiqui H.A., Van Labeke M.C. Obtain-ing salt stress-tolerant eggplant somaclonal variants from in vitro selection. Plants, 2021, 10(11): 2539 (doi: 10.3390/plants10112539).
- Queiros F., Fidalgo F., Santos I., Salema R. In vitro selection of salt tolerant cell lines in Solanum tuberosum L. Biologia Plantarum, 2007, 51(4): 728-734 (doi: 10.1007/s10535-007-0149-y).
- Ayed-Slama O., Ayed S., Slim-Amara H. Selection of tolerant lines to salinity derived from durum wheat (Triticum durum Desf.) in vitro culture. Agricultural Sciences, 2015, 6(7): 699-706 (doi: 10.4236/as.2015.67067).
- Терлецкая Н.В. Неспецифические реакции зерновых злаков на абиотические стрессы in vivo и in vitro. Алматы, 2012.
- Никитина Е.Д., Хлебова Л.П., Ерещенко О.В. Разработка отдельных элементов тех-нологии клеточной селекции яровой пшеницы на устойчивость к абиотическим стрес-сам. Известия Алтайского государственного университета, 2014, 3-2(83): 50-54 (doi: 10.14258/izvasu(2014)3.2-09).
- Гаджимурадова А.М., Савин Т.В., Федоренко Е.Н, Швидченко В.К., Киргизова И.В. Се-лекция гибридных линий пшеницы (Triticum aestivum) на устойчивость к хлоридному за-солению в культуре in vitro. Вестник науки Казахского агротехнического университета им. С. Сейфуллина, 2022, 3-2(114): 4-16 (doi: 10.51452/kazatu.2022.3(114).1175).
- Dashek W.V., Erickson S.S. Isolation, assay, biosynthesis, metabolism, uptake and translocation, and function of proline in plant cells and tissues. The Botanical Review, 1981, 47(3): 349-385 (doi: 10.1007/BF02860578).
- Koca H., Bor M., Ozdemir F., Turkan I. The effect of salt stress on lipid peroxidation, antioxi-dative enzymes and proline content of sesame cultivars. Environmental and Experimental Botany, 2007, 60(3): 344-351 (doi: 10.1016/j.envexpbot.2006.12.005).
- Theriappan P., Aditya K.G., Dhasaratham P. Accumulation of proline under salinity and heavy metal stress in Cauliflower seedlings. Journal of Applied Sciences and Environmental Management, 2011, 15(2): 251-255 (doi: 10.4314/jasem.v15i2.68497).
- Kavi Kashor P.B., Sreenivasulu N. Is proline accumulation per se correlated with stress tolerance or is proline homeostasis a more critical issue? Plant, Cell & Environment, 2013, 37(2): 300-311 (doi: 10.1111/pce.12157).
- Szabados L., Savoure A. Proline: a multifunctional amino acid. Trends in Plant Science, 2010, 15(2): 89-97 (doi: 10.1016/j.tplants.2009.11.009).
- Urbinati G., Nota P., Frattarelli A., Di Cori P., Lucioli S., Forni C., Caboni E. Morpho-physi-ological and antioxidant response to NaCl-induced stress in in vitro shoots of pomegranate (Punica granatum L.). Acta Physiol. Plant., 2018, 40: 151 (doi: 10.1007/s11738-018-2726-4).
- Хабиева Н.А. Рост и интенсивность перекисного окисления липидов у проростков озимой тритикале (Triticosecale) при засолении среды. Вестник Дагестанского государственного университета, 2016, 31(1): 114-118.
- Абилова Г.А. Роль салициловой кислоты в преадаптации растений пшеницы к окислительному стрессу. Вестник Дагестанского государственного университета, 2022, 37(3): 93-99.
- Bates L.S., Waldren R.P., Teare I.D. Rapid determination of free proline for water stress studies. Plant and Soil, 1973, 39(1): 205-207 (doi: 10.1007/BF00018060).
- Мерзляк М.Н., Погосян С.И., Юфарова С.Г. Использование -тиобарбитуровой кислоты при исследовании перекисного окисления липидов в тканях растений. Научные доклады высшей школы. Биологические науки, 1978, 9: 86-94.
- Haque M.S., Hasanuzzaman M., Rahman M.T., Islam N., Begum S.N., Yasmin S. Hydroponic and in vitro screening of wheat varieties for salt-tolerance. Plant Sci. Today, 2022, 9(4): 844–854 (doi: 10.14719/pst.1686).
- Mansour M.M.F., Salama K.H.A. Proline and abiotic stresses: responses and adaptation. In: Plant ecophysiology and adaptation under climate change: Mechanisms and perspectives II /M. Hasanuz-zaman (ed.). Springer, Singapore, 2020: 357-397 (doi: 10.1007/978-981-15-2172-0_12).
- Ilhan D., Yazicilar B., Geyik M.S., Actici O., Bezirganoglu I. In vitro studies of salt tolerance at the physiological and molecular levels in two cultivars of Emmer Wheat (Triticum dicoccum Schrank ex Schübl). Journal of Soil Science and Plant Nutrition, 2024 (doi: 10.1007/s42729-024-01678-0).
- Widodo, Patterson J.H., Newbigin E., Tester M., Bacic A., Roessner U. Metabolic responses to salt stress of barley (Hordeum vulgare L.) cultivars, Sahara and Clipper, which differ in salinity tolerance. Journal of Experimental Botany, 2009, 60(14): 4089-4103 (doi: 10.1093/jxb/erp243).
- Aazami M.A., Rasouli F., Ebrahimzaden A. Oxidative damage, antioxidant mechanism and gene expression in tomato responding to salinity stress under in vitro conditions and application of iron and zinc oxide nanoparticles on callus induction and plant regeneration. BMC Plant Biology, 2021, 21: 597 (doi: 10.1186/s12870-021-03379-7).