Повышение устойчивости Brachycome iberidifolia и Festuca rubra к загрязнению почв ионами меди

Растительность важная часть городской экосистемы, снижающая уровень загрязнения городских экосистем, оздоравливающая окружающую среду. Большое экологическое значение имеет травянистый покров [1]. Однако многие травянистые растения, газонные травы и кра-сивоцветущие растения, используемые в городском озеленении, чувствительны к загрязнению почвенного покрова[2,3]. Среди токсикантов, обладающих высоким уровнем фитотоксичности выделяют тяжелые металлы. Наиболее опасны для растений медь и кадмий, средним уровнем фитотоксичности обладает цинк [2].

Ионы меди существенно снижают декоративные качества растений, поэтому повышение толерантности к меди является важной задачей [4-6]. Для решения данной проблемы можно использовать клеточную селекцию, с помощью которой получают растения устойчивые к различным неблагоприятным экологическим факторам [3,7-9]. Однако, такие работы единичны.

Цель работы – разработка методов клеточной селекции для получения растений овсяницы красной и брахикомы иберисолистной, устойчивых к ионам меди.

Литвинова Илина Игоревна, научный сотрудник лаборатории «Генетика культивируемых клеток».

Гладкова Ольга Викторовна, старший преподаватель. Долгих Юлия Ивановна, профессор, доктор биологических наук.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Объекты исследования – овсяница красная и брахикома иберисолистная.

Овсяница красная (Festuca rubra L. ) – это низовой многолетний злак, используемый при создании газонов различного назначения. Овсяница устойчива к засухе, долговечна, держится в травостое более 10 лет.

Брахикома иберисолистная ( Brachycome iberidifolia Benth.) относится к классу Двудольные, семейства Астровые. Однолетнее растение с многочисленными эффектными соцветиями. Язычковые цветки белые, синие, голубые, фиолетовые или лилово-розовые, расположены в один ряд; трубчатые — мелкие, синие или почти черные. Большое преимущество данного растения – это раннее, обильное, продолжительное цветение (75-90 дней) и сохранение в течение долгого периода декоративных качеств. Брахико-ма используется не только при создании цветников, но и для оформления мавританских газонов.

Первичный каллус овсяницы красной получали из прорастающих стерильных семян на модифицированной среде Мурасиге-Скуга (МС), содержащей 3 мг/л 2,4-дихлорфеноксиуксусной кислоты (2,4-Д), 30 г/л сахарозы, 500 мг/л гидролизата казеина и 7 г/л агар-агара. Затем каллус культивировали на среде МС с добавлением 2,4-Д в концентрации 1 мг/л.

Для введения в культуру клеток брахикомы иберисолистной использовали среду МС с добавлением 2 мг/л 2,4-Д в сочетании с 2 мг/л кинетина, 30 г/л сахарозы, 500 мг/л гидролизата казеина и 6 г/л агар-агара [10]. В результатах представлены

концентрация ионов меди, мг/л

Рис. 1. Влияние ионов меди на выживаемость каллусов брахикомы иберисолистной, после культивирования в течение 2 пассажей

средние арифметические величины и их стандартные ошибки. Анализ данных проводили с использованием программы Excel.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

На основании ранее проведенных исследований действия ионов меди на каллусные ткани овсяницы красной , концентрация меди 150 мг/л была выбрана в качестве селективной. При данной концентрации, несмотря на значительную гибель каллусов, жизнеспособность сохранялось у 40% каллусов, часть выживших каллусов (18%) сохранило способность к регенерации.

Для получения растений овсяницы, устойчивых к меди, была использована схема селекции, включающая в себя культивирование каллуса на модифицированной среде МС с 150 мг/л меди, регенерация на среде МС с 150 мг/ л меди и укоренение растений на среде МС с 150 мг/ л меди. Из 750 каллусов было получено 32 регенеранта в условиях in vitro, 10 растений успешно укоренились в почве. Исследуемые регенеранты продемонстрировали повышенную устойчивость к ионам меди, по сравнению с исходными растениями. Все регенеранты при содержании 150 мг/кг меди росли лучше, чем исходные растения, у четырех регенерантов прирост был как у растений, растущих в почве без меди.

Каллусы брахикомы оказались намного чувствительнее овсяницы красной к ионам меди . Ингибирующее действие проявлялось в первом пассаже через 10-14 суток от начала опыта, при культивировании каллусов на питательной среде с добавлением меди в концентрации 10 мг/л. Часть каллусов приобретала желтую или коричневую окраску. При увеличении концентрации ионов меди токсическое действие значительно усиливалось, например, при содержании меди 40 мг/л большая часть каллусов погибала. Выжившие клетки теряли морфогенную активность, становились менее плотными, оводненными.

Для отбора устойчивых клонов брахикомы была выбрана селективная концентрации меди

20 мг/л. При данной концентрации выживает 32% каллусов, после культивирования в течение 2 пассажей (рис. 1). Для получения устойчивых растений брахикомы иберисолистной была выбрана схема селекции включающая – культивирование каллусов на питательной среде МС с концентрацией меди 20 мг/л в течение 2 пассажей по 26 суток, затем регенерация и укоренение без добавления меди. В результате проведенной селекции было получено 27 растений брахикомы иберисолистной, из них 12 высажено в открытый грунт. Большинство полученных регенерантов продемонстрировали повышенную устойчивость к концентрации меди 20 и 30 мг/л в водных растворах и в почвенных условиях к 30 мг/кг, в отличие от контрольных растений.

Таким образом, с помощью клеточной селекции удалось повысить толерантность брахикомы иберисолистной и овсяницы красной к повышенному содержанию ионов меди в почвенном покрове городов. Полученные растения овсяницы красной переносят высокий уровень загрязнения медью, брахикомы иберисолистной – средний