Солеустойчивость отобранных на повышенную толерантность к глифосату растений красной малины

Неблагоприятные абиотические воздействия снижают продуктивность сельскохозяйственных растений. Поэтому необходимы сорта с высоким адаптивным потенциалом к комплексу стрессоров. Ряд негативных воздействий, помимо специфических повреждающих факторов, могут иметь сходные механизмы угнетающего действия на физиологические процессы в растительных тканях. Так, избыточное хлоридное засоление почв, засуха, экстремальные температуры, ионы тяжёлых металлов, пестициды вызывают окислительный стресс у растений [1, с. 44-47; 2, с. 5-7; 3; 4, с. 149]. Поэтому отбор растений, способных существенно активизировать работу антиоксидантной системы под влиянием стрессоров, позволяет получать сорта с широким адаптивным потенциалом.

Тканевая селекция может ускорить процесс получения таких сортов [5; 6, с. 128]. Если устойчивость определяется на клеточном уровне, то растения, регенерированные из клеток и тканей, отобранных на резистентность к какому-либо негативному фактору среды, обладают высоким уровнем устойчивости к нему [7, с. 242].

В 2016-2021 гг. в ФГБНУ «ФНЦ им. И.В. Мичурина» проводили разработку селективных систем для получения ягодных культур устойчивых к избыточному хлоридному засолению и к пестицидам. Среди прочих, методом тканевой селекции были получены растения малины красной, толерантные к хлориду натрия и гербициду глифосату из группы фосфорорганических веществ. Повышенная толерантность отобранных форм сохранялась в ряду вегетативных поколений.

Ранее было установлено, что у отобранных на устойчивость к избыточному засолению форм ежевики и малины красной повышение интенсивности перекисного окисления липидов (ПОЛ) под действием NaCl существенно ниже, чем у контрольных растений [8, с. 281]. Это является доказательством того, что более высокая со-леустойчивость отселектированных растений по сравнению с контрольными обусловлена более активной деятельностью антиоксидантной системы.

Целью исследования являлось доказательство повышенной солетолерантности отобранных на устойчивость к пестициду растений. Для этого изучали интенсивность роста и размножения in vitro контрольных и отобранных на пестицидтолерантность форм в присутствии хлорида натрия. Для доказательства роли антиоксидантной системы в реализации толерантности к глифосату изучали также действие глутатиона восстановленного на жизнеспособность растений, подвергнутых действию гербицида.

Материалы и методы исследований

В качестве материала для исследований использованы микрочеренки культивируемых in vitro контрольных и отобранных на толерантность к глифосату растений малины красной сорта Оранжевое чудо. Для мультипликации малины была использована питательная среда с минеральным составом по прописи MS [9], содержащая 1/2 концентрации макросолей, 20 г/л сахарозы, 0,5 мг/л 6-бензиламинопурина (6-БАП), 0,1 мг/л ин-долилмасляной кислоты (ИМК) и 0,5 мг/л гибберелловой кислоты (ГК). Растения культивировали при освещённости 2500 Лк, продолжительности светового дня 16 часов и температуре 23±2°С.

Микрочеренки вегетативного потомства отселектированных на устойчивость к глифосату и контрольных растений были высажены на контрольные и содержащие 0,1 М хлорида натрия среды. Через 30 дней после высадки микрочеренков были проведены учёты коэффициентов размножения и суммарной длины образовавшихся побегов. По интенсивности роста и размножения на средах, содержащих хлорид натрия, оценивали толерантность растений к названному стрессору.

Для изучения роли антиоксидантной системы в реализации толерантности к гли- фосату были использованы среды без антиоксидантов (контроль) и среды, содержащие 0,5 мМ глутатиона восстановленного. Учитывали процент сохранивших жизнеспособность (зелёную окраску) листьев через 7 дней после опрыскивания глифосатом у контрольных и отобранных на солеустойчи-вость растений. Концентрация раствора глифосата составила – 5 г/л (коммерческий препарат «Торнадо» в разведении 1:100).

В каждом варианте опытов было использовано 6 биологических повторностей по 10 эксплантов в каждой. Математическая обработка экспериментальных данных осуществлялась с использованием статистического пакета программы Microsoft Excel.

Результаты и обсуждение

Культивирование микрочеренков контрольных и глифосаттолерантных растений малины сорта Оранжевое чудо на контрольных средах и средах, содержащих 0,1М NaCl, показало угнетающее действие хлорида натрия во всех вариантах опыта. Однако снижение морфометрических показателей под действием хлорида натрия у глифосаттолерантных растений было существенно ниже, чем у контрольных растений. Так, на среде с NaCl коэффициент размножения у контрольных растений снизился на 71,28%, а у отселектирован-ных – на 55,56% (рис. 1). Длина побегов под действием стрессора упала на 75,58% в контроле, а у отобранных в процессе тканевой селекции растений – на 60,49% (рис. 2).

3,5

Рис. 1. Влияние хлорида натрия на коэффициент размножения in vitro микрочеренков контрольных и глифосаттолерантных растений малины красной сорта Оранжевое чудо (30 дней культивирования)

Рис. 2. Влияние хлорида натрия на длину образовавшихся in vitro микропобегов у контрольных и глифосаттолерантных растений малины сорта Оранжевое чудо (30 дней культивирования)

Доказательством участия антиоксидантной системы в реализации повышенной толерантности к гербициду служат результаты проведённых в 2020 году опытов по опрыскиванию глифосатом (5 г/л) растений малины, культивируемых на контрольных средах и средах, содержащих 0,5 мМ глутатиона восстановленного. Этот антиоксидант, утилизирующий супероксидный радикал, замедляет гибель растений на 5-7 дней. На 7-й день после опрыскивания гербицидом на среде с глутатионом восстановленным количество зелёных листьев на 56% выше, чем этот показатель на среде без антиоксиданта. Различия существенны при уровне значимости нулевой гипотезы P<0,05. На десятый день глифосат приводит практически к полной гибели микрочеренков на контрольной среде и к гибели лишь 10% листьев на среде с глутатионом. Ещё через 7-10 дней (т.е. на 17-20 день после опрыскивания) обработанные глифосатом микрочеренки погибают и на средах с антиоксидантом.

Более медленное поражение глифосатом растений в присутствии антиоксиданта свидетельствует о роли антиоксидант- ной системы в реализации толерантности к названному гербициду.

Частичная общность механизмов повреждающего действия хлорида натрия и глифосата и механизмов защиты растительных тканей от названных негативных воздействий позволяет вести селекцию на комплексную толерантность к абиотическим стрессорам.

Однако защитное действие антиоксидантной системы не является универсальным. Снижение морфометрических показателей по сравнению с контролем (среда без NaCl) в присутствии 0,1 М хлорида натрия у микрочеренков отобранных на солетолерантность растений малины сорта Оранжевое чудо существенно ниже, чем у отобранных на толерантность к глифосату (рис. 4 и 5).

Известно, что повреждающее действие избыточного засоления связано не только с развитием окислительного стресса, но и с изменением осмотического давления и действием ионов натрия и хлора [1]. Вероятно, отбор на солетолерантность повлиял не только на активность антиоксидантной системы растений, но и затронул специфические механизмы солеустойчивости.

контроль толерантные толерантные к NaCI к глифосату без NaCL                    0,1 М NaCI

Рис. 4. Коэффициент размножения в % к контролю (среда без NaCl) у микрочеренков контрольных, солетолерантных и глифосаттолерантных растений малины в присутствии хлорида натрия (30 суток культивирования)

е с: о Q. Н I О аГ О

0) со о Е га

контроль толерантные к толерантные к NaCI         глифосату

без NaCL

ОД М NaCI

Рис. 5. Длина побегов (в % к контролю), образованных микрочеренками контрольных, солетолерантных и глифосаттолерантных растений малины в присутствии хлорида натрия (30 суток культивирования)

Наличие специфических повреждающих механизмов у различных стрессоров ограничивает возможности селекции на комплексную устойчивость. Но отбор растений, способных существенно повышать активность антиоксидантной системы под действием стрессора, позволяет получать сорта с повышенной толерантностью к комплексу негативных воздействий.

Заключение

Воздействие хлорида натрия на растения in vitro снижает коэффициент размножения и длину образующихся побегов во всех вариантах опыта.

Микрочеренки полученных в процессе тканевой селекции глифосаттолерантных растений малины красной существенно меньше снижают названные морфометрические показатели в присутствии 0,1М хлорида натрия по сравнению с микрочеренками контрольных растений. Это свидетельствует о повышенной резистентности к избыточному засолению отобранных на толерантность к пестициду форм.

Общность механизмов реализации то- фосату обусловлена частичной общностью повреждающего действия названных стрессоров, связанной с накоплением в тканях свободных радикалов и развитием окислительного стресса. Поэтому отбор растений, способных существенно повышать активность антиоксидантной системы под действием стрессора, позволяет получать сорта с повышенным потенциалом адаптации к комплексу негативных воздействий.

лерантности к хлориду натрия и к гли-