Оценка холодостойкости коллекционных образцов момордики (Momordica charantia L.) по прорастанию пыльцы при низкой температуре in vitro

Актуальность. Момордика (Momordica charantia L.) – новая для России овощная и лекарственная культура, высокая требовательность  которой  к теплу  является  основным  фактором,  ограничивающим  возможности  выращивания в умеренном континентальном климате. Для селекции новых сортов и расширения ее производства необходимы оценка и отбор более холодостойких сортов и форм. Ранее полученные данные говорят о возможности оценки холодостойкости в фазе зрелого мужского гаметофита in vitro.

Материалы и методы. Материалом исследования служили восемь образцов момордики, включая родительские формы, F₁ гибриды и сорт ‘Гоша’, выращенных в условиях необогреваемой пленочной теплицы Центрального сибирского ботанического сада СО РАН, г. Новосибирск (54°49’ с. ш. 83°06’ в. д.). В качестве критерия холодостойкости использовали выраженное в процентах отношение прорастания пыльцы in vitro на 15-процентном растворе полиэтиленгликоля с молекулярной массой 6000 (ПЭГ 6000) с добавлением борной кислоты (0,006%) при температуре 10°C в течение 24 ч к прорастанию при 25°C в течение 3 ч.

Результаты. Наибольшей холодостойкостью обладали сорт ‘Гоша’, образец из Японии Okinawa green и гибрид F₁ (Feng Guang × Okinawa green) с показателями 59,7; 53,8 и 48,2% соответственно. Характер наследования холодостойкости пыльцы в F₁ в зависимости от комбинации скрещивания изменялся от промежуточного у двух гибридов [F₁ (Feng Guang × Гоша) и F₁ (Feng Guang × Okinawa green)] до сверхдоминирования (положительного гетерозиса) в гибридной комбинации в F₁ (Feng Guang × Okinawa white).

1. Akbar S. Momordica charantia L. (Cucurbitaceae). In: Hand­book of 200 Medicinal Plants. Cham: Springer; 2020. p.1195-1219. DOI: 10.1007/978-3-030-16807-0_128

2. Bagi I., Böszörményi A. Wild cucumber (Echinocystis lobata Torr. et Gray). In: Z. Botta-Dukát, L. Balogh (eds). The most important invasive plants in Hungary. Vácrátót; 2008. p.103-114.

3. Beaudry F.E.G., Rifkin J., Barrett S.C.H., Wright S.I. Evolutionary genomics of plant gametophytic selection. Plant Communications. 2020;1(6):100-115. DOI: 10.1016/j.xplc.2020.100115

4. Bitter gourd: [site]. Available from: https://kvk.icar.gov.in/API/Content/PPupload/k0211_74.pdf [accessed February 26, 2022].

5. Desai U.T., Musmade A.M. Pumpkins, squashes and gourds. In: D.K. Salunkhe, S.S. Kadam (eds). Handbook of vegetable science and technology: production, composition, storage and processing. New York: Marcel Dekker; 1998. p.273-298.

6. Domínguez E., Cuartero J., Fernández-Muñoz R. Breeding tomato for pollen tolerance to low temperatures by gametophytic selection. Euphytica. 2005;142:253-263. DOI: 10.1007/s10681-005-2042-0

7. Фотев Ю.В., Белоусова В.П. Момордика. В кн.: Интродукция нетрадиционных плодовых, ягодных и овощных растений в Западной Сибири / под ред. И.Ю. Коропачинского, А.Б. Горбунова. Новосибирск: Гео; 2013. С.194-207.

8. Fotev Y.V., Syso A.I., Shevchuk O.M. Introduction in Siberia (Russia) of new vegetable species with a high biochemical value. In: Current Challenges in Plant Genetics, Genomics, Bioinformatics, and Biotechnology. Novosibirsk; 2019. p.12-14. DOI: 10.18699/ICG-PlantGen2019-01

9. Грибова О.А. Оценка физиологических показателей засухоустойчивости селекционного материала M. сharantia, как способ изучения адаптационных возможностей при интродукции в Тульской области. В кн.: Сб. матер. молодежного научного семинара «Эколог – профессия будущего»; 18–20 ноября 2014 г.; г. Кемерово. Кемерово; 2014. URL: http://science.kuzstu.ru/wp-content/Events/Conference/Other/2014/eko/eko_2014/pages/Articles/Gribova.pdf [дата обращения: 15.04.2022].

10. Грибова О.А., Медведева Н.В. Влияние способов размножения на фотосинтетическую продуктивность Momordica charantia L. при интродукции в Тульской области. В кн.: Фундаментальные и прикладные проблемы современной экспериментальной биологии растений: Сборник материалов Всероссийской научной конференции с международным участием и школы для молодых ученых, посвященной 125-летию Института физиологии растений им. К.А. Тимирязева РАН (23–27 ноября 2015 г. Москва; 2015. C.191-194). URL: http://www.ofr.su/assets/files/Sbornik_125yrs_IFR.pdf [дата обращения: 22.06.2022].

11. Karapanos I.C.; Mahmood S.; Thanopoulos C. Fruit set in solanaceous vegetable crops as affected by floral and environmental factors. The European Journal of Plant Science and Biotechnology. 2008;2(1):88-105.

12. Кильчевский А.В., Антропенко Н.Ю., Пугачева И.Г. Изучение наследования урожайности и холодостойкости томата (Lycopersicon esculentum Mill.). Весцi Нацыянальнай Акадэмii Навук Беларусi. Серыя Аграрных Навук. 2007;(4):68-72).

13. Кильчевский А.В., Пугачева И.Г. Гаметная селекция томата на холодоустойчивость. Известия Национальной Академии наук Беларуси. 2002;(4):35-39.

14. Kozik E.U., Wehner T.C. A single dominant gene Ch for chilling resistance in cucumber seedlings. Journal of the American Society for Horticultural Science. 2008;133(2):225–227. DOI: 10.21273/JASHS.133.2.225

15. Лаханов А.П. Оценка холодостойкости полевых культур. В кн.: Диагностика устойчивости растений к стрессовым воздействиям: методическое руководство / под ред. Г.В. Удовенко. Ленинград: ВИР; 1988. С.62-75.

16. Лукьянчик И.Д., Ломакова О.О. Методы гаметной селекции для оценки холодостойкости некоторых сортов томатов. В кн.: Клеточная биология и биотехнология растений. Минск: БГУ; 2013. С.100. URL.: http://elib.bsu.by/handle/123456789/33866 [дата обращения: 22.06.2022].

17. Nelms B., Walbot V. Gametophyte genome activation occurs at pollen mitosis I in maize. Science. 2022;375(6579):424-429. DOI: 10.1126/science.abl7392

18. Niu Y., Liu Z, He H., Han X., Qi Z., Yang Y. Gene expression and metabolic changes of Momordica charantia L. seedlings in response to low temperature stress. PLoS ONE. 2020;15(5):e0233130. DOI: 10.1371/journal.pone.0233130

19. Petr F.C., Frey J. Genotypic correlation, dominance, and heritability of quantitative characters in oats. Crop Science. 1966;6(3):259-262. DOI: 10.2135/cropsci1966.0011183X000600030013x

20. Rathod V., Behera T.K., Munshi A.D., Durgesh K., Jat G.S., Boopala Krishnan B.G., Sharma N. Pollen viability and in vitro pollen germination studies in Momordica species and their intra and interspecific hybrids. International Journal of Chemical Studies. 2018;6(6):32-40.

21. Read S.M., Clarke A.E., Bacic A., Stimulation of growth of cultured Nicotiana tabacum W38 pollen tubes by poly(ethylene glycol) and Cu (II) salts. Protoplasma. 1993;177(1-2):1-14. DOI: 10.1007/BF01403393

22. Родченко О.П., Скворцова Р.Г. Оценка селекционного материала на устойчивость к низким температурам. Иркутск; 1981.

23. Rosbakh S, Poschlod P. Minimal temperature of pollen germination controls species distribution along a temperature gradient. Annals of Botany. 2016;117(7):1111-1120. DOI: 10.1093/aob/mcw041

24. Saeed F., Afzaal M., Niaz B., Arshad M.U., Tufail T., Hussain M.B., Javed A. Bitter melon (Momordica charantia): a natural healthy vegetable. International Journal of Food Properties. 2018;21(1):1270-1290. DOI: 10.1080/10942912.2018.1446023

25. Schaefer H., Renner S.S. A three-genome phylogeny of Momordica (Cucurbitaceae) suggests seven returns from dioecy to monoecy and recent long-distance dispersal to Asia. Molecular Phylogenetics and Evolution. 2010;54(2):553-560. DOI: 10.1016/j.ympev.2009.08.006

26. Shivanna K.R., Sawhney V.K., Polyethylene glycol improves the in vitro growth of Brassica pollen tubes without loss in germination. Journal of Experimental Botany. 1995;46(11):1771-1774. DOI: 10.1093/jxb/46.11.1771

27. Simon E.W., Minchin A., McMenamin M.M., Smith J.M. The low temperature limit for seed germination. New Phytologist. 1976;77(2):301-311. DOI: 10.1111/j.1469-8137.1976.tb01519.x

28. Швец Д.Ю., Кулуев Б.Р. Тладианта сомнительная: биология, ареал распространения, практическое применение. Доклады Башкирского университета. 2017;2(5):725-735.

29. Steuter A.A., Mozafar A., Goodin J.R., Water potential of aqueous polyethylene glycol. Plant Physiology. 1981;67(1):64-67. DOI: 10.1104/pp.67.1.64

30. Удовенко Г.В. Общие требования к методам и принципам диагностики устойчивости растений к стрессам. В кн.: Диагностика устойчивости растений к стрессовым воздействиям: методическое руководство / под ред. Г.В. Удовенко. Ленинград: ВИР; 1988. С.5-10.

31. Виноградова В.В. Оценка холодостойкости овощных и тыквенных культур. В кн.: Диагностика устойчивости растений к стрессовым воздействиям: методическое руководство / под ред. Г.В. Удовенко. Ленинград: ВИР; 1988. С.75-85.

32. Zhang H.Q., Croes A.F. A new medium for pollen germination in vitro. Acta Botanica Neerlandica. 1982;31(1-2):113-119. DOI: 10.1111/j.1438-8677.1982.tb01597.x

33. Zou C, Jiang W, Yu D. Male gametophyte-specific WRKY34 transcription factor mediates cold sensitivity of mature pollen in Arabidopsis. Journal of Experimental Botany. 2010;61(14):3901-3914. DOI: 10.1093/jxb/erq204