Влияние токсического действия цинка и минерального голодания на рост и развитие гречихи посевной в культуре in vitro

   Актуальность. Гречиха посевная – крупяная культура, обладающая высоким потенциалом генетического улучшения селекционного материала, адаптированного к абиотическим стрессам. На сегодняшний день отсутствуют сообщения о получении in vitro устойчивых к высоким дозам цинка и недостатку макроэлементов регенерантов гречихи, в том числе с комплексной устойчивостью к данным стрессорам.

   Материалы и методы. На питательных средах in vitro с добавлением селективного фактора ZnSO₄ × 7 H₂O в концентрации 808–1313 мг/л культивировали асептические одноузловые черенки полученных регенерантов гречихи посевной сортов ‘Дикуль’ и ‘Изумруд’. Для моделирования минерального голода выжившие растения микроклонировали на питательные среды без макросолей. Оценку морфобиологических признаков и адаптационной реакции микрорастений проводили по следующим показателям: высота растения, число междоузлий, число листьев, длина листовой пласинки, наличие корней и окраска листьев.

   Результаты. Индуцирование прямой регенерации исследуемых сортов гречихи на селективных средах с цинком и минеральным голоданием in vitro показало высокую толерантность отобранных растений к стрессам. По результатам проведенных исследований были выделены устойчивые линии сортов ‘Изумруд’ и ‘Дикуль’. При этом наибольшая стрессоустойчивость выявлена у сорта ‘Дикуль’. Полученные в селективных условиях пробирочные регенеранты гречихи являются перспективным материалом для дальнейшей селекции, а также для исследования возможности их использования в качестве фиторемедиаторов.

1. Барсукова Е.Н., Клыков А.Г., Чайкина Е.Л. Использование метода культуры ткани для создания новых форм Fagopyrum esculentum Moench. Российская сельскохозяйственная наука. 2019;(5):3-6. DOI: 10.31857/S2500-2627201953-6

2. Барсукова Е.Н., Клыков А.Г., Фисенко П.В., Боровая С.А., Чайкина Е.Л. Использование методов биотехнологии в селекции гречихи на Дальнем Востоке. Вестник Дальневосточного отделения Российской академии наук. 2020;(4):58-66. DOI: 10.37102/08697698.2020.212.4.010

3. Chrungoo N.K., Dohtdong L., Chettry U. Chapter ten – Phenotypic plasticity in buckwheat. In: M. Zhou, I. Kreft, S. H. Woo, N. Chrungoo, G. Wieslander (eds). Molecular Breeding and Nutritional Aspects of Buckwheat. Cambridge, MA: Academic Press; 2016. p.137-149. DOI: 10.1016/B978-0-12-803692-1.00010-9

4. Дунаева С.Е., Пендинен Г.И., Антонова О.Ю., Швачко Н.А., Ухатова Ю.В., Шувалова Л.Е., Волкова Н.Н., Гавриленко Т.А. Сохранение вегетативно размножаемых культур в in vitro и криоколлекциях: методические указания / под ред. Т. А. Гавриленко. 2-е изд. Санкт- Петербург: ВИР; 2017.

5. Фесенко А.Н., Фесенко И.Н. Развитие селекции и производства гречихи в России за 100 лет. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2019;180(1):113-117. DOI: 10.30901/2227-8834-2019-1-113-117

6. Фесенко Н.В. Селекция и семеноводство гречихи. Москва: Колос; 1983

7. Gharam M.J., Heavener D.L., Nickell C.D., Widholm J.M. Response of soybean genotypes to boron, zinc and manganese deficiency in tissue culture. Plant and Soil. 1993;150(2):307-310.

8. Гладков Е.А. Клеточная селекция растений полевицы побегоносной (Agrostis stolonifera), обладающих устойчивостью к тяжелым металлам и засолению. Биотехнология. 2010;(6):72-74.

9. Kabata-Pendias A., Pendias H. Trace elements in soils and plants. 3^rd ed. Boca Raton, FL: CRC Press; 2001.

10. Kaznina N.M., Titov A.F. Effect of zinc deficiency and excess on the growth and photosynthesis of winter wheat. Journal of Stress Physiology and Biochemistry. 2017;13(4):88-94.

11. Клыков А.Г., Барсукова Е.Н., Чайкина Е.Л., Анисимов М.М. Перспективы и результаты селекции Fagopyrum esculentum Moench на повышенное содержание флавоноидов. Вестник Дальневосточного отделения Российской академии наук. 2019;3(205):5-16. DOI: 10.25808/08697698.2019.205.3.001

12. Kreft I. Buchweizen Slowenien. In: I. Kreft, C. Ries, C. Zewen (eds). Das Buchweizen Buch: mit Rezepten aus aller Welt. 2. Überarbeitete und erweiterte Aufl. Arzfeld: Islek ohne Grenzen EWIV; 2007. p.71-79. [in German]

13. Li L., Huang X., Borthakur D., Ni H. Photosynthetic activity and antioxidative response of seagrass Thalassia hemprichii to trace metal stress. Acta Oceanologica Sinica. 2012;(3):98-108. DOI: 10.1007/s13131-012-0210-3

14. Lyubenova L., Nehnevajova Е., Herzig R., Schröder Р. Response of antioxidant enzymes in Nicotiana tabacum clones during phytoextraction of heavy metals. Environmental Science and Pollution Research International. 2009;16(5):573-581. DOI: 10.1007/s11356-009-0175-8

15. Maleva M.G., Nekrasova G.F., Borisova G.G., Chukina N.V., Ushakova O.S. Effect of heavy metals on photosynthetic apparatus and antioxidant status of Elodea. Russian Journal of Plant Physiology. 2012;59(2):190-197. DOI: 10.1134/S1021443712020069

16. Murashige T., Skoog F. A. A revised medium for rapid growth and bioassays with tobacco tissue cultures. Physiologia Plantarum. 1962;15(3):473-497. DOI: 10.1111/j.1399-3054.1962.tb08052.x

17. Naik P.M., Godbole M., Nagella P., Hosakatte N.M. The effect of heavy metals on in vitro adventitious shoot production and bacoside А content in Bacopa Monnieri (L). Mapana Journal of Sciences. 2015;14(4):1-10. DOI: 10.12723/mjs.35.1

18. Rout G.R., Samantaray S., Das Р. In vitro selection and biochemical characterisation of zinc and manganese adapted callus lines in Brassica spp. Plant Science. 1999;146(2):89-100. DOI: 10.1016/S0168-9452(99)00080-1

19. Samantaray S., Rout G.R., Das P. In vitro selection and regeneration of zinc tolerant calli from Setaria italica L. Plant Science. 1999;143(2):201-209. DOI: 10.1016/S0168-9452(99)00036-9

20. Sheflin A.M., Chiniquy D., Yuan C., Goren E., Kumar I., Braud M. et al. Metabolomics of sorghum roots during nitrogen stress reveals compromised metabolic capacity for salicylic acid biosynthesis. Plant Direct. 2019;3(3):e00122. DOI: 10.1002/pld3.122

21. Шуплецова О.Н. Селективные системы in vitro для получения генотипов ячменя с комплексной устойчивостью к почвенным стрессовым факторам : дис. … д-ра биол. наук. Киров; 2019. URL: https://www.dissercat.com/content/selektivnye-sistemy-in-vitro-dlya-polucheniya-genotipov-yachmenya-s-kompleksnoi-ustoichivost [дата обращения: 11.10.2022].

22. Скугорева С.Г., Ашихмина Т.Я., Фокина А.И., Лялина Е.И. Химические основы токсического действия тяжелых металлов (обзор). Теорeтическая и прикладная экология. 2016;(1):4-10. DOI: 10.25750/1995-4301-2016-1-014-019

23. Титов А.Ф., Таланова В.В., Казнина Н.М., Лайдинен Г.Ф. Устойчивость растений к тяжелым металлам / под ред. Н. Н. Немова. Петрозаводск; 2007.

24. Узаков З.З. Тяжелые металлы и их влияние на растения. Символ науки. 2018;(1-2):52-54.

25. Zhang J., Jiang F., Shen Y., Zhan Q., Bai B., Chen W. et al. Transcriptome analysis reveals candidate genes related to phosphorus starvation tolerance in sorghum. BMC Plant Biology. 2019;19(1):306. DOI: 10.1186/s12870-019-1914-8