Изучение и сохранение в культуре in vitro редкого исчезающего вида Prunus armeniaca l. в Казахстане

Актуальность. Гибель растений в природных популяциях приводит к утрате биоразнообразия и изменениям экосистем. Комплексное изучение и восстановление деградирующих популяций, особенно редких видов, актуально. Биотехнология культуры тканей – важный инструмент сохранения генетического разнообразия.

Материалы и методы. Собраны и изучены 115 образцов Prunus armeniaca L. из двух популяций Алматинской области. Применялись геоботанические методы и методы культуры тканей.

Результаты. Проведена дескрипторная оценка (46 признаков), собраны гербарии, выполнено дистанционное зондирование, построены цифровая модель рельефа (ЦМР) и ортофотоплан, рассчитан NDVI (0,3–0,7). При введении в культуру in vitro зародышевых осей оптимальной для размножения была среда Кнопа (94,5% жизнеспособности). На среде 523 выявлен низкий уровень контаминации (1,1%). Максимальный коэффициент размножения (КР) (2,9) достигнут на среде MС5 с 1 мг/л 6-бензиламинопурина (БАП) и 0,3 мг/л гибберелловой кислоты (ГК).

Заключение. Установлено реальное состояние популяций: высокая поражаемость (до 52,6%) и отсутствие плодоношения в отдельных точках. Составлены картосхемы территории. Подтверждена эффективность среды Кнопа для проращивания зародышевых осей в культуре in vitro, тестирование побегов in vitro на среде 523 выявило низкий процент контаминации (1,1%). Максимальный КР (2,9) получен на среде МС5 с повышенным содержанием БАП и ГК.

1. Abdalla N., El-Ramady H., Seliem M.K., El-Mahrouk M.E., Taha N., Bayoumi Y. et al. An academic and technical overview on plant micropropagation challenges. Horticulturae. 2022;8(8):677. DOI: 10.3390/horticulturae8080677

2. Alzubi H., Yepes L.M., Fuchs M. In vitro storage of micropropagated grapevine rootstocks at low temperature. In Vitro Cellular and Developmental Biology – Plant. 2019;55(3):334-341. DOI: 10.1007/s11627-019-09980-8

3. Balenović I., Marjanović H., Vuletić D., Paladinić E., Ostrogović Sever M.Z., Indir K. Quality assessment of high-density digital surface model over different land cover classes. Periodicum Biologorum. 2015a;117(4):459-470. DOI: 10.18054/pb.2015.117.4.3452

4. Balenović I., Seletković A., Pernar R., Jazbec A. Estimation of the mean tree height of forest stands by photogrammetric measurement using digital aerial images of high spatial resolution. Annals of Forest Research. 2015b;58(1):125-143. DOI: 10.15287/afr.2015.300

5. Balla I., Vértesy J. In vitro culture of Hungarian apricot (Prunus armeniaca L.) varieties. Acta Horticulturae. 2000;560:395-398. DOI: 10.17660/ActaHortic.2001.560.75

6. Chaudhury R., Malik S.K. Cryopreservation of plant species: Practical approaches from handling to cryobanking. New Delhi: ICAR – NBPGR; 2017. Available from: http://www.nbpgr.ernet.in:8080/cryobank/img/books/Cryo_Preservation_of_Plant_Species.pdf [accessed Jan. 21, 2025].

7. Coelho N., Gonçalves S., Romano A. Endemic plant species conservation: Biotechnological approaches. Plants. 2020;9(3):345. DOI: 10.3390/plants9030345

8. Дунаева С.Е., Антонова О.Ю., Пендинен Г.И., Швачко Н.А., Гавриленко Т.А. Сохранение генетического разнообразия вегетативно размножаемых культур растений в контролируемых условиях среды в ВИРе. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2012;169:245-256.

9. Dzhangaliev A.D., Salova T.N., Turekhanova P.M. The wild fruit and nut plants of Kazakhstan. In: J. Janick (ed.). Horticultural Reviews. Vol. 29. Wild Apple and Fruit Trees of Central Asia. Hoboken, NJ: John Wiley & Sons, Inc.; 2003. p.305-371. DOI: 10.1002/9780470650868.ch3

10. Джангалиев А.Д., Салова Т.Н., Туреханова Р.М. Дикие плодовые растения Казахстана. Алматы; 2001.

11. Engelmann F. Use of biotechnologies for the conservation of plant biodiversity. In Vitro Cellular and Developmental Biology – Plant. 2011;47(1):5-16. DOI: 10.1007/s11627-010-9327-2

12. FAOSTAT. Food and Agriculture Organization of the United Nations. Food and agriculture data: [website]. Available from: https://www.fao.org/faostat/en/#data/QCL [accessed Jan. 21, 2025].

13. Гавриленко Т.А., Дунаева С.Е., Трускинов Э.В., Антонова О.Ю., Пендинен Г.И., Лупышева Ю.В. и др. Стратегия долгосрочного сохранения генофонда вегетативно размножаемых сельскохозяйственных растений в контролируемых условиях среды. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2007:164:273-285.

14. GISGeography. What is NDVI (Normalized Difference Vegetation Index): [website]. Available from: https://gisgeography.com/ndvi-normalized-difference vegetation-index [accessed Oct. 11, 2024].

15. Голубев А.М. Клональное микроразмножение некоторых генотипов абрикоса в культуре апикальных меристем и высечек листьев. Сборник научных трудов Государственного Никитского ботанического сада. 2017;144(2):64-69.

16. Groppi A., Liu S., Cornille A., Decroocq S., Bui Q.T., Tricon D. et al. Population genomics of apricots unravels domestication history and adaptive events. Nature Communications. 2021;12(1):3956. DOI: 10.1038/s41467-021-24283-6

17. İpek M., Arıkan Ş., Eşitken A., Aras S. Effect of different hormones concentration on in vitro regeneration of apricot cultivars. Turkish Journal of Agriculture – Food Science and Technology. 2023;11(8):1372-1379. DOI: 10.24925/turjaf.v11i8.1372-1379.6194

18. Jenderek M.M., Reed B.M. Cryopreserved storage of clonal germplasm in the USDA National Plant Germplasm System. In Vitro Cellular and Developmental Biology – Plant. 2017;53(4):299-308. DOI: 10.1007/s11627-017-9828-3

19. Jiang F., Zhang J., Wang S., Yang L., Luo Y., Gao S. et al. The apricot (Prunus armeniaca L.) genome elucidates Rosaceae evolution and beta-carotenoid synthesis. Horticulture Research. 2019;6(1):128. DOI: 10.1038/s41438-019-0215-6

20. Khafri A.Z., Solouki M., Zarghami R., Fakheri B.A., Mahdinezhad N., Naderpour M. In vitro propagation of three Iranian apricot cultivars. In Vitro Cellular and Developmental Biology – Plant. 2020;57(1):1-16. DOI: 10.1007/s11627-020-10112-w

21. Knop W. Quantitative Utersuchungen Über den ErnährungensprozeB der Pflanze. Landwirtschaftliche Versuchsstation. 1865;7:93. [in German]

22. Кокорева И.И., Отрадных И.Г., Съедина И.А., Лысенко В.В. Редкие виды растений Северного Тянь-Шаня. Алматы; 2013.

23. Kovalchuk I., Turdiyev T., Mukhitdinova Z., Frolov S., Reed B.M. Cryopreservation of native Kazakhstan apricot (Prunus armeniaca L.) seeds and embryonic axes. CryoLetters. 2014;35(2):83-89.

24. Kovalchuk I.Y., Mukhitdinova Z.R., Turdiyev T.T., Madiyeva G.A., Reed B.M. Optimization of in vitro growth medium for a wild Kazakhstan apricot, Prunus armeniaca. Acta Horticulturae. 2017:1155:193-199. DOI: 10.17660/ActaHortic.2017.1155.27

25. Kushnarenko S.V., Romadanova N.V., Aralbayeva M.M. Current state and in vitro conservation of the only endangered population of Corylus avellana in Kazakhstan. Research on Crops. 2020;21(4):681-686. DOI: 10.31830/2348-7542.2020.106

26. Kushnarenko S.V., Rymkhanova N.K, Aralbayeva M.M., Romadanova N.V. In vitro cold acclimation is required for successful cryopreservation of Juglans regia L. shoot tips. CryoLetters. 2023;44(4):240-248. DOI: 10.54680/fr23410110612

27. Lalso V., Onet A., Vicas S., Agud E., Onet C. In vitro propagation of apricot (Prunus armeniaca L.). Annals of the University of Oradea, Fascicle: Environmental Protection. 2018:30:197-202. Available from: https://protmed.uoradea.ro/facultate/publicatii/protectia_mediului/2018A/im/05.%20Laslo%20Vasile.pdf [accessed Jan. 21, 2025].

28. Lateur M., Dapena E., Szalatnay D., Gantar M.E., Guyader A., Hjalmarsson I., Höfer M., Ikase L., Kellerhals M., Lacis G., Militaru M., Miranda Jiménez C., Osterc G., Rondia A., Volens K., Zeljković M.K., Ordidge M. ECPGR characterization and evaluation descriptors for apple genetic resources. Apple (Malus × domestica). Rome: ECPGR; 2022. Available from: https://www.ecpgr.org/fileadmin/bioversity/publications/pdfs/2022_ECPGR_Malus_descriptors_final.pdf [accessed Jan. 21, 2025].

29. Mitrofanova I.V., Mitrofanova O.V., Lesnikova-Sedoshenko N.P., Chelombit S.V., Gorina V.M., Chirkov S.N. Some features of obtaining new breeding forms of apricot in vitro. Acta Horticulturae. 2020;1290:237-242. DOI: 10.17660/ActaHortic.2020.1290.42

30. Mukanova G.S., Smailova M.K., Sankaibaeva A.G., Shadmanova L.Sh. Analysis of phenological, pomological and biochemical characteristics of wild apricot in Kazakhstan. Acta Horticulturae. 2024;1387:217-224. DOI: 10.17660/ActaHortic.2024.1387.29

31. 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

32. Острикова О.В., Федотова И.Э., Хархардина Е.Л. Изучение влияния гормонального состава питательной среды на морфогенез зародышей абрикоса обыкновенного в культуре in vitro. Селекция и сорторазведение садовых культур. 2018;5(1):93-96.

33. Pérez-Tornero O., Burgos L. Apricot micropropagation. In: S.M. Jain, H. Häggman (eds). Protocols for Micropropagation of Woody Trees and Fruits. Dordrecht: Springer; 2006. p.267-278. DOI: 10.1007/978-1-4020-6352-7_25

34. Красная книга Казахстана. Т. 2. Растения. 2-е изд. Астана: АртPrintXXI; 2014.

35. Romadanova N., Kushnarenko S., Karasholakova L. Development of a common PVS2 vitrification method for cryopreservation of several fruit and vegetable crops. In Vitro Cellular and Developmental Biology – Plant. 2017;53(4):382-393. DOI: 10.1007/s11627-017-9849-y

36. Romadanova N.V., Aralbayeva M.M., Zemtsova A.S., Alexandrova A.M., Kazybayeva S.Zh., Mikhailenko N.V. et al. In vitro collection for the safe storage of grapevine hybrids and identification of the presence of Plasmopora viticola resistance genes. Plants. 2024;13(8):1089. DOI: 10.3390/plants13081089

37. Ромаданова Н.В., Кушнаренко С.В. Сохранение биоразнообразия растений методами биотехнологии. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2023;184(1):239-248). DOI: 10.30901/2227-8834-2023-1-239-248

38. Romadanova N.V., Mishustina S.A., Matakova G.N., Kushnarenko S.V., Rakhimbaev I.R., Reed B.M. In vitro collection of Malus shoot cultures for cryogenic bank development in Kazakhstan. Acta Horticulturae. 2016;1113:271-277. DOI: 10.17660/ActaHortic.2016.1113.40

39. Romadanova N.V., Tolegen A.B., Kushnarenko S.V., Zholdybayeva E.V., Bettoni J.C. Effect of Plant Preservative MixtureTM on endophytic bacteria eradication from in vitro grown apple shoots. Plants (Basel). 2022;11(19):2624. DOI: 10.3390/plants11192624

40. Rotach P. EUFORGEN Technical Guidelines for genetic conservation and use for service tree (Sorbus domestica). Rome: IPGRI; 2003. Available from: https://www.euforgen.org/fileadmin/templates/euforgen.org/upload/Publications/Technical_guidelines/Technical_guidelines_Sorbus_domestica.pdf [accessed Jan. 21, 2025].

41. Šiško M., Ternjak T., Grobelnik-Mlakar S. The effects of different cytokinin types and their concentration on in vitro growth of apricot (Prunus armeniaca L.) shoots. Agricultura. 2022;19(1):1-6. DOI: 10.18690/agricultura.19.1.1-6.2022

42. Soliman H.I.A. In vitro propagation of apricot (Prunus armeniaca L.) and assessment of genetic stability of micropropagated plants using RAPD analysis. World Applied Sciences Journal. 2012;19(5):1818-4952. DOI: 10.5829/idosi.wasj.2012.19.05.2770

43. SYSTAT 13.0.5: [website]. Available from: https://systat.informer.com/13.0 [accessed Jan. 21, 2025].

44. Trigiano R.N., Gray D.J. (eds). Plant tissue culture, development, and biotechnology. Boca Raton, FL: CRC Press; 2011. DOI: 10.1201/9781439896143

45. Viss P.R., Brooks E.M., Driver J.A. A simplified method for the control of bacterial contamination in woody plant tissue culture. In Vitro Cellular and Developmental Biology – Plant. 1991;27(1):42. DOI: 10.1007/BF02632060

46. Weier J., Herring D. Measuring vegetation (NDVI & EVI). NASA Earth Observatory; 2000. Available from: https://earthobservatory.nasa.gov/features/MeasuringVegetation [accessed Oct. 10, 2024].

47. Zaurov D.E., Molnar T., Eisenman S.W., Ford T.M., Mavlyanova R.F., Capik J.M. et al. Genetic resources of apricots (Prunus armeniaca L.) in Central Asia. HortScience. 2013;48(6):681-691. DOI: 10.21273/HORTSCI.48.6.681