doi: 10.15389/agrobiology.2024.3.525rus
УДК 633.1:58.04:58.085
МОРФОФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ И БИОХИМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ КАЛЛУСОВ У СОРТООБРАЗЦОВ ОЗИМОЙ ТРИТИКАЛЕ (× Triticosecale Wittmack) ПРИ ЗАСОЛЕНИИ
Н.А. ЛАГМЕТОВА1 ✉, З.М. АЛИЕВА1, К.У. КУРКИЕВ2,
М.Х. ГАДЖИМАГОМЕДОВА2
Исследования солеустойчивости тритикале (× Triticosecale Wittmack) и выявление оптимальных в этом отношении сортообразцов актуальны в связи с широким распространением засоленных почв в районах выращивания этой культуры. Среди способов оценки солеустойчивости привлекают внимание биотехнологические методы, однако для тритикале они практически не разработаны, а сортовая специфика ее реакции на засоление в условиях in vitro недостаточно изучена. В представленной работе впервые выявлена зависимость активности каллусообразования, прироста сырой и сухой биомассы, динамики накопления в тканях пролина и интенсивности перекисного окисления липидов (ПОЛ) от концентрации соли NaCl (0,5, 0,75 и 1 %) в питательной среде, а также сортовая специфика изменения этих показателей в условиях засоления у образцов озимой тритикале. Целью работы было изучение влияния разной степени хлоридного засоления на морфофизиологические и биохимические изменения каллусов пяти сортообразцов озимой тритикале. В качестве материала для исследований использовали зрелые зародыши зерновок сортообразцов озимой тритикале Triskell, Сотник, ПРАГ530л-1934, Timbo и Алмаз из коллекции Дагестанской опытной станции — филиала ФИЦ Всероссийского института генетических ресурсов растений им. Н.И. Вавилова. Для введения в культуру in vitro зерновки последовательно стерилизовали в течение 30 с в 96 % этаноле и 20 мин — в коммерческом препарате Белизна, затем 3 раза по 5 мин промывали стерильной дистиллированной водой. Выделенные из поверхностно простерилизованных зерновок зародыши помещали на питательную среду срезом вниз для формирования каллуса. В работе использовали четыре варианта питательной среды Мурасиге-Скуга (МС), которая различалась по концентрации NaCl: МС с добавлением 2,5 мг/л 2,4-дихлорфеноксиуксусной кислоты (2,4-Д) и 0,5 мг/л 6-бензиламинопурина (БАП) (контрольный вариант, МС1); МС + 2,4-Д + БАП + 0,5 % NaCl (МС2); МС + 2,4-Д + БАП + 0,75 % NaCl (МС3); МС + 2,4-Д + БАП + 1 % NaCl (МС4). Продолжительность культивирования зрелых зародышей на питательных средах составляла 30 сут. Все варианты культивировали в климатической камере (MLR-352H, «Sanyo», Япония) в условиях 16-часового фотопериода при 24±1 °С, освещенности 3000 лк и влажности 80 %. Определяли размер каллусов, прирост сырой и сухой биомассы, накопление свободного пролина, интенсивность процессов перекисного окисления липидов. По результатам опытов наибольшую чувствительность к засолению in vitro проявили сортообразцы Timbo и Алмаз, у которых каллусогенез наблюдался только на среде с низкой концентрацией NaCl (0,5 %). Сортообразцы Сотник и ПРАГ530л-1934 выдерживали средний уровень засоления (0,75 % NaCl). Устойчивым оказался образец Triskell, у которого каллусообразование было также отмечено в варианте наиболее интенсивного засоления (1 % NaCl). Введение в среду хлорида натрия в концентрации 0,75 % приводило к снижению размера каллуса у сортообразцов Triskell, Сотник и ПРАГ530л-1934 соответственно в 1,8; 1,9 и 2,0 раза относительно контроля (р < 0,05). На питательной среде МС4 у образца Triskell размер каллуса снижался в 2,9 раза (р < 0,05). В варианте МС2 наименьшее снижение сырой биомассы каллуса наблюдалось у образцов Triskell (в 1,6 раза относительно контроля, р < 0,05) и Алмаз (в 1,7 раза, р < 0,05), наибольшее — у Timbo (в 3,0 раза, р < 0,05). На питательной среде МС3 у сортообразцов Triskell, ПРАГ530л-1934 и Сотник отмечалось снижение сырой биомассы относительно контроля соответственно в 2,1; 2,5 и 2,5 раза (р < 0,05). По накоплению сухой биомассы в варианте МС2 высокие показатели имели образцы Triskell и Сотник (62 и 57 % по отношению к контролю, р < 0,05). На МС3 наибольший прирост выявили у Triskell (43 %, р < 0,05), наименьший — у образцов ПРАГ530л-1934 (23 %, р < 0,05) и Сотник (25 %, р < 0,05). В варианте МС4 у образца Triskell сухая биомасса составила 21 % относительно контроля (р < 0,05). На питательных средах с избыточным содержанием NaCl в каллусах отмечали накопление пролина, наиболее интенсивное у устойчивого образца Triskell: при введении в среду NaCl в концентрациях 0,5; 0,75 и 1 % оно повышалось соответственно в 4,9; 6,2 и 6,9 раза (р < 0,05). У чувствительных сортообразцов Алмаз и Timbo повышалась активность процессов перекисного окисления липидов. Наиболее устойчивый сортообразец Triskell характеризовался в целом высокими ростовыми показателями, интенсивным накоплением пролина и меньшей активностью ПОЛ.
Ключевые слова: Triticosecale Wittmack, каллусы, тритикале, солеустойчивость, хлоридное засоление, культуры in vitro.
N.A. Lagmetova1 ✉, Z.M. Alieva1, K.U. Kurkiev2,
M.Kh. Gadjimagomedova2
Studies of the salt resistance of × Triticosecale Wittmack and the identification of optimal cultivars in this regard are relevant due to the widespread saline soils in the areas where this crop is grown. Biotechnological methods attract attention among the methods for assessing salt resistance, however, they have practically not been developed for triticale, and the varietal specificity of its response to salinity in vitro has not been sufficiently studied. This work for the first time submits data on the dependence of callus formation, crude and dry biomass, the accumulation of proline in callus tissues and the intensity of lipid peroxidation on the 0.5, 0.75 and 1 % NaCl in the nutrient medium. In addition, we revealed the varietal specific changes in these indicators under salinization in winter triticale samples. The aim of the work was to study the effect of different levels of NaCl salinity on morphophysiological and biochemical changes in in vitro calluses of five winter triticale varieties. Mature embryos of grain samples of winter triticale Triskell, Sotnik, PRAG530l-1934, Timbo and Almaz (the collection of the Dagestan Experimental Station, a branch of the FRC Vavilov All-Russian Institute of Plant Genetic Resources) were used. To initiate in vitro culture, grains were sequentially sterilized for 30 s in 96 % ethanol and 20 min in the commercial preparation Belizna, and then washed 3 times for 5 min with sterile distilled water. The embryos isolated from grains were placed with a cut down on a nutrient medium to form a callus. Four variants of the Murashige-Skuga nutrient medium (MS) differed in NaCl concentration were MS added with 2,5 mg/l 2,4-dichlorophenoxyacetic acid (2,4-D) and 0,5 mg/l 6-benzylaminopurine (BAP) (MS1, control); MS + 2,4-D + BAP + 0.5 % NaCl (MS2); MS + 2,4-D + BAP + 0.75 % NaCl (MS3); MS + 2,4-D + BAP + 1 % NaCl (MS4). Mature embryos were cultures on nutrient media for 30 days in a climatic chamber (MLR-352H, Sanyo, Japan, a 16-hour photoperiod, 24±1 °C, illumination of 3000 lux and humidity of 80 %). The size of calluses, the growth of raw and dry biomass, the accumulation of free proline, and the intensity of lipid peroxidation (LP) were determined. In the experiments, the Timbo and Almaz cultivars showed the greatest sensitivity to salinity in vitro and produced calli only at a low NaCl concentration (0.5 %). The cultivars Sotnik and PRAG530l-1934 withstood an average salinity level (0.75 % NaCl). The Triskell sample turned out to be resistant, since callus formation occurred even at 1% NaCl). Sodium chloride added at a concentration of 0.75 % led to a decrease in the callus size of the Triskell, Sotnik and PRAG530l-1934 cultivars by 1.8, 1.9 and 2 times, respectively, vs. the control (р < 0.05). On the MS4 nutrient medium, the size of the callus in the Triskell sample decreased 2.9 times (р < 0.05). On MS2, the lowest decrease in crude callus biomass occurred in Triskell samples (1.6-fold vs. control, р < 0.05)) and Almaz (1.7-fold vs. control, р < 0.05), and the largest was in Timbo (3-fold vs. control, р < 0.05). On MS3, Triskell, PRAG530l-1934 and Sotnik cultivars showed a decrease in crude biomass vs. control by 2.1, 2.5 and 2.5 times (р < 0.05), respectively. High rates dry biomass accumulation on MS2 were characteristic of the Triskell and Sotnik samples, 62 and 57 % vs. control, р < 0.05). On MS3, the largest increase was found in Triskell (43 %, р < 0.05), the smallest in PRAG530l-1934 (23 %, р < 0.05) and Sotnik (25 %, р < 0.05). On MC4, the dry callus biomass of the Triskell was 21 % vs. control. Proline accumulation in calli was revealed on nutrient media with an excessive NaCl content, the most intense in a resistant Triskell sample. With 0.5, 0.75 and 1 % NaCl, prolin concentrations increased by 4.9, 6.2 and 6.9 times (р < 0.05), respectively. In sensitive Almaz and Timbo cultivars, there was an increase in lipid peroxidation. The most sustainable Triskell cultivar was characterized by generally high growth rates, intensive accumulation of proline and lower LP activity.
Keywords: Triticosecale Wittmack, triticale, callus, salt tolerance, chloride salinization, in vitro.
1ФГБОУ ВО Дагестанский государственный |
Поступила в редакцию |
