Влияние ионов цинка и меди на морфогенез Robinia pseudoacacia L. в культуре in vitro
Аннотация
Обоснование. Модификация состава и концентрации микроэлементов питательной среды дает возможность провести качественную оценку влияния ионов металлов на морфогенный потенциал растений in vitro.
Цель. Изучить влияние различных концентраций цинка и меди в культуральной среде на морфогенную активность проростков и растений-регенерантов Robinia pseudoacacia для оптимизации технологии микроклонального размножения.
Материалы и методы. Исследование проводилось на базе лаборатории биотехнологий ФНЦ агроэкологии РАН с использованием семенного материала и микропобегов R. pseudoacacia. В качестве основной питательной среды использовали протокол Мурасиге и Скуга без добавления фитогормонов. В эксперименте использовали следующие диапазоны концентраций солей цинка и меди: ZnSO4×7H2O (от 1,875 до 30 мг/л) и CuSO4×5H2O (от 3,75 до 60 мг/л). Оценивали длину побега, количество междоузлий и листьев, длину сформированных корней, окраску листовой пластины. Статистическая обработка данных осуществлялась с помощью пакета прикладных программ Statistica 12 (StatSoft, USA).
Результаты. Определена морфогенная роль ионов цинка и меди в культуральной среде при микроклональном размножении Robinia pseudoacacia. Для проростков и микропобегов R. pseudoacacia стимулирующее действие оказала концентрация сульфата цинка 15 мг/ле. Ионы Zn в диапазоне концентраций от 1,875 до 15 мг/л в целом проявляли стимулирующий характер воздействия на процессы гемморизогенеза. Добавление ионов меди в исследуемом диапазоне проявлялось в постепенном угнетении морфогенного потенциала, как проростков, так и культивируемых микропобегов R. pseudoacacia. Высокие концентрации сульфата меди 30 и 60 мг/л являлись сублетальными для микропобегов R. pseudoacacia.
Заключение. Полученные результаты показывают, что исследованные концентрации ионов цинка могут быть использованы как эффективные стимуляторы морфогенеза R. pseudoacacia в культуре in vitro.
Информация о спонсорстве. Работа выполнена в рамках Государственного задания научно-исследовательской работы ФНЦ агроэкологии РАН No 122020100427-1 «Разработать научные основы сохранения и воспроизводства ценных генотипов древесных и кустарниковых растений в культуре in vitro».
EDN: DHPANG
Скачивания
Литература
Бабошко, О. И., & Танюкевич, В. В. (2015). Продуктивность и мелиоративная роль лесных полос с участием Robinia pseudoacacia L. в степной зоне (108 с.). Новочеркасск: Новочеркасская государственная мелиоративная академия.
Барсукова, Е. Н., Клыков, А. Г., Фисенко, П. В., Боровая, С. А., & Чайкина, Е. Л. (2020). Использование методов биотехнологии в селекции гречихи на Дальнем Востоке. Вестник Дальневосточного отделения Российской академии наук, 4, 58–66. https://doi.org/10.37102/08697698.2020.212.4.010. EDN: https://elibrary.ru/WDMMAU
Барсукова, Е. Н., Клыков, А. Г., & Чайкина, Е. Л. (2023). Селекционная оценка сортообразцов гречихи посевной (Fagopyrum esculentum Moench), полученных с использованием ионов меди и цинка. Аграрная наука, 9, 84–89. https://doi.org/10.32634/0869-8155-2023-374-9-84-89. EDN: https://elibrary.ru/BDEVXM
Боровая, С. А., Барсукова, Е. Н., & Клыков, А. Г. (2022). Влияние селективных сред с тяжёлыми металлами на рост и развитие Fagopyrum esculentum Moench in vitro. Вестник КрасГАУ, 7, 95–101. https://doi.org/10.36718/1819-4036-2022-7-95-101. EDN: https://elibrary.ru/GSBMOF
Боровая, С. А., Клыков, А. Г., & Барсукова, Е. Н. (2023). Влияние токсического действия цинка и минерального голодания на рост и развитие гречихи посевной в культуре in vitro. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции, 184(2), 9–18. https://doi.org/10.30901/2227-8834-2023-2-9-18. EDN: https://elibrary.ru/OXMCGJ
Дроздова, И. В., Алексеева Попова, Н. В., Беляева, А. И., & Калимова, И. Б. (2014). Влияние меди, никеля и кадмия на рост и некоторые физиологические параметры сеянцев Pinus sylvestris и Picea abies (Pinaceae). Растительные ресурсы, 50(4), 554–566. EDN: https://elibrary.ru/STDJWN
Ермошин, А. А., Орлова, М. В., Неугодникова, Е. А., Григорьева, Е. И., Тептина, А. Ю., & Киселёва, И. С. (2020). Рост клевера и бурачка in vitro в среде с высоким содержанием тяжёлых металлов. Экобиотех, 3(2), 253–260. https://doi.org/10.31163/2618-964X-2020-3-2-253-260. EDN: https://elibrary.ru/QVFBTY
Землянухина, О. А., Калаев, В. Н., Воронина, В. С., & Епринцев, А. Т. (2017). Биохимическая адаптация микроклонов Weigela florida «Variegata» Bunge A. DC. к соле- и медьиндуцированным стрессам. Сибирский лесной журнал, 6, 89–101. https://doi.org/10.15372/SJFS20170607. EDN: https://elibrary.ru/YMADDU
Минайчев, В. В., Сиголаева, Т. Е., Кузнецов, Д. А., & Иванищев, В. В. (2015). Влияние ионов цинка и никеля на формирование проростков Pisum sativum L. Известия Тульского государственного университета. Естественные науки, 3, 292–304. EDN: https://elibrary.ru/UMEKSZ
Седов, К. А., Литвинова, И. И., & Гладков, Е. А. (2012). Оценка фитотоксичности меди и получение стресс устойчивых двудольных растений. Известия МГТУ, 2, 273–276. EDN: https://elibrary.ru/PVDJRT
Тимофеева, Н. А., Сигарева, Л. Е., Крылова, Е. Г., & Лапиров, А. Г. (2016). Влияние ионов меди и никеля на морфофизиологические показатели проростков прибрежно водных растений. Известия Российской академии наук. Серия биологическая, 3, 295–302. https://doi.org/10.7868/S0002332916030115. EDN: https://elibrary.ru/VYLTFT
Титов, А. Ф., Казнина, Н. М., & Таланова, В. В. (2014). Тяжёлые металлы и растения (194 с.). Петрозаводск: Карельский научный центр РАН. EDN: https://elibrary.ru/UAJSQV
Ahmad, N., Alatar, A. A., Faisal, M., Khan, M. I., Fatima, N., Anis, M., et al. (2015). Effect of copper and zinc on the in vitro regeneration of Rauvolfia serpentina. Biologia Plantarum, 59(11), 11–17. https://doi.org/10.1007/s10535-014-0479-5
Ashagre, H., Almaw, D., & Feyisa, T. (2013). Effect of copper and zinc on seed germination, phytotoxicity, tolerance and seedling vigor of tomato (Lycopersicon esculentum L. cultivar Roma VF). International Journal of Agricultural Science Research, 2(11), 312–317.
Bojarczuk, K. (2004). Effect of toxic metals on the development of poplar (Populus tremula L. × P. alba L.) cultured in vitro. Polish Journal of Environmental Studies, 13(2), 115–120.
Dikkaya, E. T., & Ergun, N. (2014). Effects of cadmium and zinc interactions on growth parameters and activities of ascorbate peroxidase on maize (Zea mays L. MAT 97). European Journal Experimental Biology, 4(1), 288–295.
González, Á., Chumillas, V., & del Carmen Lobo, M. (2012). Effect of Zn, Cd and Cr on growth, water status and chlorophyll content of barley plants (Hordeum vulgare L.). Agricultural Sciences, 3(4), 572–581. https://doi.org/10.4236/as.2012.34069
Goyal, D., Yadav, A., Prasad, M., Singh, T. B., Shrivastav, P., Ali, A., Kumar, D. P., & Mishra, S. (2020). Effect of heavy metals on plant growth: an overview: Contaminants in agriculture (pp. 79–101). Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-030-41552-5_4. EDN: https://elibrary.ru/GZRKCE
Mangal, M., Agarwal, M., & Bhargava, D. (2013). Effect of cadmium and zinc on growth and biochemical parameters of selected vegetables. Journal of Pharmacognosy and Phytochemistry, 2(1), 110–114.
Manivasagaperumal, R., Balamurugan, S., Thiyagarajan, G., & Sekar, J. (2011). Effect of zinc on germination, seedling growth and biochemical content of cluster bean (Cyamopsis tetragonoloba (L.) Taub). Current Botany, 2(5), 11–15.
Murashige, T., & Skoog, F. A. (1962). A revised medium for rapid growth and bioassays with tobacco tissue cultures. Physiologia Plantarum, 15(3), 473–497. https://doi.org/10.1111/j.1399-3054.1962.tb08052.x
Vwioko, E. D., & Digwe, K. C. (2018). Comparing effects of copper and chromium treatments on growth of Cyperus esculentus L. in field and in vitro studies and further explanation by restriction fragment length polymorphism analysis. East African Journal of Sciences, 12(1), 41–50.
Zayed, Z. E., EL Dawayati, M. M., Hussien, F. A., & Saber, T. Y. (2020). Enhanced in vitro multiplication and rooting of date palm cv. Yellow Maktoum by zinc and copper ions. Plant Archives, 20(1), 517–528.
References
Baboshko, O. I., & Tanyukevich, V. V. (2015). Productivity and ameliorative role of forest belts with Robinia pseudoacacia L. in the steppe zone (108 pp.). Novocherkassk: Novocherkassk State Amelioration Academy.
Barsukova, E. N., Klykov, A. G., Fisenko, P. V., Borovaya, S. A., & Chaikina, E. L. (2020). Application of biotechnology methods in buckwheat breeding in the Far East. Bulletin of the Far Eastern Branch of the Russian Academy of Sciences, 4, 58–66. https://doi.org/10.37102/08697698.2020.212.4.010. EDN: https://elibrary.ru/WDMMAU
Barsukova, E. N., Klykov, A. G., & Chaikina, E. L. (2023). Breeding evaluation of buckwheat cultivars (Fagopyrum esculentum Moench) obtained using copper and zinc ions. Agrarian Science, 9, 84–89. https://doi.org/10.32634/0869-8155-2023-374-9-84-89. EDN: https://elibrary.ru/BDEVXM
Borovaya, S. A., Barsukova, E. N., & Klykov, A. G. (2022). Effect of selective media with heavy metals on the growth and development of Fagopyrum esculentum Moench in vitro. Bulletin of KrasSAU, 7, 95–101. https://doi.org/10.36718/1819-4036-2022-7-95-101. EDN: https://elibrary.ru/GSBMOF
Borovaya, S. A., Klykov, A. G., & Barsukova, E. N. (2023). Effect of zinc toxicity and mineral starvation on the growth and development of common buckwheat in in vitro culture. Proceedings on Applied Botany, Genetics and Breeding, 184(2), 9–18. https://doi.org/10.30901/2227-8834-2023-2-9-18. EDN: https://elibrary.ru/OXMCGJ
Drozdova, I. V., Alekseeva Popova, N. V., Belyaeva, A. I., & Kalimova, I. B. (2014). Effect of copper, nickel, and cadmium on the growth and some physiological parameters of Pinus sylvestris and Picea abies (Pinaceae) seedlings. Plant Resources, 50(4), 554–566. EDN: https://elibrary.ru/STDJWN
Ermoshin, A. A., Orlova, M. V., Neugodnikova, E. A., Grigorieva, E. I., Teptina, A. Yu., & Kiseleva, I. S. (2020). Growth of clover and bugloss in vitro in a medium with high content of heavy metals. Ecobiotech, 3(2), 253–260. https://doi.org/10.31163/2618-964X-2020-3-2-253-260. EDN: https://elibrary.ru/QVFBTY
Zemlyanukhina, O. A., Kalaev, V. N., Voronina, V. S., & Yeprintsev, A. T. (2017). Biochemical adaptation of Weigela florida «Variegata» Bunge A. DC. microclones to salt and copper induced stresses. Siberian Journal of Forest Science, 6, 89–101. https://doi.org/10.15372/SJFS20170607. EDN: https://elibrary.ru/YMADDU
Minaychev, V. V., Sigolaeva, T. E., Kuznetsov, D. A., & Ivanishchev, V. V. (2015). Effect of zinc and nickel ions on the formation of Pisum sativum L. seedlings. Proceedings of Tula State University. Natural Sciences, 3, 292–304. EDN: https://elibrary.ru/UMEKSZ
Sedov, K. A., Litvinova, I. I., & Gladkov, E. A. (2012). Assessment of copper phytotoxicity and production of stress resistant dicotyledonous plants. Proceedings of MSTU, 2, 273–276. EDN: https://elibrary.ru/PVDJRT
Timofeeva, N. A., Sigareva, L. E., Krylova, E. G., & Lapirova, A. G. (2016). Effect of copper and nickel ions on morphophysiological parameters of littoral aquatic plant seedlings. Proceedings of the Russian Academy of Sciences. Biological Series, 3, 295–302. https://doi.org/10.7868/S0002332916030115. EDN: https://elibrary.ru/VYLTFT
Titov, A. F., Kaznina, N. M., & Talanova, V. V. (2014). Heavy metals and plants (194 pp.). Petrozavodsk: Karelian Research Centre of the RAS. EDN: https://elibrary.ru/UAJSQV
Ahmad, N., Alatar, A. A., Faisal, M., Khan, M. I., Fatima, N., Anis, M., et al. (2015). Effect of copper and zinc on the in vitro regeneration of Rauvolfia serpentina. Biologia Plantarum, 59(11), 11–17. https://doi.org/10.1007/s10535-014-0479-5
Ashagre, H., Almaw, D., & Feyisa, T. (2013). Effect of copper and zinc on seed germination, phytotoxicity, tolerance and seedling vigor of tomato (Lycopersicon esculentum L. cultivar Roma VF). International Journal of Agricultural Science Research, 2(11), 312–317.
Bojarczuk, K. (2004). Effect of toxic metals on the development of poplar (Populus tremula L. × P. alba L.) cultured in vitro. Polish Journal of Environmental Studies, 13(2), 115–120.
Dikkaya, E. T., & Ergun, N. (2014). Effects of cadmium and zinc interactions on growth parameters and activities of ascorbate peroxidase on maize (Zea mays L. MAT 97). European Journal Experimental Biology, 4(1), 288–295.
González, Á., Chumillas, V., & del Carmen Lobo, M. (2012). Effect of Zn, Cd and Cr on growth, water status and chlorophyll content of barley plants (Hordeum vulgare L.). Agricultural Sciences, 3(4), 572–581. https://doi.org/10.4236/as.2012.34069
Goyal, D., Yadav, A., Prasad, M., Singh, T. B., Shrivastav, P., Ali, A., Kumar, D. P., & Mishra, S. (2020). Effect of heavy metals on plant growth: an overview: Contaminants in agriculture (pp. 79–101). Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-030-41552-5_4. EDN: https://elibrary.ru/GZRKCE
Mangal, M., Agarwal, M., & Bhargava, D. (2013). Effect of cadmium and zinc on growth and biochemical parameters of selected vegetables. Journal of Pharmacognosy and Phytochemistry, 2(1), 110–114.
Manivasagaperumal, R., Balamurugan, S., Thiyagarajan, G., & Sekar, J. (2011). Effect of zinc on germination, seedling growth and biochemical content of cluster bean (Cyamopsis tetragonoloba (L.) Taub). Current Botany, 2(5), 11–15.
Murashige, T., & Skoog, F. A. (1962). A revised medium for rapid growth and bioassays with tobacco tissue cultures. Physiologia Plantarum, 15(3), 473–497. https://doi.org/10.1111/j.1399-3054.1962.tb08052.x
Vwioko, E. D., & Digwe, K. C. (2018). Comparing effects of copper and chromium treatments on growth of Cyperus esculentus L. in field and in vitro studies and further explanation by restriction fragment length polymorphism analysis. East African Journal of Sciences, 12(1), 41–50.
Zayed, Z. E., EL Dawayati, M. M., Hussien, F. A., & Saber, T. Y. (2020). Enhanced in vitro multiplication and rooting of date palm cv. Yellow Maktoum by zinc and copper ions. Plant Archives, 20(1), 517–528.
Copyright (c) 2025 Olga O. Zholobova, Tatiana V. Tereschenko
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial-NoDerivatives» («Атрибуция — Некоммерческое использование — Без производных произведений») 4.0 Всемирная.
