CC BY
0УДК 633.63: 631.416
doi.org/10.24412/2413-5518-2024-3-44-47
Влияние сахарозы на замедление роста и сохранение регенерантов сахарной свёклы в коллекции in vitro
Н.Н. ЧЕРКАСОВА, ст. научн. сотрудник Е.Н. ВАСИЛЬЧЕНКО, ст. научн. сотрудник
ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт сахарной свёклы и сахара имени А.Л. Мазлумова» (e-mail: biotechnologiya@ mail.ru)
Введение
В последние десятилетия возрастает интерес к биотехнологическим коллекциям растений. Биотехнологические методы находят широкое применение для долговременного сохранения коллекций растений, используемых в дальнейшем как для селекционных целей производства оздоровлённого посадочного материала, так и для сохранения генофонда и биоразнообразия растений в целом.
Следует отметить, что одни и те же приёмы замедления ростовых процессов не всегда могут быть использованы для разных видов растений ввиду их высокой видо-специфичности, поэтому поиск веществ, замедляющих рост растений и одновременно поддерживающих их жизнеспособность длительный период, отработка способов их применения является актуальной задачей [1, 2].
Один из методических подходов к депонированию — содержание биологических объектов в условиях замедленного метаболизма. Среди биотехнологических приёмов одним из условий замедления роста часто является применение осмотиков — веществ, имитирующих для растения недостаток влаги. Действие водного стресса на растения выражается в снижении скорости ростовых процессов, угнетении фотосинтеза и
дыхания, уменьшении ферментативной активности, изменении соотношения минеральных веществ. Из различных публикаций известно, что в питательные среды для замедления роста и сохранения in vitro растительного материала добавляют различные органические вещества, обладающие высокой осмотической активностью: сахарозу, глюкозу, маннит, сорбит [3]. Сахароза относится к группе дисахаридов (входит в класс олигосахаридов). Ингибирующее действие сахарозы основано на изменении осмотического давления жидкости в сторону экзосмоса. Их действие апробировано при исследовании многих видов растений в культуре in vitro: льна [4], земляники [5], картофеля [6] и других культур. В целом исследователи отмечают, что повышенная концентрация сахарозы (4—5 %) в питательной среде задерживает рост клеток, не вызывая токсического эффекта и поэтому может быть использована для поддержания культур в состоянии покоя в течение длительного периода [7].
Как показал обзор литературы, сведения, касающиеся влияния осмотических ингибиторов на жизнеспособность регенерантов сахарной свёклы в культуре in vitro, малочисленны. В связи с этим исследования по данному вопросу являются актуальными.
Цель исследования — выявить влияние концентраций сахарозы на ростовые процессы микроклонов сахарной свёклы для продолжительного беспересадочного хранения растений в коллекции in vitro.
Материалы
и методы исследований
В качестве материала для введения в культуру in vitro использовали хорошо развитые генотипы сахарной свёклы с цитоплазмати-ческой мужской стерильностью (ЦМС), фертильные опылители с закрепительной способностью ЦМС (О-тип), сростноплодные фертильные опылители, способные в первом поколении стимулировать формирование эффекта гетерозиса (ОП). В процессе исследований применяли общепринятую технику стерилизации растительного материала и приготовления питательных сред Гамборга (В5). Культивирование регенеран-тов осуществляли при температуре 24—26 оС в течение 16-часового фотопериода с освещённостью 5000 люкс, относительной влажности воздуха 70 % в климатической камере «Фитотрон ЛиА-2» [8].
Для выявления жизнеспособности микроклонов сахарной свёклы при длительном культивировании использовали осмотический ингибитор роста сахарозу в различной концентрации (10—60 г/л).
Жизнеспособность оценивали с периодичностью один раз в месяц по количеству некрозов тканей листьев и побегов: 0 баллов — визуальная гибель растения, 1 балл — некроз более 50 % тканей растения, 2 балла — некроз менее 50 % тканей, 3 балла — растения без некроза [9].
Результаты исследований
Для поддержания микроклонов сахарной свёклы в состоянии замедленного роста изучали их реакцию на различные концентрации сахарозы в питательной среде (10, 20, 40, 50 и 60 г/л).
Результаты проведённых исследований показали, что при депонировании все регенеранты оставались жизнеспособными, однако интенсивность их роста в течение срока хранения и последующего микроразмножения была различной. В первые два месяца культивирования во всех вариантах питательных сред отмечалось активное развитие побегов. Жизнеспособность составила 3 балла (см. табл.).
Спустя 3 месяца культивирования наблюдалось снижение жиз-
Влияние сахарозы на сохранение жизнеспособности микроклонов сахарной свёклы при длительном культивирование (среднее по генотипам)
Варианты сред Количество сахарозы, г/л Жизнеспособность в месяцах
1 2 3 4 5
Баллы % Баллы Баллы Баллы Баллы %
1 10 3 100 3 2,6 2,0 1,5 50,0
2 20 3 100 3 3 2,5 1,7 54,2
3 40 3 100 3 3 2,7 1,8 56,3
4 50 3 100 3 3 3 2,1 71,1
5 60 3 100 3 2,5 2,2 1,1 36,6
неспособности в вариантах с минимальной и максимальной концентрацией сахарозы в питательной среде. К 5-му месяцу культивирования отмечено снижение роста во всех вариантах питательных сред, начала проявляться незначительная гибель микроклонов из-за усыхания питательной среды, отмечен некроз и отмирание листьев, в то же время микроклоны оставались жизнеспособными.
Высокие концентрации сахарозы (60 г/л) оказывали угнетающий эффект на микроклоны сахарной свёклы, который усиливался с уве-
личением срока депонирования (рис. 1).
На протяжении всего периода культивирования оптимальное развитие растений происходило при концентрации сахарозы 50 г/л, когда отмечалась высокая жизнеспособность — 71,1 %.
Проведение данного опыта в климатической камере «Фитотрон ЛиА-2» при пониженной температуре (11—13 °С) замедление ростовых процессов было более существенным по сравнению с микроклонами, которые находились в стандартных условиях. Во всех
Рис. 1. Влияние различных концентраций сахарозы при длительном хранении микроклонов сахарной свёклы: 1 - 10 г/л; 2 - 20 г/л; 3 - 40 г/л; 4 - 50 г/л; 5 - 60 г/л
5
вариантах питательных сред было заметно снижение ростовых процессов в начале культивирования (рис. 2).
Особенно заметно было замедление ростовых процессов при содержании сахарозы 50 г/л в питательной среде. Микроклоны при этом оставались зелёными, жизнеспособными, лишь у отдельных растений наблюдали первые признаки угнетения растений (усы-хание отдельных листьев). Количество выживших регенерантов составило 80 %, что немного выше по сравнению со стандартными условиями (рис. 3). При последующей пересадке эксплантов в стандартные условия культивирования рост возобновлялся в течение двух-трёх недель.
Таким образом, результаты экспериментов показали, что концентрация сахарозы 50 г/л в питательной среде задерживает рост клеток микроклонов сахарной свёклы, не вызывая токсического эффекта, и поэтому она может быть использована для поддержания культуры в состоянии покоя в течение длительного периода.
Заключение
Проведённые исследования позволили выявить факторы длительного беспересадочного хране-
ния микроклонов сахарной свёклы в культуре in vitro. Изучено влияние сахарозы на снижение скорости роста и сохранение жизнеспособности микроклонов. Выявлена оптимальная концентрация сахарозы 50 г/л в питательной среде, приводящая к замедлению роста и сохранению до 80 % микроклонов. В результате экспериментов установлена возможность беспересадочного культивирования растений без снижения жизнеспособности в течение 5 месяцев на питательной среде при концентрации сахарозы 50 г/л как в стандартных условиях, так и в климакамере при пониженной температуре. Это даёт возможность более успешно решать проблему сохранения и поддержания в живом виде селекционно-ценных образцов сахарной свёклы в контролируемых условиях среды. Данные исследования имеют огромную практическую ценность, так как позволяют в неограниченном количестве сохранять и поддерживать в культуре in vitro ценные генотипы сахарной свёклы и компоненты перспективных гибридов.
Список литературы
1. Молканова, О.И. Генетические банки растений: проблемы формирования, сохранения
и использования / О.И. Молканова, О.И. Коротков, Е.М. Ветчин-кина [и др.] // Вестник Удмуртского университета. Биология. Науки о Земле. - 2010. - № 3. - С. 33-39.
2. Кашина, М.С. Биотехнологические методы в селекции растений / М.С. Кашина // IX Между-нар. студенч. научн. конференция. Саратов, 2017. - С. 15-20.
3. Новикова, Т.И. Сохранение редких и полезных растений в коллекции Центрального сибирского ботанического сада / Т.И. Новикова, А.Ю. Набиева, Т.В. Полубо-ярова // Вестн. ВОГиС. - 2008. -Т. 12. - № 4. - С. 564-572.
4. Виноградова, Е.Т. Использование сахарозы в качестве селективного агента в культуре in vitro льна с целью получения засухоустойчивых генотипов / Е.Г. Виноградова // Синергетика в общественных и естественных науках. - Тверь, 2015. - С. 64-66.
5. Высоцкая, О.Н. Испытания технологий долговременного сохранения in vitro коллекций земляники / О.Н. Высоцкая, Е.К. Спринчану, В.А. Высоцкий // Плодоводство и ягодоводство России. - 2016. - Т. 45. - С. 50-53.
6. Дерябин, А.Н. Образование и морфометрические показатели микро-клубней картофеля in vitro при разном составе сахаров в среде /
4 3,5 3 2,5 2 1,5 1
0,5 0
нач. выс.
1 м-и
2 м-и
3 м-и
4 м-и
5 м-и
10 г/л 20 г/л 40 г/л 50 г/л 60 г/л
Обычные условия
Климакамера
Рис. 2. Динамика роста микроклонов сахарной свёклы при различных концентрациях сахарозы в условиях пониженной температуры (11—13 °С)
Рис. 3. Жизнеспособность микроклонов сахарной свёклы в обычных условиях и климакамере
ПротеинТек
Форум и экспо
+7 (495) 585-5167 | info@proteintek.org | www.proteintek.org
Форум и выставка по производству и использованию кормовых протеинов и глубокой переработке высокобелковых культур
Форум является уникальным специализированным событием отрасли в России и СНГ и пройдет 25 сентября 2024 года в отеле «Лесная Сафмар» в Москве.
Возможности для рекламы
Выбор одного из спонсорских пакетов форума позволит вам заявить о своей компании, продукции и услугах, а также стать лидером быстрорастущего рынка растительных и микробных протеинов.
А.Н. Дерябин, Н.О. Юрьева // Сельскохозяйственная биология. - 2011. - № 1. - С. 54-59.
7. Дорошенко, Н.П. Создание и хранение коллекции винограда in vitro /Н.П. Дорошенко, Т.В. Жукова // Русский виноград. -2016. - Т. 3. - С. 8-14.
8. Знаменская, В.В. Микроклонирование in vitro как метод поддержания и размножения линий сахарной свёклы / В.В. Знаменская // Энциклопедия рода Beta: биология, генетика и селекция свёклы. - Новосибирск, 2010. -С. 420-437.
9. Дорошенко, Н.П. Влияние сахарозы на замедление роста
и сохранение растений винограда в коллекции in vitro /Н.П. Дорошенко, А.С. Куприкова, В.Г. Пу-
зырнова // Плодоводство и виноградарство Юга России. — 2017. — № 46 (4). - С. 33-48.
Аннотация. Изучено влияние осмотических ингибиторов при длительном беспересадочном хранении микроклонов сахарной свёклы в культуре in vitro. Выявлены оптимальные концентрации (50 г/л) сахарозы в питательной среде, приводящие к замедлению роста и сохранению микроклонов на протяжении 5 месяцев культивирования. При последующей пересадке регенерантов в стандартные условия культивирования их рост возобновлялся в течение двух-трёх недель.
Ключевые слова: сахарная свёкла, растения-регенеранты, in vitro, сахароза, питательная среда, депонирование.
Summary. The effect of osmotic inhibitors during long-term non-transplant storage of sugar beet microclones in in vitro culture was studied. Optimal concentrations (50 g/l) of sucrose in the nutrient medium were identified, leading to a slowdown in growth and preservation of microclones throughout 5 months of cultivation. When the regenerants were subsequently transplanted into standard cultivation conditions, their growth resumed within two to three weeks.
Keywords: sugar beet, regenerating plants, in vitro, sucrose, nutrient medium, deposition.
