<<<  Назад

2023 год, № 109

УДК: 633.12:606:577.13
ГРНТИ: 68.03.03

ВЛИЯНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ НА ВЫЖИВАЕМОСТЬ ГРЕЧИХИ И БИОСИНТЕЗ РУТИНА IN VITRO

Гречиха посевная (Fagopyrum esculentum Moench) - стрессоустойчивая и пластичная культура, обладающая большим потенциалом генетического улучшения. Она является активным продуцентом важнейших флавоноидных веществ, в том числе рутина, особенно в ответ на стрессовые воздействия. Тканевая культура гречихи in vitro широко применяется в качестве источника вторичных метаболитов. Цель исследований - изучение влияния токсичных доз цинка на выживаемость гречихи посевной и биосинтез рутина растениями регенерантами in vitro. Асептические одноузловые черенки (2-3 нижних междоузлия) растений, полученных в результате пассирования на МС, и генотипов толерантных к CuSO4 ½ 5H2O (161 и 184 мг/л) культивировали в течение 21 суток на селективных средах, содержащих ZnSO4 ½ 7 H2O в количестве 808, 909, 1010, 1111, 1212 и 1313 мг/л, и оценивали их морфологические показатели и выживаемость. При использовании селективных сред с высокотоксичными дозами солей меди (161 и 184 мг/л) и цинка (808-1313 мг/л) in vitro включаются иммунные механизмы растения, способствующие высокому уровню выживаемости микрорастений (55-100%). Генотипы, полученные при последовательном применении селективных факторов - меди и цинка, характеризуются большими значениями морфологических показателей и жизнеспособности (97,5-100%). Культивирование регенерантов на средах с цинком индуцирует увеличение биосинтеза рутина, сохраняющегося на последующих этапах микроклонального размножения. Максимальные количества рутина наблюдаются при субкультивировании образцов, полученных в результате комплексного стресса, обусловленного последовательным воздействием меди и цинка (медь 161 мг/л + цинк; медь 184 мг/л + цинк) - 35,6 и 32,2 мг/г, соответственно, что в 1,12-1,24 раза выше, чем у растений, полученных после цинка (28,7 мг/г). При этом в группе медь 161 мг/л + цинк отмечено наибольшее его накопление - 75% растений данной выборки содержали 38,2 мг/г рутина, 25% растений - 32,1 мг/г.
Ключевые слова: Fagopyrum esculentum, селективные среды, тяжелые металлы, морфологические показатели, выживаемость, рутин, in vitro.
DOI: 10.21515/1999-1703-109-31-38

Литература:

1. Злобин, И. Е. Ранние стрессорные ответы растений рапса на повышенные уровни меди и цинка в среде: дис. …канд.. биол. наук / И. Е. Злобин. - М., 2015. - 123 с.
2. Indrajeet, K. Production of Secondary Metabolites in Plants under Abiotic Stress: An Overview / K. Indrajeet, K. S. Rajesh // Significances Bioeng Biosci. - 2018. - Vol. 2(4). - SBB.000545.2018. - DOI: 10.31031/SBB.2018.02.000545.
3. Kohli, S. K.Interaction of 24-epibrassinolide and salicylic acid regulates pigment contents, antioxidative defense responses, and gene expression in Brassica juncea L. seedlings under Pb stress / S. K. Kohli, N. Handa, A. Sharma et al. // Environ. Sci. Pollut. Res. - 2018. - Vol. 25. - P. 15159-15173. - DOI:10.1007/s11356-018-1742-7.
4. Нanda, N. Selenium modulates dynamics of antioxidative defence expression, photosynthetic attributes and secondary metabolites to mitigate chromium toxicity in Brassica juncea L. Рlants / N. Нanda, S. K. Kohli, A. Sharma et al. // Environ. Exp. Bot. - 2019. - Vol. 161. - P. 180-192. - DOI: 10.1016/j.envexpbot.2018.11.009.
5. Гончарук, Е. А. Реакция клеток контрастных по устойчивости сортов льна-долгунца (Linum usitatissimum L.) на действие ионов кадмия / Е. А. Гончарук, Н. В. Загоскина // Вісн. Харків. нац. аграрн. ун-ту. Сер. Біологія. - 2016. - Вип. 3 (39). - С. 27-38.
6. Keziah, J. E. J. Effect of heavy metals and UV irradiation on the production of flavonoids in Indigofera tinctoria /j. E. J. Keziah, S. Sharmila, R. L. Jeyanthi // Int. J. Pharm. Sci. Rev. Res. - 2016. - Vol. 39 (2). - P. 104-107.
7. Зубова, М. Ю. Регуляция накопления фенольных соединений в каллусной культуре чайного растения при раздельном и совместном действии света и ионов кадмия / М. Ю. Зубова, Т. Л. Нечаева, А. В. Карташов, Н. В. Загоскина // Известия РАН. Серия Биологическая. - 2020. - № 6. - С. 604-615.
8. Ikram, K. Accumulation of polyphenols and flavonoids in Atriplex canescens (Pursh) Nutt stressed by heavy metals (zinc, lead and cadmium) / K. Ikram, R. Y. H. Abdelhakim, В. Topcuoglu et al. // Malays. J. Fundament. Appl. Sci. - 2020. - Vol. 16 (3). - P. 334-337. DOI:10.11113/mjfas.v16n3.1329.
9. Luthar, Z. Breeding Buckwheat for Increased Levels of Rutin, Quercetin and Other Bioactive Compounds with Potential Antiviral Effects / Z. Luthar, M. Germ, M. Likar, A. Golob, K.Vogel-Mikuš, P. Pongrac, A. Kušar, I. Pravst, I. Kreft // Plants. - 2020. - Vol. 9. - Р. 1638. DOI:10.3390/plants9121638.
10. Kreft, I. Buchweizen Slowenien. Das Buchweizen Buch: mit Rezepten aus aller Welt. 2 Aufl.; I. Kreft, C. Ries, C. Zewen, Eds.; Islek ohne Grenzen EWIV: Arzfeld. - 2007. - Р. 71-79.
11. Tumova, L. The effect of paraquat on flavonoid production in Fagopyrum esculentum cultures in vitro / L. Tumova, J. Tuma // Cer. Res.Communic. - 2009. - Vol. 37. - P. 557-560. - DOI: 10.1556/CRC.37.2009.Suppl.4.
12. Zhu, Q. Molecular cloning and characterization of a novel isoflavone reductase-like gene (FcIRL) from high Flavonoids-producing callus of Fagopyrum cymosum / Q. Zhu, T. Guo, S. Sui, G. Liu, X. Lei, L. Luo, M. Li // Acta Pharm. Sinica. - 2009. - Vol. 44(7). - Р. 809-819.
13. Gumerova, E. Effect of methyl jasmonate on growth characteristics and accumulation of phenolic compounds in suspension culture of Tartary buckwheat / E. Gumerova, A. Akulov, N.Rumyantseva // Russ. J. Plant Physiol. - 2015. - Vol. 62 (2). - P. 195-203. - DOI: 10.1134/S1021443715020077.
14. Hou, S. Regeneration of buckwheat plantlets from hypocotyl and the inuence of exogenous hormones on rutin content and rutin biosynthetic gene expression in vitro / S. Hou, Z. Sun, B. Linghu et al. // Plant Cell Tiss. Org. Cult. - 2015. - Vol. 120(3). - P. 1159-1167. - DOI: 10.1007/s11240-014-0671-5.
15. Suvorova, G. Buckwheat tissue cultures and genetic transformation / G. Suvorova // Molecular Breeding and Nutritional Aspects of Buckwheat. - London: Elsevier, Academic Press. - 2016. - Ch. 29. - P. 365-375. - DOI: 10.1016/B978-0-12-803692-1.00029-8.
16. Барсукова, Е. Н. Использование метода культуры ткани для создания новых форм Fagopyrum esculentum Moench / Е. Н. Барсукова, А. Г. Клыков, Е. Л. Чайкина // Российская сельскохозяйственная наука. - 2019. - № 5. - С. 3-6. - DOI: 10.31857/S2500-2627201953-6.
17. Сергеева, Л. Е. Клеточная селекция с ионами тяжелых металлов: новые аспекты комплексной устойчивости / Л. Е. Сергеева, Л. И. Бронникова // X Международная конференция «Биология клеток растений in vitro и биотехнология», Казань, 14-18 окт. 2013 г.: сб. статей. - Казань: Центр инновационных технологий, 2013. - С. 82-83.
18. Клыков, А. Г. Биотехнология и селекция гречихи на Дальнем Востоке России / А. Г. Клыков, Е. Н. Барсукова. - Владивосток: Дальнаука, 2021. - 352 с.
19. Murashige, T. A revised medium for rapid growth and bio assays with tobacco tussue cultures / T. Murashige, F. Skoog // Physiol. Plant. - 1962. - Vol. 15. - P. 473-497. - DOI 10.1098/rstb.2000.0713.
20. Дунаева, С. Е. Сохранение вегетативно размножаемых культур в in vitro и крио коллекциях : метод. указания / С. Е. Дунаева, Г. И. Пендинен, О. Ю. Антонова и др. - 2-е изд, расшир. и доп. - СПб.: ВИР, 2017. - 71 с.
21. Kreft, I.Rutin content in buckwheat (Fagopyrum esculentum Moench) / I. Kreft, N. Fabjan, K. Yasumoto // Food Chem. - 2006. - Vol. 98(3). - P. 508-512. - DOI:10.1016/j.foodchem.2005.05.081.
22. Клыков, А. Г. Биологические ресурсы видов рода Fagopyrum Mill. (Гречиха) на российском Дальнем Востоке / А. Г. Клыков, Л. М. Моисеенко, П. Г. Горовой. - Владивосток: Дальнаука, 2018. - 360 с.
23. Халафян, А. А. STATISTICA 6. Статистический анализ данных / А. А. Хайлафян. - М.: Бином-Пресс, 2007. - 512 с.
24. Зинченко, М. А. Клеточная селекция мягкой пшеницы на устойчивость к комплексу стрессовых факторов и анализ полученных форм / М. А. Зинченко, О. В. Дубровная, А. В. Бавол // Известия Самарского научного центра РАН. - 2013. - № 15(3). - С. 1610-1614.
25. Kazantseva, В. В. Features of the phenolicsformation in seedlings of different varieties of buckwheat (Fagopyrum esculentum Moench) / В. В. Kazantseva, Е. А. Goncharuk, А. N. Fesenko et al. // Agricultural Biology. - 2015. - Vol. 50 (5). - P. 611-619. - DOI: 10.15389/agrobiology.2015.5.611rus.
26. Germ, M. The effect of environmental factors on buckwheat. In: Molecular breeding and nutritional aspects of buckwheat / M. Germ; A. Gaberščik, M. Zhou et al., Eds.; Elsevier, Academic Press: London. - 2016. - Р. 273-281. - DOI 10.1016/B978-0-12-803692-1.00021-3.
27. Zafari, S. Modulation of Pb-induced stress in Prosopis shoots through an interconnected network of signaling molecules, phenolic compounds and amino acids / S. Zafari, M. Sharifi, N. Ahmadian Chashmi, L. A. Mur // Plant Physiol. Biochem. - 2016. - Vol. 99. - P. 11-20. - DOI: 10.1016/j.plaphy.2015.12.004.
28. Chen, S. Phenolic metabolism and related heavy metal tolerance mechanism in Kandelia оbovata under Cd and Zn stress / S. Chen, Q. Wang, H. Lu et al. // Ecotoxicol. Environ. Saf. - 2019. - Vol. 169. - P. 134-143. - DOI: 10.1016/j.ecoenv.2018.11.004.

Авторы:

1. Боровая Светлана Александровна, аспирант, науч. сотрудник, ФГБНУ «ФНЦ агробиотехнологий Дальнего Востока им. А.К. Чайки».
2. Клыков Алексей Григорьевич, д-р биол. наук, академик РАН, ФГБНУ «ФНЦ агробиотехнологий Дальнего Востока им. А.К. Чайки».
3. Чайкина Елена Леонидовна, науч. сотрудник, Тихоокеанский институт биоорганической химии им. Г.Б. Елякова ДВО РАН.