zhrosЗерновое хозяйство РоссииGrain Economy of Russia2079-87252079-8733Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Аграрный научный центр "Донской»zhros-231Research ArticleЗАЩИТА И ИММУНИТЕТPROTECTION AND IMMUNITYПОВЫШЕНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ ЯЧМЕНЯ К ТОКСИЧНОСТИ МЕТАЛЛОВ И ОСМОТИЧЕСКОМУ СТРЕССУ ПУТЕМ КЛЕТОЧНОЙ СЕЛЕКЦИИINCREASE OF BARLEY TOLERANCE TO TOXICITY OF METALS AND OSMOTIC STRESS USING CELL SELECTIONШуплецоваО. Н.ShupletsovaO. N.

Кандидат биологических наук, старший научный сотрудник.

Киров, 610007, ул. Ленина, 166 а; тел. (8332) 331026

 

 

Candidate of Biology, senior researcher.

610007, Kirov, Lenin Str., 166a; tel.: (8332) 331026 

 

olga.shuplecova@mail.ruШирокихИ. Г.ShirokikhI. G.

Доктор биологических наук, заведующая лабораторией.

 

 

Doctor of Biology, head of the laboratory.

610007, Kirov, Lenin Str., 166a; tel.: (8332) 331026 

olga.shuplecova@mail.ruФГБНУ «Зональный научно-исследовательский институт сельского хозйства Северо-Востока им. Н.В. Рудницкого»РоссияFSBRI “Research Institute of Agriculture of North-East Area after N.V. Rudnitsky”Russian Federation20153105201801124135Copyright © Шуплецова О.Н., Широких И.Г., 20182018Шуплецова О.Н., Широких И.Г.Shupletsova O.N., Shirokikh I.G.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.zhros.online/jour/article/view/231

Изучена реакция ячменя в каллусных культурах на селективных средах с ионами Cd2+, Mn2+, Al3+ и ПЭГ в качестве осмотика. При анализе дозовых кривых, имеющих линейный характер для показателя выживаемости, выявлены летальные и сублетальные (LD50) концентрации металлов: марганец (350 и 250 мг/л соответственно), кадмий (30 и 10 мг/л), алюминий (42 и 20 мг/л). Дозовые кривые, отражающие частоту регенерации в селективных условиях, имели конфигурацию, близкую к синусоидальной при наличии нескольких максимумов. Предложены оптимальные селективные схемы для отбора каллусных линий, устойчивых к комплексу стрессов. Для получения линии, с устойчивостью к комплексной ионной токсикации рекомендуется вводить в селективные среды ионы кадмия (20 мг/л) на этапе пролиферации, а ионы марганца (200 мг/л) − на этапе морфогенеза. Ионы алюминия (20-30 мг/л) можно вводить на том и другом этапах развития каллусной ткани, без существенного снижения выживаемости каллуса и частоты регенерации растений. Для отбора каллусов с комплексной устойчивостью к ионной токсикации и осмотическому стрессу целесообразно вводить осмотик (10% ПЭГ) исключительно на этапе морфогенеза, а на этапе пролиферации возможно воздействие на каллус ионами алюминия (20 мг/л) в сочетании с 20 мг/л ионов кадмия или с 200 мг/л марганца. С использованием разработанных схем отбора получено 50 растений - регенерантов ячменя для использования в качестве исходного материала в практической селекции культуры.

The reaction of barley in callus cultures has been studied using ions Cd2+, Mn2+, Al3+ and PEG as osmotic. Analyzing amount of doses for crop survival, lethal and sublethal metal concentrates were found:  manganese (350 and 250 mg/l, respectively), cadmium (30 and 10 mg/l), aluminum (42 and 20 mg/l). Optimal schemes have been suggested to select callus lines tolerant to a complex of stresses.  To select a line resistant to complex ion toxicity, it has been recommended to use ions of cadmium (20 mg/l) during a proliferation period and ions of manganese (200 mg/l) during a period of morphogenesis. Ions of aluminum (20-30 mg/l) can be used during both stages of callus tissue development, supporting survival of callus and frequency of plant regeneration. To choose callus with total tolerance to ion toxicity and osmotic stress it’s advisable to apply osmotic (10% of PEG) only during a period of morphogenesis, during a proliferation period it’s possible to use aluminum (20 mg/l) with ions of cadmium (20 mg/l) or ions of manganese (200 mg/l). Using the developed scheme of selection we received 50 plants-regenerators of barley for applying them as starting material in crop selection.

ячмень (Hordeum vulgare L.)каллусная культураалюминиймарганецкадмийводный дефицитсхемы отборарастения-регенерантыbarley (Hordeum vulgare L.)callus cropaluminumcadmiummanganesewater deficitschemes of selectionplant-regeneratorsReferencesРодина, Н.А. Селекция ячменя на Северо-Востоке Нечерноземья / Н.А. Родина. - Киров: Зональный НИИСХ Северо-Востока, 2006. - 488 с.Rodina, N.A. Barley selection in North-East of Nechernozemie/ N.A. Rodina. – Kirov: Regional RIA of North-East, 2006. – 488 p.Алексеев, Ю.В. Тяжелые металлы в агроландшафте / Ю.В. Алексеев.- СПб., 2008.- 216с.Alekseev, Yu.V. Heavy metals in agro landscape/ Yu.V. Alekseev. – St-P., 2008. – 216 p.Шихова, Л.Н. Тяжелые металлы в почвах и растениях Северо-Востока европейской части России / Л.Н. Шихова, Т.Л. Егошина.- Киров: Зональный НИИСХ Северо-Востока, 2004.-264с.Shikhova, L.N. Heavy metals in soils and plants of North-East of European part of Russia/ L.N. Shikhova, T.L. Egoshina. - Kirov: Regional RIA of North-East, 2004. – 264 p.Сергеева, Л.Е. Клеточная селекция с ионами тяжелых металлов: новые аспекты комплексной устойчивости /Л.Е. Сергеева, Л.И. Бронникова // Биология клеток растений in vitro и биотехнология: Тез. докл. X междунар. конф. - Казань: КИББ КазНЦ , 2013.- С. 82-83.Sergeeva, L.E. Cellular selection with ions of heavy metals: new aspects of complex stability/ L.E. Sergeeva, L.I. Bronnikova// Biology of plant cells in vitro and bio technology: Abstracts of reports for the X-th International Conference. – Kazan: KIB KSC, 2013. – P.82-83.Hall, J.L. Cellular mechanisms for heavy metal detoxification and tolerance /J.L. Hall // Journal of Experimental Botany. - 2002. - V.53.- №366.- P.1-11.Hall, J.L. Cellular mechanisms for heavy metal detoxification and tolerance /J.L. Hall // Journal of Experimental Botany. - 2002. - V.53.- N.366.- P.1-11.Kuznуtsov, Vl.V. Stress responsess of tobacco cells to high temperature and salinity. Proline accumulation and phosphorylation of polipeptides / Vl.V. Kuznуtsov., N.I. Shevyakova // Physiologia Plantarum. - 2001. - V.100.- N 2.- P. 320-326.Kuznуtsov, Vl.V. Stress responses of tobacco cells to high temperature and salinity. Proline accumulation and phosphorylation of polipeptides / Vl.V. Kuznуtsov., N.I. Shevyakova // Physiologia Plantarum. - 2001. - V.100.- N 2.- P. 320-326.Зобова, Н.В. Использование биотехнологических методов в повышении соле- и кислотоустойчивости ярового ячменя / Н.В. Зобова, Е.Н. Кошышева // СО РАСХН. КНИИСХ.- Новосибирск,2007.- 124 с.Zobova, N.V. Use of biotechnological methods to increase of salt and acid tolerance of spring barley/ N.V. Zobova, E.N. Koshysheva// RAAS RIA. – Novosibirsk. – 2007. – 124 p.Roy, B. Towards development of Al-toxicity tolerant lines in indica rice by exploiting somaclonal variation / B. Roy, A. B. Mandal // Euphytica. – 2005. – V. 145.- P. 221–227.Roy, B. Towards development of Al-toxicity tolerant lines in indica rice by exploiting somaclonal variation / B. Roy, A. B. Mandal // Euphytica. – 2005. – V. 145.- P. 221–227.Mahmood, I. In vitro selection of tissue culture induced somaclonal variants of wheat for drought tolerance / I. Mahmood, A. Razzaq, M. Ashraf, I. A. Hafiz, S. Kaleem, A. Qayyum, M. Ahmad // Journal of Agricultural Research.- 2012.- V. 50. – Is. 2 - P. 177-188.Mahmood, I. In vitro selection of tissue culture induced somaclonal variants of wheat for drought tolerance / I. Mahmood, A. Razzaq, M. Ashraf, I. A. Hafiz, S. Kaleem, A. Qayyum, M. Ahmad // Journal of Agricultural Research.- 2012.- V. 50. – Is. 2 - P. 177-188.Litardo, HHA. HResistance to brown rust disease (Puccinia melanocephala Syd.) evaluation of sugar cane (Saccharum spp. híbrido) somaclons obtained in Ecuador / A. C. Litardo, L.M. HURamosUH, HUKorneva UHS. B., J. HUPilcoUH, G. HUChávezUH, C. HUCabreraUH, F.A. HUPincay UHHUFitosanidadUH // . 2011.- V. 15.- №. 4.- Р. 245-250.Litardo, А.С. HResistance to brown rust disease (Puccinia melanocephala Syd.) evaluation of sugar cane (Saccharum spp. híbrido) somaclons obtained in Ecuador / A. C. Litardo, L.M. HRamosH, HKorneva HS. B., J. HPilcoH, G. HChávezH, C. HCabreraH, F.A. HPincay H // HFitosanidadH. 2011.- V. 15.- №. 4.- Р. 245-250.Широких, И.Г. Получение in vitro форм ячменя, устойчивых к токсическому действию алюминия в кислых почвах /И.Г. Широких, О.Н. Шуплецова, И.Н. Щенникова // Биотехнология. - 2009. - №3. - С.40-48.Shirokikh, I.G. In vitro selection of barley al-toxicity tolerant in acid soils/ I.G. Shirokikh, O.N. Shupletsova, I.N. Tschennikova// Biotechnology. - 2009. - №3. - P.40-48.Щенникова, И.Н. Регенеранты ячменя – исходный материал для селекции сортов в условиях меняющегося климата /И.Н. Щенникова, О.Н. Шуплецова, А.В. Кунилова // Аграрная наука Евро-Северо-Востока.- 2013.- №3.- С.9-11.Tschennikova, I.N. Regenerators of barley as original material for selection of varieties under climate changes/ I.N. Tschennikova, O.N. Shupletsova, A.V. Kunilova // Agrarian Science of Euro-North-East.- 2013.- №3.- P.9-11.Гладков, Е.А. Получение растений, устойчивых к тяжелым металлам. 3. Клеточная селекция газонных трав, толерантных к ионам меди /Е.А. Гладков, Ю.И. Долгих, В.В. Бирюков, О.В. Гладкова // Биотехнология. - 2006. - №5.-С.63-66.Gladkov, E.A. Selection of plants tolerant to heavy metals. 3. Cell selection of lawn grasses tolerant to copper ions/ E.A. Gladkov, Yu.I. Dolgikh, V.V. Biryukov, O.V. Gladkova// Biotechnology. - 2006. - №5.- P.63-66.Гладков, Е.А. Биотехнологические методы получения растений, устойчивых к тяжелым металлам. 2.Получение растений, толерантных к ионам кадмия и свинца /Е.А. Гладков // Биотехнология.- 2006.- №4.-С.87-93.Gladkov, E.A. Biotechnological methods of selection of plants tolerant to heavy metals. 2. Selection of plants tolerant to ions of cadmium and lead/ E.A. Gladkov // Biotechnology.- 2006.- №4.- P.87-93.Куценко, С.А. Основы токсикологии / С.А. Куценко.- С-Пб, 2002.- 119 с.Kutsenko, S.A. basis of toxicology/ S.A. Kutsenko. – St.P., 2002. – 119 p.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.