Preservation of organic matter in macroaggregates

«Современное состояние, проблемы и перспективы развития аграрной науки» 2020 DOI 10.33952/2542-0720-2020-5-9-10-96 УДК 57.085 Табацкая Татьяна Михайловна1, Аминева Елена Юрьевна1, Машкина Ольга Сергеевна1,2 Биотехнологическая оценка коллекционного материала березы и тополя в условиях солевого стресса в культуре in vitro ФГБУ «Всероссийский НИИ лесной генетики, селекции и биотехнологии»; 2 ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный университет» e-mail: mashkinaos@mail.ru 1 Моделирование стресса в культуре in vitro – одно из перспективных направлений селекции растений на устойчивость к негативным факторам среды (засухе, засолению почв и др.). Это подтверждают примеры получения стрессоустойчивых растений сельскохозяйственных и плодово-ягодных культур на основе биотехнологического подхода [1, 2]. Разработка селективных систем in vitro для лесных древесных растений в настоящее время носит поисковый характер [3]. Ранее нами разработана биотест-система на основе каллусных культур in vitro для отбора засухоустойчивых форм сосны обыкновенной [4]. Это послужило основой к проведению работ по тканевой селекции лиственных древесных растений. Выбор березы и тополя определен их большим генетическим разнообразием, представленным разными микроклонами в коллекции долгосрочного хранения ФГБУ «ВНИИЛГИСбиотех» [5]. Цель данной работы – изучение ответной реакции березы и тополя на засоление NaCl в культуре in vitro для разработки селективных систем отбора устойчивых клонов. Засоление питательных сред NaCl позволяет моделировать как солевой, так и осмотический стресс. Материалом для исследований служили микрорастения 16 клонов березы (Betula pendula L.; B. Pendula Roth var. carelica (Mercklin) Hämet-Ahti; B. Pendula f. 'dalecarlica' (L.f.) Schneid.; B. pubescens Ehrh.) и тополя (Populus × canescens Sm.; P. alba L.) из коллекции длительного хранения. Экспланты – микрочеренки коллекционных микрорастений. Питательные среды для березы – ½ MS, для тополя – ½ WPM. Провокационный фон создавали добавлением в среду морской соли (NaCl, 99 %) в концентрациях 0,2–1,0 %. Режим культивирования: температура 25±2 °С, фотопериод – 16 ч, освещенность – 2,0 клк. Степень устойчивости культур определяли по их росту, сохранности (жизнеспособности), изменению морфологических признаков. Экспериментально показано, что уже при кратковременном (20 суток) щадящем (0,2 %) режиме солевого стресса у березы проявились яркие межклоновые различия по признаку сохранности (10–90 % против 80–100 % в контроле). Это позволило провести первоначальный отбор жизнеспособных клонов, а также испытать три способа селективного воздействия NaCl, которые чаще используют в культуре in vitro [6]. Мягкий – с постоянным воздействием низкой концентрации соли (0,2 %) в течение трех месяцев. Ступенчатый – с поэтапным увеличением концентрации осмотика от 0,2 % до 1,0 %. Жесткий – с использованием сублетальной (1,0 %) концентрации NaCl в качестве исходной. В последних двух случаях цикл культивирования составил 50 суток (20 суток – солевое воздействие, 30 суток – на среде без NaCl). Из таблицы видно, что в условиях мягкого и ступенчатого воздействия NaCl при общем негативном влиянии стрессового фактора (торможение роста, снижение жизнеспособности эксплантов), отмечается заметное варьирование сохранности культур березы в зависимости от их клоновой принадлежности. Это позволяет дифференцировать клоны по степени устойчивости к заданному стрессу. Максимальная степень поражения отмечена в случае жесткого воздействия NaCl. Жизнеспособность культур в среднем была в 10 раз ниже по сравнению с контролем. Единичные сохранившиеся образцы имели более мелкие листья и недоразвитые черенки, сближенные междоузлия, характеризовались выраженным хлорозом. Таким 190 «Современное состояние, проблемы и перспективы развития аграрной науки» 2020 образом, мягкий и ступенчатый способы селективного воздействия являются наиболее информативными для селекции березы in vitro, обеспечивают четкую дифференциацию клонов при сохранении регенерационной способности образцов. Таблица – Сохранность культур (%) отдельных клонов березы в зависимости от способа селективного воздействия NaCl в культуре in vitro Способ селективного воздействия NaCl Контроль (без NaCl) жесткий ступенчатый мягкий 2 пш 80,0 6,6 17,8 20,0 3 пш 90,5 13,3 60,0 45,3 6 пш 90,0 18,2 62,5 43,7 18к 90,3 0 22,9 16,0 Ап 81,1 0 10,0 9,1 R2 84,6 10,0 13,2 20,8 Среднее 86,1 ± 1,1 8,0 ± 1,6* 31,6 ± 5,3* 25,8 ± 3,3* Примечание. Различия с контролем существенны при * p<0,001. Клоны: 2 пш, 3 пш, 6 пш – береза пушистая, 18к, Ап – береза карельская, R2 – береза далекарлийская. Клон Для испытанных клонов тополя лучшие результаты получены при жестком способе воздействия (1 % NaCl). При резком снижении роста (0,7±0,1 см против 3,8±0,4 см в контроле) сохранность культур варьировала от 7,8±5,9 % до 40,0±5,3 % против 92,3±4,7 % в контроле. Это позволило выделить относительно устойчивые клоны, показавшие идентичные результаты при повторном сублетальном воздействии стрессового фактора. Тенденция дифференциации клонов березы и тополя по биотехнологическим показателям сохраняется при изменении параметров солевого стресса (продолжительность, интенсивность и последовательность). Биотестирование коллекционного материала при различных способах селекции in vitro позволило выделить наиболее устойчивые к солевому стрессу клоны березы и тополя в условиях in vitro. Литература 1. Егорова Н. А. Разработка методических основ клеточной селекции лаванды in vitro на устойчивость к NaCl // Экосистемы, их оптимизация и охрана. 2011. Вып. 5. С. 173–179. 2. Тихонова И. Г. Создание устойчивых к вирусам форм вишни методами биотехнологии // Генетические основы эволюции и селекции: сборник научных трудов. 2002. С. 94–96. 3. Шмаков В. Н. Изучение меж- и внутривидовых различий по устойчивости и действию фтора у сибирских лиственниц методом культуры in vitro. Автореф. дисс. …канд. биол. наук. Иркутск: Сибирский институт физиологии и биохимии растений, 2004. 23 с. 4. Аминева Е. Ю., Табацкая Т. М., Машкина О. С., Попов В. Н. Оценка засухоустойчивости отдельных генотипов Pinus sylvestris L. на основе метода культуры ткани in vitro в моделируемых стрессовых условиях // Труды Санкт-Петербургского научно-исследовательского института лесного хозяйства. 2017. № 1. С. 14–22. 5. Табацкая Т. М., Машкина О. С. Опыт долговременного хранения коллекции ценных генотипов березы с использованием безгормональных питательных сред // Лесоведение. 2020. № 2. С. 147–161. 6. Терлецкая Л. В. Неспецифические реакции зерновых злаков на абиотические стрессы in vivo и in vitro. Алматы, 2012. 206 с. UDC 57.085 Tabatskaya T. M., Amineva E. Yu., Mashkina O. S. Biotechnological assessment of the birch and poplar collection material in salt stress in vitro culture Summary. A biotechnological assessment (growth, viability, preservation of regeneration potentials) of 16 clones of different birch and poplar species, hybrids and polyploids under saline NaCl conditions in vitro culture was carried out. Three methods of selective exposure to the stressor were tested: chronic (0.2 % NaCl), stair-step (staged increase in the NaCl content in the nutrient medium from 0.2 % to 1.0 %) and hard (1.0 % NaCl). An algorithm for the formation of a selective in vitro system for differentiation and selection of birch and poplar resistant clones under conditions of artificial salinization is proposed. Keywords: birch, poplar, in vitro breeding, salt stress, selective system. 191