Тема: ФИЗИОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ БРАССИНОСТЕРОИДОВ В СТРЕСС-РЕГУЛЯЦИИ РАСТЕНИЙ КАРТОФЕЛЯ

Засоление снижает продуктивность растений, способствуя изменению ионного гомеостаза, осмотического потенциала и генерации активных форм кислорода. Всё это приводит к снижению эффективности сельского хозяйства и экономическим потерям. При исследовании физиологических механизмов солеустойчивости растений возможно повысить продуктивность сельскохозяйственных культур на засоленных территориях. Одним из способов регулирования устойчивости растений может быть применение экзогенных фитогормонов.
Ранее в лаборатории биохимии и молекулярной биологии ТГУ был предложен способ повышения солеустойчивости растений картофеля кратковременным корневым воздействием брассиностероидов [1].
Брассиностероиды (БС) - перспективная группа стероидных фитогормонов, одним из преимуществ изучения является агропромышленный потенциал, заключающийся в экологической безопасности и способности вызывать биологические эффекты в очень низких концентрациях. БС оказывают всестороннее влияние на развитие растений в процессе их онтогенеза, изменяют активность ферментов, скорость биосинтеза белков и нуклеиновых кислот, гормональный статус, а также стимулируют рост клеток растяжением и последующее их деление. На организменном уровне данные изменения отображаются в усилении роста и повышении продуктивности растения [2]. Наибольшее эндогенное содержание данной группы гормонов отмечается в молодых тканях.
Одним из активных представителей БС является 24-эпибрассинолид (24-ЭБЛ). Кратковременная корневая предобработка 24-ЭБЛ гидропонной культуры картофеля способствует активированию роста побега, столоно - и клубнеобразованию [3]. Изучение длительного действия гормона на гидропонные культуры картофеля затруднено, сопровождается рисками контаминации патогенными микроорганизмами.
Solanum tuberosum L. - культура, отличающаяся ценными овощными, продовольственными, кормовыми качествами. Картофель является вторым по значимости сельскохозяйственным продуктом России после зерновых культур [4]. Его исследования финансово поддерживаются правительством РФ с 2016 года. На протяжении длительного периода культура подвергается селективному отбору, направленному на резистентность к патогенам и продуктивность урожая.
В качестве объекта исследования использовались оздоровленные растения-регенеранты сорта Луговской, полученные из боковой меристемы в условии in vitro.
Целью данной работы являлось - оценка протекторного эффекта разной концентрации гормона 24-эпибрассинолид при NaCl засолении на физиологические показатели растений-регенерантов картофеля (Solanum tuberosum L.). Для достижения данной цели поставлены следующие задачи:
1. Освоить биотехнологические методы микроклонального размножения картофеля в стерильных и гидропонных условиях;
2. Провести вегетативное размножение картофеля в условии in vitro на средах с добавлением фитогормона - 24-эпибрассинолида;
3. Сравнить действие двух концентраций ЭБЛ (10 и 1000 нМ) на рост растений-регенерантов на этапах прорастания черенков в условиях in vitro и последующего роста растений в гидропонных условиях;
4. Провести анализ физиологических показателей, таких как содержание пигментов, пролина и степень перекисного окисления липидов в растениях для наблюдения за протекторным действием гормона при отложенном хлоридном засолении.
В работе применялись следующие методы исследования:
микроклональное размножение, культивирование растений в гидропонной культуре, морфометрические методы (измерение длины побегов и корней, количества ярусов, в том числе листьев и столонов, массы клонов), биохимические методы (определение содержания фотосинтетических пигментов, свободного пролина, ТБК-АП).
Практическая значимость исследования
Мы впервые оценили влияние длительного присутствия 10 и 1000 нМ ЭБЛ в питательной среде на динамику роста на начальных этапах развития клонов картофеля в условии in vitro. Также нами впервые показана способность ЭБЛ регулировать ростовые и физиологические процессы через 19 суток, после прекращения гормонального воздействия, в норме и при отложенном действии стресса (75 мМ NaCl).
Теоретическая и практическая значимость
Полученные в работе данные позволят предложить новые способы длительного воздействия брассиностероидами, с целью повышения продуктивности сельскохозяйственно-значимых культур, в том числе, произрастающих на засолённых территориях.
Теоретические обобщения и совокупность полученных
экспериментальных данных могут использоваться в лекционных и практических курсах «Физиология растений», «Биохимия», «Гормональная регуляция и сигнальные системы высших растений», «Физиологические основы устойчивости растений к факторам среды», «Экологическая физиология растений» и «Сигнальные системы высших растений» для студентов и магистрантов ВУЗов страны.
Результаты исследования были представлены на Годичном собрании Общества физиологов растений России, в рамках Всероссийской научной конференции с международным участием "Физиология растений и феномика как основа современных фитобиотехнологий" и на Всероссийской научной конференции для молодых ученых «Физиология, биотехнология и биоинформатика растений и микроорганизмов - путь в будущее: к 85-летию Р.А. Карначук». Разработки были представлены на международных форум- выставках РосБиоТех (Москва, 2021, 2022 г.), где удостоились присуждения золотых медалей и дипломов.
Работа проводилась в лаборатории биохимии и молекулярной биологии кафедры физиологии растений, биотехнологии и биоинформатики Биологического института Национального Томского государственного университета. Выполнена при финансовой поддержке грантов РФФИ № 20¬34-90094 «Влияние брассиностероидов на развитие растений картофеля в оптимальных условиях и при хлоридном засолении», РНФ № 23-44-10019 «Стероидные фитогормоны и их новые производные - природный нанобиотехнологический инструмент для высокопродуктивного
экологического земледелия» и программы «Приоритет 2030» по теме «Геномное редактирование как инновационная технология управления механизмами стресс-толерантности и повышения продуктивности растений в условиях неблагоприятных изменений природной среды и климата».
Автор выражает глубокую признательность коллективам лаборатории молекулярной биологии и биохимии, а также кафедры физиологии, биотехнологии растений и биоинформатики ТГУ и их заведующей - д.б.н., профессору Ольге Викторовне Карначук. Отдельно автор выражает искреннюю благодарность научным руководителям - к.б.н., доценту Марине Васильевне Ефимовой и м.н.с. Ольге Константиновне Мурган за оказанную поддержку и помощь в проведении исследования, освоении практических навыков и методик. Автор выражает особую благодарность Медведевой Ю.В. за предоставление микроклонов растений, Даниловой Е.Д., Кадырбаеву М.К. и Бойко Е. В. за помощь в проведении исследований.

Купить

1. В ходе многократного клонирования растений-регенерантов методом микрочеренкования, получен необходимый объём микроклонов.
2. Присутствие 24-эпибрассинолида в питательной среде на этапе культивирования in vitro растений-регенерантов ингибировало процессы прорастания и дальнейшего роста. Длительное присутствие БС в питательной среде снижало скорость роста корня даже через 19 суток после прекращения гормонального воздействия. В большей степени на данные параметры оказывала влияние высокая концентрация ЭБЛ (1000 нМ). При этом низкая концентрация (10 нМ) стимулировала наибольший прирост биомассы и длины побега после прекращения гормонального воздействия.
3. Хлоридное засоление в концентрации 75 мМ негативно влияло на формирование ярусов, в том числе листьев и столонов, а также снижало биомассу растений. Среди фотосинтетических пигментов 75 мМ NaCl вызывало уменьшение содержания хлорофилла а и каротиноидов. Также воздействие хлорида натрия повышало степень ПОЛ в зелёных тканях растений картофеля (листья и стебли) и стимулировало значительное накопление пролина.
4. Брассиностероиды оказывали протекторное действие на физиологические показатели растений при хлоридном засолении, поддерживая содержание фотосинтетических пигментов и понижая степень ПОЛ в листьях и стебле.

Купить