agronaukaАграрная наука Евро-Северо-ВостокаAgricultural Science Euro-North-East2072-90812500-1396FARC North-East10.30766/2072-9081.2024.25.6.1028-1037agronauka-1805Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ: СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ МИКРОБИОЛОГИЯ И МИКОЛОГИЯОRIGINAL SCIENTIFIC ARTICLES: AGRICULTURAL MICROBIOLOGY AND MYCOLOGYАдаптация к почве стерильных растений пшеницы в условиях прикорневой обработки экзометаболитами базидиальных грибовAdaptation of sterile wheat plants to soil under conditions of root treatment with exometabolites of basidiomyceteshttps://orcid.org/0000-0003-4679-0717ШуплецоваО. Н.ShupletsovaO. N.

Шуплецова Ольга Наумовна, доктор биол. наук, доцент, ведущий научный сотрудник лаборатории биотехнологических методов селекции сельскохозяйственных растений

ул. Ленина, 166 а, г. Киров, 610007

Olga N. Shupletsova, DSc in Biological Science, associate professor, leading researcher, the Laboratory of Biotechnological Methods of Agricultural Plant Breeding

Lenin Str., 166a, Kirov, 610007

olga.shuplecova@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-1861-6076ТовстикЕ. В.TovstikЕ. V.

Товстик Евгения Владимировна, кандидат биол. наук, доцент, научный сотрудник лаборатории биотехнологических методов селекции сельскохозяйственных растений

ул. Ленина, 166 а, г. Киров, 610007

Еvgeniya V. Тоvstiк, PhD in Biological Science, senior researcher, associate professor, researcher, the Laboratory of Biotechnological Methods of Agricultural Plant Breeding

Lenin Str., 166a, Kirov, 610007

priemnaya@fanc-sv.ruhttps://orcid.org/0000-0002-4978-4542ПопывановД. В.PopyvanovD. V.

Попыванов Дмитрий Владимирович, кандидат биол. наук, заведующий лаборатории биотехнологических методов селекции сельскохозяйственных растений

ул. Ленина, 166 а, г. Киров, 610007

Dmitry V. Popyvanov, PhD in Biological Science, Head of the Laboratory of Biotechnological Methods of Agricultural Plant Breeding

Lenin Str., 166a, Kirov, 610007

priemnaya@fanc-sv.ruФГБНУ «Федеральный аграрный научный центр Северо-Востока имени Н. В. Рудницкого»РоссияFederal Agricultural Research Center of the North-East named N. V. RudnitskyRussian Federation20242512202425610281037Copyright © Шуплецова О.Н., Товстик Е.В., Попыванов Д.В., 20242024Шуплецова О.Н., Товстик Е.В., Попыванов Д.В.Shupletsova O.N., Tovstik Е.V., Popyvanov D.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.agronauka-sv.ru/jour/article/view/1805

В 2023-2024 гг. изучали адаптацию пшеницы на этапе in vitro к ex vitro после перенесения в почву и прикорневой обработки 50 мл фильтратом культуральной жидкости (ФКЖ) ксилотрофных базидиальных грибов: Phellinus igniarius PI1, Ganoderma lucidum GL, Ganoderma applanatum GA, Fomes fomentarius FF2 и Lentinula edodes LE. Обработку ФКЖ (без разбавления, разбавленной в 10 и 100 раз) проводили при высадке растений в почву и на 25-е сутки их роста. Адаптационную способность стерильных растений к почве оценивали по уровню выживаемости, ростовым показателям и содержанию полифенолов в растительной ткани. ФКЖ G. lucidum GL независимо от разбавления в 10 и 100 раз снижал выживаемость (на 40–60 %) и последующий рост пшеницы (кустистость в 1,4–1,6 раза, биомассу стеблей в 1,2–7,3 раза и корней в 1,8–3,5 раза относительно контроля без обработки ФКЖ). На фоне различных концентраций ФКЖ F. fomentarius FF2 и L. edodes LE повышались кустистость в 1,3–2,0 раза, масса надземной части в 1,3–1,5 раза и корней в 2–6 раз. Содержание полифенолов в растениях зависело от факта обработки ФКЖ и вида грибов: в надземной части варьировало от 16,8 до 25,4 мг/г, в корнях от 19,0 до 29,1 мг/г. В общей структуре полифенолов доля свободных форм в надземной биомассе составила 23,7–43,1 %, корнях – 5,1–9,2 %. Отмечено повышение уровня свободных полифенолов в корнях пшеницы при применении ФКЖ всех испытуемых грибов (за исключением G. lucidum GL). Сделан вывод о влиянии ФКЖ на эффективность адаптации стерильных растений к почве в переходный период in vitro/ex vitro – положительное для F. fomentarius FF2 и L. edodes LE, отрицательное для G. lucidum GL, отсутствие существенного влияния для P. igniarius PI1 и G. applanatum GA.

In 2023-2024 the adaptation of wheat at the in vitro stage to ex vitro was studied after transfer to soil and root treatment (50 ml) with the сulture filtrate (CF) of xylotrophic basidiomycetes: Phellinus igniarius PI1, Ganoderma lucidum GL, Ganoderma applanatum GA, Fomes fomentarius FF2 and Lentinula edodes LE. Treatment with CF (without dilution, diluted 10 and 100 times) was carried out when planting the plants in the soil and on the 25th day of their growth. The adaptive capacity of sterile plants to soil was assessed by the survival rate, growth indicators and the content of polyphenols in plant tissue. G. lucidum CL, regardless of 10-and 100-fold dilution, reduced the survival (by 40–60 %) and subsequent growth of wheat (tillering by 1.4–1.6 times, stem biomass by 1.2–7.3 times аnd root growth by 1.8–3.5 times relative to the control without treatment with CF). Against the background of various concentrations of F. fomentarius and L. edodes CF, tillering increased by 1.3–2,0 times, the mass of the aboveground part by 1.3–1.5 times, and roots by 2–6 times. The content of polyphenols in plants depended on the fact of treatment with CF and the type of fungi: in the aboveground part it varied from 16.8 to 25.4 mg/g, in the roots from 19.0 to 29.1 mg/g. In the total structure of polyphenols, the proportion of free forms in the aboveground biomass was 23.7–43.1 % and in the roots – 5.1–9.2 %. An increase in the level of free polyphenols was noted in wheat roots upon application of CF of all tested fungi (except G. lucidum GL). A conclusion was made about the effect of CF on the efficiency of adaptation of sterile plants to soil during the transition period in vitro/ex vitro – positive for F. fomentarius FF2 and L. edodes LE, negative for G. lucidum GL, no significant effect for P. igniarius PI1 and G. applanatum GA.

проросткиin vitroпочвенные условияпереходный периодстрессопротекторфильтрат культуральной жидкостибиологически активные веществаростовые показателиполифенолыsproutsin vitrosoil conditionstransition periodstress protectorculture filtratebiologically active substancesgrowth indicatorspolyphenolsработа выполнена при поддержке Минобрнауки РФ в рамках Государственного задания ФГБНУ «Федеральный аграрный научный центр Северо-Востока имени Н. В. Рудницкого» (тема № FNWE-2022-0008).the research was carried out under the support of the Ministry of Science and Higher Education of the Russian within the state assignment of the Federal Agricultural Research Center of the North-East named N. V. Rudnitsky (theme no. FNWE-2022-0008).ReferencesMayer N. A., Bianchi V. J., Feldberg N. P., Morini S. Advances in peach, nectarine and plum propagation. Revista Brasileira de Fruticultura. 2017;39(4):355. DOI: https://doi.org/10.1590/0100-29452017355Mayer N. A., Bianchi V. J., Feldberg N. P., Morini S. Advances in peach, nectarine and plum propagation. Revista Brasileira de Fruticultura. 2017;39(4):355. DOI: https://doi.org/10.1590/0100-29452017355Шаяхметов И. Ф., Круглова Н. Н., Зайнутдинова Э. М. Повышение эффективности соматического эмбриогенеза яровой пшеницы в культуре in vitro. Итоги биологических исследований. Уфа: БашГУ, 2004. С. 56–60.Shayakhmetov I. F., Kruglova N. N., Zaynutdinova E. M. Improving the efficiency of somatic embryogenesis of spring wheat in in vitro culture. Results of biological research. Ufa: BashGU, 2004. pp. 56–60.Arabi M. I. E., Al-Safadi B., Jawar M., Mir-Ali M. Enchancement of embryogenesis and plant regeneration from barley anther culture by low doses of gamma irradiation. In Vitro Cellular & Developmental Biology – Plant. 2005;41(6):762–764. DOI: https://doi.org/10.1079/IVP2005699Arabi M. I. E., Al-Safadi B., Jawar M., Mir-Ali M. Enchancement of embryogenesis and plant regeneration from barley anther culture by low doses of gamma irradiation. In Vitro Cellular & Developmental Biology – Plant. 2005;41(6):762–764. DOI: https://doi.org/10.1079/IVP2005699Корнацкий С. А. Комплекс факторов, влияющих на жизнеспособность, рост и развитие микрорастений после культуры in vitro. Плодоводство и ягодоводство России. 1999;6:64–68.Kornatskiy S. A. Complex of factors affecting viability, growth, and development of microplants after in vitro culture. Plodovodstvo i yagodovodstvo Rossii = Pomiculture and small fruits culture in Russia. 1999;6:64–68. (In Russ.).Деменко В. И., Лебедев В. Г. Адаптация растений, полученных in vitro, к нестерильным условиям. Известия Тимирязевской сельскохозяйственной академии. 2011;(1):60–70. Режим доступа: https://elibrary.ru/item.asp?id=16728686 EDN: OCBXTZDemenko V. I., Lebedev V. G. Adaptation of plants obtained in vitro to non-sterile conditions. Izvestiya Timiryazevskoy sel'skokhozyaystvennoy akademii = Izvestiya of Timiryazev Agricultural Academy. 2011;(1):60–70. (In Russ.). URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=16728686Niedz R. P., Evens T. J. Regulating plant tissue growth by mineral nutrition. In Vitro Cellular & Developmental Biology – Plant. 2007;43(4):370–381. DOI: https://doi.org/10.1007/s11627-007-9062-5Niedz R. P., Evens T. J. Regulating plant tissue growth by mineral nutrition. In Vitro Cellular & Developmental Biology – Plant. 2007;43(4):370–381. DOI: https://doi.org/10.1007/s11627-007-9062-5Шуплецова О. Н., Огородникова С. Ю., Назарова Я. И. Эффекты неспецифической устойчивости генотипов ячменя, полученных путем клеточной селекции. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2020;181(4):192–199. DOI: https://doi.org/10.30901/2227-8834-2020-4-192-199 EDN: VPLHDDShupletsova O. N., Ogorodnikova S. Yu., Nazarova Ya. I. Effects of nonspecific resistance in barley genotypes obtained by cell selection. Trudy po prikladnoy botanike, genetike i selektsii = Proceedings on applied botany, genetics and breeding. 2020;181(4):192-199. (In Russ.). DOI: https://doi.org/10.30901/2227-8834-2020-4-192-199Namanda S., Gibson R. W., Kirimi S. Sweetpotato seed systems in Uganda, Tanzania and Rwanda. Journal of Sustainable Agriculture. 2011;35(8):870–884. DOI: https://doi.org/10.1080/10440046.2011.590572Namanda S., Gibson R. W., Kirimi S. Sweetpotato seed systems in Uganda, Tanzania and Rwanda. Journal of Sustainable Agriculture. 2011;35(8):870–884. DOI: https://doi.org/10.1080/10440046.2011.590572Ogero K. O., Gitonga N. M., Mwangi M., Ombori O., Ngugi M. A lowcost medium for sweet potato micropropagation. African Crop Science Conference Proceedings. 2011;10:57–63. URL: http://repository.must.ac.ke/handle/123456789/1196Ogero K. O., Gitonga N. M., Mwangi M., Ombori O., Ngugi M. A lowcost medium for sweet potato micropropagation. African Crop Science Conference Proceedings. 2011;10:57–63. URL: http://repository.must.ac.ke/handle/123456789/1196Акимова С. В., Раджабов А. К., Бухтин Д. А., Киркач В. В., Аладина О. Н., Деменко В. И., Белошапкина О. О. Адаптация к нестерильным условиям растений винограда укорененных in vitro на питательной среде, обогащенной кремнийорганическими соединениями. Известия Тимирязевской сельскохозяйственной академии. 2019;(5):34–53. Режим доступа: https://elibrary.ru/item.asp?id=41535033 EDN: WBTOUQAkimova S. V., Radzhabov A. K., Bukhtin D. A., Kirkach V. V., Aladina O. N., Demenko V. I., Beloshapkina O. O. Adaptation to non-sterile conditions of grape plants rooted in vitro in a nutrient media enriched by organosilicon compounds. Izvestiya Timiryazevskoy sel'skokhozyaystvennoy akademii = Izvestiya of Timiryazev Agricultural Academy. 2019;(5):34–53. (In Russ.). URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=41535033Loskutov I. G., Khlestkina E. K. Wheat, Barley, and Oat Breeding for Health Benefit Components in Grain. Plants. 2021;10(1):86. DOI: https://doi.org/10.3390/plants10010086Loskutov I. G., Khlestkina E. K. Wheat, Barley, and Oat Breeding for Health Benefit Components in Grain. Plants. 2021;10(1):86. DOI: https://doi.org/10.3390/plants10010086Ma Y., Freitas H., Dias M. C. Strategies and prospects for biostimulants to alleviate abiotic stress in plants. Frontiers in Plant Science. 2022;13:1024243. DOI: https://doi.org/10.3389/fpls.2022.1024243Ma Y., Freitas H., Dias M. C. Strategies and prospects for biostimulants to alleviate abiotic stress in plants. Frontiers in Plant Science. 2022;13:1024243. DOI: https://doi.org/10.3389/fpls.2022.1024243Zagoskina N. V., Zubova M. Y., Nechaeva T. L., Kazantseva V. V., Goncharuk E. A., Katanskaya V. M., Baranova E. N., Aksenova M. A. Polyphenols in Plants: Structure, Biosynthesis, Abiotic Stress Regulation, and Practical Applications (Review). International Journal of Molecular Sciences. 2023;24(18):13874. DOI: https://doi.org/10.3390/ijms241813874Zagoskina N. V., Zubova M. Y., Nechaeva T. L., Kazantseva V. V., Goncharuk E. A., Katanskaya V. M., Baranova E. N., Aksenova M. A. Polyphenols in Plants: Structure, Biosynthesis, Abiotic Stress Regulation, and Practical Applications (Review). International Journal of Molecular Sciences. 2023;24(18):13874. DOI: https://doi.org/10.3390/ijms241813874Курамшина З. М., Смирнова Ю. В. Влияние кадмия на накопление фенольных соединений в побегах Triticum aestivum, инокулированных эндофитными бактериями. Universum: химия и биология. 2019;3(57):11–13. Режим доступа: https://elibrary.ru/item.asp?id=37155418 EDN: ZALXCHKuramshina Z. M., Smirnova Yu. V. Effect of cadmium on accumulation of penol compounds in Triticum aestivum shoots, inoculated by endophitic bacteria. Universum: khimiya i biologiya. 2019;3(57):11–13. (In Russ.). URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=37155418Yaseen S., Amjad S. F., Mansoora N., Kausar S., Shahid H., Alamri S. A. M., et al. Supplemental Effects of Biochar and Foliar Application of Ascorbic Acid on Physio-Biochemical Attributes of Barley (Hordeum vulgare L.) under Cadmium-Contaminated Soil. Sustainability. 2021;13(16):9128. DOI: https://doi.org/10.3390/su13169128Yaseen S., Amjad S. F., Mansoora N., Kausar S., Shahid H., Alamri S. A. M., et al. Supplemental Effects of Biochar and Foliar Application of Ascorbic Acid on Physio-Biochemical Attributes of Barley (Hordeum vulgare L.) under Cadmium-Contaminated Soil. Sustainability. 2021;13(16):9128. DOI: https://doi.org/10.3390/su13169128Han Z., Ahsan M., Adil M. F., Chen X., Nazir M. M., Shamsi I. H., Zeng F., Zhang G. Identification of the gene network modules highly associated with the synthesis of phenolics compounds in barley by transcriptome and metabolome analysis. Food Chemistry. 2020;323:126862. DOI: https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2020.126862Han Z., Ahsan M., Adil M. F., Chen X., Nazir M. M., Shamsi I. H., Zeng F., Zhang G. Identification of the gene network modules highly associated with the synthesis of phenolics compounds in barley by transcriptome and metabolome analysis. Food Chemistry. 2020;323:126862. DOI: https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2020.126862Шагина Н. А., Азимова Ф. Ш. Перспективы использования растительных флавоноидов в различных отраслях промышленности и в медицине. Научно-методический электронный журнал «Концепт». 2017;(Т31):1286–1290. Режим доступа: https://elibrary.ru/item.asp?id=29216307 EDN: YPIVXDShagina N. A., Azimova F. Sh. Prospects for the use of plant flavonoids in various industries and in medicine. Nauchno-metodicheskiy elektronnyy zhurnal «Kontsept». 2017;(Т31):1286–1290. (In Russ.). URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=29216307Rao S., Santhakumar A. B., Chinkwo K. A., Blanchard C. L. Investigation of phenolic compounds with antioxidant activity in barley and oats affected by variation in growing location. Cereal Chemistry. 2020;97(4):772–782. DOI: https://doi.org/10.1002/cche.10291Rao S., Santhakumar A. B., Chinkwo K. A., Blanchard C. L. Investigation of phenolic compounds with antioxidant activity in barley and oats affected by variation in growing location. Cereal Chemistry. 2020;97(4):772–782. DOI: https://doi.org/10.1002/cche.10291Moreno-Camachoabc C. A., Montoya-Torresa J. R., Jaeglerbc A., Gondranc N. Sustainability metrics for real case applications of the supply chain network design problem: A systematic literature review. Journal of Cleaner Production. 2019;231:600–618. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2019.05.278Moreno-Camachoabc C. A., Montoya-Torresa J. R., Jaeglerbc A., Gondranc N. Sustainability metrics for real case applications of the supply chain network design problem: A systematic literature review. Journal of Cleaner Production. 2019;231:600–618. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2019.05.278Koza N. A., Adedayo A. A., Babalola O. O., Kappo A. P. Microorganisms in Plant Growth and Development: Roles in Abiotic Stress Tolerance and Secondary Metabolites Secretion. Microorganisms. 2022;10(7):1528. DOI: https://doi.org/10.3390/microorganisms10081528Koza N. A., Adedayo A. A., Babalola O. O., Kappo A. P. Microorganisms in Plant Growth and Development: Roles in Abiotic Stress Tolerance and Secondary Metabolites Secretion. Microorganisms. 2022;10(7):1528. DOI: https://doi.org/10.3390/microorganisms10081528Ma Z., Xu M., Wang Q., Wang F., Zheng H., Gu Z., et al. Development of an efficient strategy to improve extracellular polysaccharide production of Ganoderma lucidum using L-phenylalanine as an enhancer. Frontiers in microbiology. 2019;10:2306. DOI: https://doi.org/10.3389/fmicb.2019.02306Ma Z., Xu M., Wang Q., Wang F., Zheng H., Gu Z., et al. Development of an efficient strategy to improve extracellular polysaccharide production of Ganoderma lucidum using L-phenylalanine as an enhancer. Frontiers in microbiology. 2019;10:2306. DOI: https://doi.org/10.3389/fmicb.2019.02306Lee W. Y., Park Y., Ahn J. K., Ka K. H., Park S. Y. Factors influencing the production of endopolysaccharide and exopolysaccharide from Ganoderma applanatum. Enzyme and microbial technology. 2007:40(2):249–254. DOI: https://doi.org/10.1016/j.enzmictec.2006.04.009Lee W. Y., Park Y., Ahn J. K., Ka K. H., Park S. Y. Factors influencing the production of endopolysaccharide and exopolysaccharide from Ganoderma applanatum. Enzyme and microbial technology. 2007:40(2):249–254. DOI: https://doi.org/10.1016/j.enzmictec.2006.04.009Shi L., Tan Y., Sun Z., Ren A., Zhu J., Zhao M. Exogenous salicylic acid (SA) promotes the accumulation of biomass and flavonoid content in Phellinus igniarius (Agaricomycetes). International Journal of Medicinal Mushrooms. 2019:21(10):955–963. DOI: https://doi.org/10.1615/IntJMedMushrooms.2019032557Shi L., Tan Y., Sun Z., Ren A., Zhu J., Zhao M. Exogenous salicylic acid (SA) promotes the accumulation of biomass and flavonoid content in Phellinus igniarius (Agaricomycetes). International Journal of Medicinal Mushrooms. 2019:21(10):955–963. DOI: https://doi.org/10.1615/IntJMedMushrooms.2019032557Xiang Q., Zhang H., Chen X., Hou S., Gu Y., Yu X., Zhao K., et al. Enhanced Effects of Iron on Mycelial Growth, Metabolism and In Vitro Antioxidant Activity of Polysaccharides from Lentinula edodes. Bioengineering. 2022:9(10):581. DOI: https://doi.org/10.3390/bioengineering9100581Xiang Q., Zhang H., Chen X., Hou S., Gu Y., Yu X., Zhao K., et al. Enhanced Effects of Iron on Mycelial Growth, Metabolism and In Vitro Antioxidant Activity of Polysaccharides from Lentinula edodes. Bioengineering. 2022:9(10):581. DOI: https://doi.org/10.3390/bioengineering9100581Бызова М. А., Ермошин А. А., Киселева И. С. Экстракты трутовых грибов уменьшают цитотоксичность ионов кадмия в Hordeum-тесте. Биомика. 2022;14(4):310–314. DOI: https://doi.org/10.31301/2221-6197.bmcs.2022-30 EDN: BHLOQEByzova M. A., Ermoshin A. A., Kiseleva I. S. Polypore fungus extracts reduce cytotoxicity of cadmium ions in the Hordeum test. Biomika = Biomics. 2022;14(4):310–314. (In Russ.). DOI: https://doi.org/10.31301/2221-6197.bmcs.2022-30Кононова О. Е., Злобина Ю. А., Попыванов Д. В. Оценка ростостимулирующей активности базидиальных грибов. Методы и технологии в селекции растений и растениеводстве: мат-лы Х Международ. научн.-практ. конф., посвящ. 300-летию Российской академии наук. Киров: ФГБНУ ФАНЦ Северо-Востока, 2023. C. 111–114. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=63868470&pff=1 EDN: RBGVVJKononova O. E., Zlobina Yu. A., Popyvanov D. V. Evaluation of the growth-stimulating activity of basidial fungi. Methods and technologies in plant breeding and crop production: Proceedings of the Xth International scientific-practical conf., dedicated to the 300th anniversary of the Russian Academy of Sciences. Kirov: FGBNU FANTs Severo-Vostoka, 2023. pp. 111–114. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=63868470&pff=1Шуплецова О. Н., Товстик Е. В., Щенникова И. Н. Изменение содержания полифенолов в растениях ячменя на стрессовых почвенных фонах. Российская сельскохозяйственная наука. 2023;(6):15–19. DOI: https://doi.org/10.31857/S2500262723060030 EDN: NNMCADShupletsova O. N., Tovstik E. V., Shchennikova I. N. Reaction of barley varieties on the content of polyphenols on stress soil backgrounds. Rossiyskaya sel'skokhozyaystvennaya nauka. 2023;(6):15–19. (In Russ.). DOI: https://doi.org/10.31857/S2500262723060030

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