Изучение влияния NaCl на межвидовые гибриды Populus L. в условиях in vitro

В условиях аридизации климата и опустынивания территорий, приводящих к вторичному засолению почв,  все больше земель подвергается преждевременной деградации и дальнейшему выводу их из сельскохозяйственного использования. Моделирование стресс-факторов в культуре in vitro для отбора толерантных линий солеустойчивых генотипов древесных видов cпособствует ускорению селекционного процесса. В исследовании изучено влияние NaCl на морфогенез растений-регенерантов межвидовых гибридов F1 тополя (Populus L.) и проведен отбор потенциально солеустойчивых генотипов в условиях in vitro. После проведения контролируемого скрещивания отобранных родительских линий с хозяйственно полезными признаками (Populus deltoides × P. alba; P. nigra f. piramidalis × P. alba; P. deltoides × P. bolleana f. piramidalis) методом изолированных зародышей получены и размножены асептические экспланты межвидовых гибридов в культуре in vitro. На селективных средах с NaCl в концентрациях 0,2; 0,5; 1,0 % протестировано 16 генотипов по 10 клонов в трех повторностях. Определены доля выживших и регенерирующих эксплантов, частота ризогенеза  и процент хлороза среди исследуемых образцов, количество и длина побегов, количество узлов, коэффициент размножения. Ингибирующее действие солевого стресса проявлялось в торможении морфогенеза – отсутствие процессов ризогенеза, хлороза, частичная деформация и некротизация листовых пластин. Доза 0,5 % NaCl была определена сублетальной, 1 % – летальной. Среди 16 исследуемых генотипов 4 имели высокий процент выживших эксплантов (96,2– 96,7 %), два из которых сохраняли высокую регенерацию (82,6–96,6 %) на сублетальной концентрации селективного агента. Полученные результаты свидетельствуют о том, что тестирование в условиях in vitro на устойчивость к NaCl является перспективным инструментом для ускорения селекционного процесса и отбора потенциально толерантных к абиотическому стресс-фактору генотипов для дальнейших полевых испытаний.

1. Mashkina O. S., Tabatskaya T. M., Korchagin O. M. In vitro selection of birch for tolerance to salinity stress. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2021;875(1):012082. DOI: https://doi.org/10.1088/1755-1315/875/1/012082

2. Kulczyk-Skrzeszewska M., Kieliszewska-Rokicka B. Influence of drought and salt stress on the growth of young Populus nigra ‘Italica’plants and associated mycorrhizal fungi and non-mycorrhizal fungal endophytes. New Forests. 2022;53(4):679–694. DOI: https://doi.org/10.1007/s11056-021-09879-6

3. Chen Y., Yuan B., Wei Z., Chen X., Chen Y., Qiu N. The ion homeostasis and ROS scavenging responses in ‘NL895’poplar plantlet organs under in vitro salinity stress. In Vitro Cellular & Developmental Biology-Plant. 2018;54:318–331. DOI: https://doi.org/10.1007/s11627-018-9896-z

4. Galović V., Kebert M., Popovic B., Kovacevic B., Vasić V., Joseph M., Orlović S., Szabados L. Biochemical and gene expression analyses in different poplar clones: The selection tools for afforestation of halomorphic environments. Forests. 2021;12(5):636. DOI: https://doi.org/10.3390/f12050636

5. Liu Y., Su M., Han Z. Effects of NaCl stress on the growth, physiological characteristics and anatomical structures of Populus talassica × Populus euphratica seedlings. Plants. 2022;11(22):3025. DOI: https://doi.org/10.3390/plants11223025

6. Singh D., Kumar A. In vitro screening and characterization of selected elite clones of Eucalyptus tereticornis Sm. for salt stress. Journal of Plant Growth Regulation. 2021;40:694–706. DOI: https://doi.org/10.1007/s00344-020-10138-9

7. Guleria I., Kumari A., Lacaille-Dubois M-A., Nishant, Kumar V., Saini A. K., Dhatwalia J., Lal S. A review on the genus Populus: A potential source of biologically active compounds. Phytochemistry Review. 2022;21:987–1046. DOI: https://doi.org/10.1007/s11101-021-09772-2

8. Эрст A. A., Шишкин С. В., Воронкова M. С. Получение межвидовых гибридов (Populus alba × P. bolleana) × P.сanescens с использованием культуры in vitro. Сибирский лесной журнал. 2019;(2):45–52. DOI: https://doi.org/10.15372/SJFS20190204 EDN: JVBNIF DOI: https://doi.org/10.15372/SJFS20190204

9. Erst A. A., Shishkin S. V., Voronkova M. S. Evaluation of salinity and osmotic stress resistance of the genus Populus species and hybrids in culture in vitro. Plant cell biotechnology and molecular biology. 2019;20(11-12):451–458. URL: https://www.researchgate.net/publication/334811183_EVALUATION_OF_SALINITY_AND_OS-MOTIC_STRESS_RESISTANCE_OF_THE_GENUS_Populus_SPECIES_AND_HYBRIDS_IN_CULTURE_In_vitro

10. Спивак В. В., Бурменко Ю. В., Капитова И. A. Эмбриокультура в селекции косточковых: особенности и успехи применения. Садоводство и виноградарство. 2023;(5):27–34. DOI: https://doi.org/10.31676/0235-2591-2023-5-27-34 EDN: AKXAZG DOI: https://doi.org/10.31676/0235-2591-2023-5-27-34

11. Tabatskaya T. M., Mashkina O. S., Korchagin O. M. In vitro modelling of salinity stress for the selection of stress-tolerant birch lines. E3S Web of Conferences. 2020;224:04013. DOI: https://doi.org/10.1051/e3sconf/202022404013

12. Zholobova O. O., Mogilevskaya I. V., Melnik S. V. Screening Smoke Tree (Cotinus coggygria Scop.) on Osmotic Stress using Polyethylene Glycol 6000 in vitro. Indian Journal of Agricultural Research. 2024;58(1):36–42. DOI: https://doi.org/10.18805/IJARe.AF-781

13. Маркова M. Г., Сомова E. Н. Оптимизация клонального микроразмножения косточковых культур. Аграрная наука Евро-Северо-Востока. 2024;25(2):189–197. DOI: https://doi.org/10.30766/2072-9081.2024.25.2.189-197 EDN: QPFWKX DOI: https://doi.org/10.30766/2072-9081.2024.25.2.189-197

14. Vuksanovic V., Kovacevic B., Orlović S., Kebert M., Kovač M. The influence of drought on growth and development of white poplar shoots in vitro. Topola. Poplar. 2019;203:13–18. URL: https://ilfe.org/sites/default/files/04Vuksanovic_et_al.pdf

15. Vuksanović V., Kovacevic B., Kebert M., Katanic M., Kesic L., Karaklic V., Orlović S. In vitro modulation of antioxidant and physiological properties of white poplar induced by salinity. Glasnik Sumarskog fakulteta. 2019;120:179–196. DOI: https://doi.org/10.2298/GSF1920179V

16. Крючков С. Н., Соломенцева A. С., Романенко A. K. Внутривидовые скрещивания выделенных биотипов родов вяз и тополь для получения гетерозисных селекционных форм. Аграрный вестник Урала. 2023;23(6):23–34. DOI: https://doi.org/10.32417/1997-4868-2023-235-06-23-34 EDN: WLAIAZ DOI: https://doi.org/10.32417/1997-4868-2023-235-06-23-34

17. Phillips G. C., Garda M. Plant tissue culture media and practices: an overview. In Vitro Cellular & Developmental Biology-Plant. 2019;55:242–257. DOI: https://doi.org/10.1007/s11627-019-09983-5

18. Jouve L., Hoffmann L., Hausman J. F. Polymine, carbohydrate, and proline content changesduring salt stress exposure of aspen (Populus tremula L.): involvement of oxidation and osmoregulation metabolism. Plant Biology. 2004;6(1):74–80. DOI: https://doi.org/10.1055/s-2003-44687

19. Fung L. E., Wang S. S., Altman A., Hütterman A. Effect of NaCl on growth, photosynthesis, ion and water relations of four poplar genotypes. Forest Ecology and management. 1998;107(1-3):135–146. DOI: https://doi.org/10.1016/S0378-1127(97)00328-9