Preview

Аграрная наука Евро-Северо-Востока

Расширенный поиск

Комплексная оценка растений ячменя, полученных путем клеточной селекции на устойчивость к кадмию

https://doi.org/10.30766/2072-9081.2018.65.4.19-29

Полный текст:

Аннотация

Накопление кадмия (Cd) в зерне ячменя (Hordeum vulgare L.) и его последующая передача по пищевым цепям человеку и животным является серьезной экологической проблемой. Создание стресс-толерантных сортов для сокращения потерь урожая и противодействия биоаккумуляции токсичных ионов может способствовать сохранению качества зерна и повышению продуктивности ячменя на загрязненных кадмием почвах. В процессе клеточной селекции в 2017 г. от исходного генотипа ячменя 8730хОмский получили в каллусных культурах сомаклональные варианты (RA) и провели среди них отбор устойчивых к токсичности 15 мг/л ионов кадмия линий (RACd). Регенерированные из каллусов растения сравнивали с исходным генотипом по физиологобиохимическим и продуктивным признакам, биоаккумуляции кадмия в условиях вегетационного опыта. Растения выращивали в обычных условиях и на провокационном фоне по кадмию в 2017-2018 гг. Симптомы окислительного стресса тестировали по динамике накопления малонового диальдегида, активности супероксиддисмутазы, содержанию антоцианов в листьях. При стрессе линии ячменя, отобранные в результате клеточной селекции (на среде с добавлением 15 мг/л Cd2+), отличались от регенерантов, полученных в обычных условиях (без добавления в среду Cd2+), и исходного генотипа с более высокими показателями антиоксидантной активности. На провокационном фоне в листьях устойчивых регенерантных линий отмечены более высокие, чем у исходной формы и регенерантов, не подвергнутых отбору в селективных условиях, показатели содержания в листьях хлорофиллов (на 76 и 64 %) и каротиноидов (на 64 и 60% соответственно), семенной продуктивности (в 4,5 и 1,3 раза соответственно) и биоаккумуляции в корнях кадмия (на 100 и 5% соответственно). Полученные результаты свидетельствуют о целесообразности использования клеточной инженерии в селекционных программах по повышению устойчивости ячменя к токсичности кадмия.

Об авторах

И. Г. Широких
ФГБНУ «Федеральный аграрный научный центр Северо-Востока имени Н.В. Рудницкого»; ФГБОУ ВО «Вятский государственный университет»; ФГБУН «Институт биологии Коми научного центра Уральского отделения Российской академии наук»
Россия


О. Н. Шуплецова
ФГБНУ «Федеральный аграрный научный центр Северо-Востока имени Н.В. Рудницкого»; ФГБОУ ВО «Вятский государственный университет»
Россия


Е. В. Товстик
ФГБНУ «Федеральный аграрный научный центр Северо-Востока имени Н.В. Рудницкого»; ФГБОУ ВО «Вятский государственный университет»
Россия


С. Ю. Огородникова
ФГБОУ ВО «Вятский государственный университет»; ФГБУН «Институт биологии Коми научного центра Уральского отделения Российской академии наук»
Россия


Я. И. Назарова
ФГБНУ «Федеральный аграрный научный центр Северо-Востока имени Н.В. Рудницкого»
Россия


Г. И. Березин
ФГБОУ ВО «Вятский государственный университет»
Россия


Список литературы

1. Khan M.A., Khan S., Khan A., Alam M. Soil contamination with cadmium, consequences and remediation using organic amendments // Science of the Total Environment. 2017. Vol. 601. P. 1591-1605.

2. Rizwan M., Ali S., Abbas T., Zia-ur-Rehman M., Hannan F., Keller C., Ok Y.S. Cadmium minimization in wheat: a critical review // Ecotoxicology and environmental safety. 2016. Vol.130. Р. 43-53.

3. Доклад о состоянии и использовании земель сельскохозяйственного назначения за 2011 год [Электронный ресурс]: http://www.mcx.ru/ documents/ docu-ment/show/17135.133. htm (дата обращения: 24.01.2018).

4. Методические рекомендации по гигиеническому обоснованию ПДК химических веществ в почве. М.: Минздрав СССР, 1982. 57 с.

5. Alloway B.J., Jackson, A.P. The Transfer of Cadmium from Agricultural Soils to the Human Food Chain // Biogeochemistry of Trace Metals. 2017. P. 121-170. CRC Press.

6. Szolnoki Z.S., Farsang A., Puskas I. Cumulative impacts of human activities on urban garden soils: origin and accumulation of metals // Environmental Pollution. 2013. Vol. 177. Р. 106-115.

7. Ok Y.S., Chang S.X., Gao B., Chung, H.J. SMART biochar technology-a shifting paradigm towards advanced materials and healthcare research // Environmental Technology & Innovation. 2015. Vol. 4. P. 206-209.

8. Проблемы деградации и восстановления продуктивности земель сельскохозяйственного назначения в России / Под ред. А.В. Гордеева, Г. А. Романенко. М.: Росинформагротех, 2008. 67 с.

9. Gallego S.M., Pena L.B., Barcia R.A., Azpilicueta C.E., Iannone M.F., Rosales E.P., Benavides M.P. Unravelling cadmium toxicity and tolerance in plants: insight into regulatory mechanisms // Environmental and Experimental Botany. 2012. Vol. 83. P. 33-46.

10. Cuypers A., Plusquin M., Remans T., Jozef-czak M., Keunen E., Gielen H., Nawrot T. Cadmium stress: an oxidative challenge // Biometals. 2010. Vol. 23(5). P. 927-940.

11. Кабата-Пендиас А., Пендиас Х. Микроэлементы в почвах и растениях. М.: Мир, 1989. 439 с.

12. Naeem A., Saifullah Rehman M.Z.U., Akhtar T., Ok Y.S., Rengel Z. Genetic variation in cadmium accumulation and tolerance among wheat cultivars at the seedling stage // Communications in Soil Science and Plant Analysis. 2016. Vol. 47(5). P. 554-562.

13. Гладков Е.А. Получение растений, толерантных к ионам кадмия и свинца // Биотехнология. 2006. №4. С. 87-93.

14. Мохаммед С.Е., Каранова С.Л., Долгих Ю.И. Получение толерантных к ионам кадмия клеточных линий и растений пшеницы методом клеточной селекции // Мат. Всерос. конф. «Современные аспекты структурно-функциональной биологии растений и грибов». Орел, 2010. С. 155-159.

15. Шуплецова О.Н., Широких И.Г. Повышение устойчивости ячменя к токсичности металлов и осмотическому стрессу путем клеточной селекции // Зерновое хозяйство России. 2015. №1 (37). С. 57-62.

16. Лукаткин А.С. Холодовое повреждение теплолюбивых растений и окислительный стресс. Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2002. 208 с.

17. Шлык А.А. Определение хлорофиллов и каротиноидов в экстрактах зелёных листьев// Биохимические методы в физиологии растений. М.: Наука, 1971. С. 154-171.

18. Маслова Т.Г., Попова И.А., Попова О.Ф. Критическая оценка спектрофотометрического метода количественного определения каротиноидов // Физиология растений. 1986. Т.39. Вып. 6. С. 615-619.

19. Муравьева Д.А., Бубенчикова В.Н., Беликов В.В. Спектрофотометрическое определение суммы антоцианов в цветках василька синего // Фармация. 1987. Т. 36. С. 28-29.

20. Beauchamp C., Fridovich J. Superoxide Dismutase: Improved Assays and an Assay Applicable to Acrylamide Gels // Anal. Biochem. 1971. Vol. 44. P. 276-287.

21. Khan N.A., Singh S., Nazar R. Activities of antioxidative enzymes, sulphur assimilation, photosynthetic activity and growth of wheat (Triticum aestivum) cultivars differing in yield potential under cadmium stress // Journal of Agronomy and Crop Science. 2007. Vol. 193(6). P. 435-444.

22. Ильин И.Б. Тяжелые металлы в системе почва - растение. Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1991. 151 с.


Для цитирования:


Широких И.Г., Шуплецова О.Н., Товстик Е.В., Огородникова С.Ю., Назарова Я.И., Березин Г.И. Комплексная оценка растений ячменя, полученных путем клеточной селекции на устойчивость к кадмию. Аграрная наука Евро-Северо-Востока. 2018;65(4):19-29. https://doi.org/10.30766/2072-9081.2018.65.4.19-29

For citation:


Shirokikh I.G., Shupletsova O.N., Tovstik E.V., Ogorodnikova S.Yu., Nazarova Y.I., Berezin G.I. Сomprehensive assessment of barley plants regenerated from resistant to cadmium callus lines. Agricultural Science Euro-North-East. 2018;65(4):19-29. (In Russ.) https://doi.org/10.30766/2072-9081.2018.65.4.19-29

Просмотров: 151


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2072-9081 (Print)
ISSN 2500-1396 (Online)