Process of production Аgrostis stolonifera l. plants, resistant to high concentrations of lead via cell engineering



Cite item

Full Text

Abstract

The technology of production Agrostis stolonifera lawn grass resistant to salts of lead was developed. For the production of plants tolerant to lead the direct selection circuit was used. This circuit compromises culturing the callus over two passages in the modified MS medium with 650 mg/l of lead, regeneration and rooting plants on MS medium with 650 mg/l of lead. The obtained plants remained high decorative quality at high concentrations of lead and may be used as starting shapes upon receipt of varieties tolerant to this metal.

Full Text

В почвах городских экосистем содержится значительное количество тяжелых металлов, сопоставимое с содержанием их в естественных геохимических аномалиях либо даже превосходящее его. Растения, произрастающие на почвах, загрязненных тяжелыми металлами, плохо адаптируются к ним [1 - 2]. Негативное влияние тяжелых металлов на растения зависит от многих факторов: - чувствительность вида, генотипа; - концентрации металлов и их токсичности; - почвенных условий; - действия различных экологических факторов [3 - 8]. Существенное различие в чувствительности может наблюдаться не только у видов, но и у сортов, например сорта земляники обладают существенно разной металлоустойчивостью [4]. Ионы тяжелых металлов могут повышать чувствительность растений к экологическим факторам, например свинец может уменьшать область толерантности к температурным условиям [9]. Среди основных аспектов экологического риска от поглощения большого количества тяжелых металлов растениями - это потеря растительного покрова как результат фитотоксичности [6], что может происходить при сверхвысоких концентрациях тяжелых металлов в почве. Свинец - один из приоритетных загрязнителей почвенного покрова городов среди тяжелых металлов. Свинец малоподвижный тяжелый металл, однако при определенных условиях (кислая реакция среды, низкое содержание органического вещества, высокий уровень загрязнения) он переходит в состояние, доступное для растений [2]. Наиболее подвержены загрязнению свинцом пригороды, окрестности промышленных предприятий, придорожные полосы. Очаги загрязнения имеются в окрестностях практически всех городов. Внешние симптомы негативного действия свинца - хлороз листьев, уменьшение листовой поверхности, торможение роста. Толерантность растений к избытку свинца существенно различается, поэтому симптомы токсичности у различных культур могут возникнуть при разном валовом содержании свинца в почве - от 100 до 500 мг/кг [2], газонные травы чувствительны к действию высоких концентраций свинца в почвенном покрове. Таким образом, обладая средним уровнем фитотоксичности, свинец оказывает неблагоприятное воздействие на растения. Один из возможных способов решения этой проблемы - создание растений, толерантных к этому металлу. Технологии клеточной селекции хорошо зарекомендовали себя при получении растений толерантных к различным экологическим стрессовым факторам, разработаны технологии для газонных трав [10 - 14]. Однако практически нет работ по получению устойчивых к свинцу растений с помощью клеточной селекции. Цель работы - получение растений газонной травы Agrostis stolonifera, устойчивых к свинцу. Объекты и методы Объектом нашего исследования была газонная трава - полевица побегоносная (Agrostis stolonifera L.). Первичный каллус массой 15 - 20 мг высаживали на селективную среду МС, содержащую Pb(NO3)2. После культивирования в течение 1 месяца отбирали светлые экспланты, увеличившиеся в размере. Культивирование отобранных каллусов во 2 пассаже проводили при тех же условиях, что и в первом пассаже. Затем проводили регенерацию растений и укоренение на среде МС с токсикантом. При добавлении меди в твердую питательную среду среда не застывала, поэтому в чашки Петри помещалась фильтровальная бумага на вате, которая была смочена жидкой питательной средой. Стандартное отклонение рассчитывали с помощью программы Microsoft Office Excel 2003 . Результаты и обсуждение Каллусы полевицы побегоносной были относительно толерантны к свинцу. Добавление 650 мг/л свинца (в пересчете на чистый металл) вызывало снижение роста тканей в 2 раза (см. рисунок 1), однако жизнеспособность сохраняло большинство каллусов. Рисунок 1. Влияние свинца на рост и гибель каллусов полевицы Концентрация свинца - 1600 мг/л являлась летальной. Интенсивность роста отдельных каллусов различалась в полтора - два раза. Часть каллусов погибала на среде со свинцом, а некоторые сохраняли рост на уровне контроля. В качестве селективных были выбраны концентрации свинца 650 мг/л и 950 мг/л. Для получения толерантных к свинцу растений была использована схема селекции, включающая в себя культивирование каллуса в течение 2 пассажей на модифицированной среде МС с 650 мг/л (или 950 мг/л на всех этапах для создания более жестких условий) свинца, регенерацию и укоренение растений на среде МС при той же концентрации токсиканта. Было получено 56 растений в условиях in vitro (42 - после селекции на среде МС с 650 мг/л свинца, 14 - после селекции на среде МС с 950 мг/л свинца), однако укореняемость в почве растений, полученных после более жестких условий была невысокая. Для проверки устойчивости к высоким концентрациям свинца часть регенерантов после селекции на среде МС с 650 мг/л свинца, и исходные растения были высажены в почву с концентрацией свинца выше порога токсичности (2500 мг/кг). Прирост обычных растений в контроле составлял 10 см, у растений регенерантов - 10,5 см. Большинство регенерантов обладало повышенной устойчивостью к свинцу (прирост 40% растений составлял 10,5 - 10,8 см, прирост остальных, кроме одного, от 9,4 до 11,4 см), только один из регенерантов был неустойчив к свинцу. Прирост исходных растений в почве, содержащей свинец, составлял 4,4 см, у некоторых растений наблюдались обильные пожелтения. Таким образом, большинство исследуемых растений-регенерантов, полученных из устойчивых к ионам свинца клеточных линий, обладало повышенной толерантностью к этому металлу. Полученные с помощью клеточной селекции растения, сохраняли высокие декоративные качества при высоких концентрациях свинца и могут быть использованы в качестве исходных форм при получении сортов толерантных к данному металлу.
×

About the authors

E. A. Gladkov

Moscow State University of Mechanical Engineering (MAMI); TimiryazevInstitute of Plant Physiology of Russian Academy of Science; Bauman Moscow State Technical University

Email: gladkovu@mail.ru
Ph.D.

O. N. Gladkova

Moscow State University of Mechanical Engineering (MAMI)

Email: gladkovu@mail.ru

L. S. Glushetskaya

Moscow State University of Mechanical Engineering (MAMI)

Y. I. Dolgikh

Moscow State University of Mechanical Engineering (MAMI); TimiryazevInstitute of Plant Physiology of Russian Academy of Science

Dr. Sc., Prof.

References

  1. Растения в экстремальных условиях минерального питания //Под ред. М.Я. Школьника, Н.В. Алексеевой-Поповой. -Л.: Наука. Ленингр. отд-ние, 1983, 176 с.
  2. Кабата-Пендиас А., Пендиас X. Микроэлементы в почвах и растениях. -М.: Мир. 1989. 439 с.
  3. Гладков Е.А., Гладкова О.В Оценка комплексной фитотоксичности экологических факторов и получение растений, обладающих комплексной устойчивостью// Вестник Казахского национального университета, серия биологическая, № 3(29), 2006,с. 96 - 101.
  4. Абызов В.В Изучение устойчивости сортов земляники к воздействию солей тяжёлых металлов// Матер. Всерос. науч.-метод. конф., г. Орел, 2008.С.7 - 9.
  5. Пронина Н.Б. Экологические стрессы: причины, классификация, тестирование, физиол.-биохим. механизмы. -М.:МСХА, 2000, 310 с.
  6. McLaughlin M.J., Smolders E., Degryse F., Rietra R. Uptake of metals from soil into vegetables. In Dealing with Contaminated Sites - from Theory to Practical Application. Springer, 2010.
  7. Гладков Е.А., Гладкова О.В. Оценка комплексной фитотоксичности тяжелых металлов и получение растений, обладающих комплексной устойчивостью// Биотехнология, 2007, №1, c.81 - 85.
  8. Ernst W.H.O. Effects of Heavy Metals in Plants at the Cellular and Organismic Level // Ecotoxicology. Ecological Fundamentals, Chemical Exposure and Biological Effects / Ed: Schuurmann G., Markert B. Heidelberg: Wiley Publ. House. 1999. P. 587 - 620.
  9. Духовский П., Юкнис Р., Бразайтите А., Жукаускайте И. Реакция растений на комплексное воздействие природных и антропогенных стрессоров // Физиология растений, 2003, т. 50, №2. С. 165 - 173.
  10. Гладков Е.А., Долгих Ю.И., Гладкова О.В. Получение многолетних трав, устойчивых к хлоридному засолению, с помощью клеточной селекции // Сельскохозяйственная биология, 2014, № 4, с. 106 - 111.
  11. Гладков Е.А., Гладкова О.В. Способ получения толерантных к ионам кадмия однодольных растений in vitro. Патент на изобретение № 23106696. Опубликовано 27.09.2007, бюл.27.
  12. Гладков Е.А., Долгих Ю.И., Бирюков В.В., Гладкова О.В. Клеточная селекция газонных трав, толерантных к ионам меди // Биотехнология, 2006, № 5,С. 63 -66.
  13. Gladkov E.A., Gladkova O.N., Glushetskaya L.S. // Estimation of Heavy Metal Resistance in the Second Generation of Creeping Bentgrass (Agrostis stolonifera) Obtained by Cell Selection for Resistance to These Contaminants and the Ability of This Plant to Accumulate Heavy Metals. Applied Biochemistry and Microbiology, 2011, Vol. 47, No. 8, pp. 776 - 779.
  14. Гладков Е.А., Гладкова О.Н., Глушецкая Л.С. Получение растений устойчивых к ионам тяжелых металлов и возможность их использования для фиторемедиации // Вестник Казахского национального университета, серия биологическая, № 3(29), 2006, с. 101 - 106.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2014 Gladkov E.A., Gladkova O.N., Glushetskaya L.S., Dolgikh Y.I.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies