Вплив умов культивування in vitro та ex vitro на вміст вільного пролін у рослинах деяких видів роду Gentiana L.

  • Л. Р. Грицак Тернопільський національний педагогічний університет імені Володимира Гнатюка, Україна, 47027, м. Тернопіль, вул. М. Кривоноса, 2
  • Н. В. Нужина Київський національний університет імені Тараса Шевченка, ННЦ "Інститут біології та медицини", Україна , 03022, м. Київ, проспект Академіка Глушкова 2
  • Н. М. Дробик Тернопільський національний педагогічний університет імені Володимира Гнатюка, Україна, 47027, м. Тернопіль, вул. М. Кривоноса, 2
DOI: https://doi.org/10.7124/FEEO.v30.1461
Ключові слова: Gentiana L., рослини in vitro, рослини ex vitro, вільний пролін, світлові умови культивування

Анотація

Мета. Встановлення залежності концентрацій вільного проліну у тканинах рослин in vitro та ex vitro високогірних видів Gentiana lutea L., Gentiana punctata L., Gentiana acaulis L. від світлових умов культивування та джерела карбону у живильному середовищі; аналіз доцільності використання амінокислоти пролін як біохімічного маркеру формування фізіологічної адаптації біотехнологічних рослин цих видів до водного дефіциту в умовах in vitro та ex vitro. Методи. Методи культивування рослин in vitro та ex vitro, метод визначення вільного проліну у вегетативних органах рослин за використання нінгідрину. Результати. Показано, що в умовах in vitro вміст вільного проліну у рослинах залежить від світлового режиму їх культивування  та джерела карбону у складі живильного середовища. Підвищення інтенсивності світлового потоку в області фотосинтетично активної радіації (ФАР) з 85 Вт/м2 до 100 Вт/м2 і частки хвиль червоного діапазону в 1,92 раза у спектральному складі світла 2.1 варіанту (інтенсивність світлового потоку в області ФАР 100 Вт/м2, співвідношення хвиль синього (Ес) : зеленого (Ез) : червоного (Еч) діапазонів = 25 % : 27 % : 48 %) зумовлює збільшення вмісту вільного проліну на 11,5–37,1 % у рослинах in vitro, які культивують на живильних середовищах, доповнених сахарозою. Заміна сахарози у середовищі на маніт супроводжується зростанням концентрації проліну в рослинах досліджених видів у 1,64–1,84 раза за світлових умов 1.1 варіанту (85 Вт/м2, спектральний склад Ес : Ез : Еч = 25 % : 27 % : 48 %= 33 % : 42 % : 25 %) та в 1,3–2,57 раза за 2.1 варіанту світлового режиму культивування. Аналіз параметрів водного балансу рослин in vitro, які культивували на маніті за світлових умов 2.1 варіанту, та рослин з природних умов росту не виявив значних відмінностей у показниках інтенсивності транспірації, водного дефіциту, загального вмісту вологи. Процес адаптації рослин in vitro до умов ex vitro супроводжується зміною вмісту проліну у листках залежно від дефіциту води у субстраті та світлових умов вирощування. Висновки. Отримані результати вказують на доцільність використання вмісту вільного проліну як біохімічного маркера оцінки адаптивного потенціалу рослин в умовах in vitro та ex vitro.

Посилання

Mathur A., Mathur A. K., Verma P. Biological hardening and genetic fidelity testing of microcloned progeny of Chlorophytum borivilianum. African Journal of Biotechnology. 2008. Vol. 7 (8). P. 1046–1053. URL: http://www.academicjournals.org/AJB.

Isah T. Adjustments to in vitro culture conditions and associated anomalies in plants. Acta biologica Cracoviensia. Series Botanica. 2015. Vol. 57/2. P. 9–28. doi: 10.1515/abcsb-2015-0026.

Sergieyeva L.Ye., Bronnikova L.I. Transformation proline in winter wheat shoots, obtained after genetic. Bìorìznomanìttâ, ekologìâ ta eksperimentalʹna bìologìâ. 2020. Vol. 22, No.1. P. 108–116 [in Ukrainian].

Hayat S., Hayat Q., Alyemeni M. N., Wani A. S., Pichtel J., Ahmad A. Role of proline under changing environments. Plant Signaling & Behavior. 2012. Vol. 7, No. 11. Р. 1456–1466. doі: 10.4161/psb.21949.

Phang J. M., Liu W., Zabirnyk O. Proline metabolism and microenvironmental stress. Annual Review of Nutrition. 2010. Vol. 30. P. 441–463. doi: 10.1146/annurev.nutr.012809.104638.

Kavi Kishor P. B., Hima Kumari P., Sunita M. S, Sreenivasulu N. Role of proline in cell wall synthesis and plant development and its implications in plant ontogeny. Front Plant Sci. 2015. Vol. 6. 544. doi: 10.3389/fpls.2015.00544.

Hosseinifard M., Stefaniak S., Ghorbani J. M., Soltani E., Wojtyla Ł., Garnczarska M. Contribution of exogenous proline to abiotic stresses tolerance in plants: A Review. International Journal of Molecular Sciences. 2022. Vol. 23, No. 9. 5186. doi: 10.3390/ijms23095186

Dovgajuk-Semenuk M. V., Velychko O. І., Terek O. І. The content of free amino acids in the red clover plants under the influ-ence of oil polluted soil. Studia Biologica. 2016. Vol. 10, No.2. P. 115–122 [in Ukrainian].

Komisarenko A. G., Mykhalskaya S. I. The free proline levels in transgenic sunflower (Helianthus annuus L.) T3 plants with double-stranded proline dehydrogenase gene RNA-suppressor. Factors in Experimental Evolution of Organisms. 2017. Vol. 20. P. 211–214 [in Ukrainian]. doi: 10.7124/FEEO.v20.766.

Singh A., Sengar K., Sharma M. K., Sengar R.S., Garg S. K. Proline metabolism as sensors of abiotic stress in sugarcane // Biotechnology to Enhance Sugarcane Productivity and Stress Tolerance / ed by Sengar K. Boca Raton : CRC Press, 2018. doi: 10.1201/9781315152776.

Lédo A. S., Moura C. R. F., Machado C. A. et al. Mannitol for coconut ex situ conservation by minimum growth. Pesquisa Agropecuária Brasileira. 2014. Vol. 49, № 2. P. 148–151. doi: 10.1590/S0100-204X2014000200010.

Dragolova D., Stefanova M., Dimitrova M, Koleva D., Zhiponova M., Kapchina-Toteva V. In vitro cultivation and ex vitro adaptation of Nepeta nuda ssp. nuda – correlation between regeneration potential, leaf anatomy, and plastid pigments. Bulgarian Journal of Agricultural Science. 2015. Vol. 21, № 5. P. 1027–1032.