OPTIMIZATION OF HORMONE COMPOSITION OF NUTRIENT MEDIUM FOR IN VITRO EFFICIENT REGENERATION OF BREAD WHEAT

E. D. Nikitina, V. N. Mukhin, L. P. Khlebova, A. V. Matsyura, O. V. Bychkova

Abstract


Optimal values of phytohormones in the differential nutrient medium providing the efficient realization of morphogenetic potencies of four spring bread wheat varieties (Skala, Spectr, Zarnitsa and Zhnitsa) from immature embryo cultures have been determined. For callus induction explants 1.5 – 1.7 mmin size were used, which were subsequently passed to the medium by Linsmaier&Skoog possessing 0.8 % of agar, 3 % of sucrose and 2.0 mg l-1 dichlorophenoxyacetic acid (2,4-D). Cell cultures were incubated in darkness at the temperature 26±1 °С. 30 – 35 days after in accordance with the scheme of complete factorial experiment of 32 type calli were passed to differential medium supplemented with 2,4-D at levels 0.5; 2.5; 4.0 mg l-1 and with kinetin (6-furfurylaminopurine) at levels 0.5; 2.25 and 4.0 mg l-1. Number of replications for each of 9 variants was four. As a result, 20 mathematic models (4 varieties × 5 stages of regeneration) designed as polynomial quadric equation were obtained. On the ground of the analysis of models it was established that optimal values for factors are not equal both for cultures of genotypes analyzed and for different regeneration stages. For callus tissues of Skala and Spectr an optimal value of kinetin for all regeneration stages was 0.5 mg l-1 except for the frequency of morphogenesis. Optimal values of 2,4-D for the same varieties were within 2.3 – 3.2 mg l-1. For cell cultures of Zarnitsa and Zhnitsa recommended concentration intervals made up 1.3 – 2.2 mg l-1 on kinetin except for the frequency of rhizogenesis, and 1.9 – 2.7 on 2,4-D. The level of exogenous phytohormones necessary for stem differentiation was lower than the one for root formation. The dependence of morphogenesis results on the hormonal status of the explant has been discussed.

 


Keywords


bread wheat; immature embryo cultures; differential nutrient medium; morphogenesis; rhizogenesis; plant regeneration; growth regulators; complete factorial experiment of 32 type.

Full Text:

PDF

References


Авксентьева, О.О., Петренко, В.А. (2009). Роль генотипа, состава среды и типа экспланта в формировании первичного каллюса изогенных линии пшеницы. Вестник Харьковского национального университета имени В.Н. Карамзина. Серия Биология, 9(856), 56–62.

Андреев, И.О., Спиридонова, Е.В., Майданюк, Д.Н., Кунах, В.А. (2009). Генетические эффекты культивирования in vitro тканей кукурузы. Физиология и биохимия культ. растении, 41(6), 487–495.

Вечернина, Н.А., Таварткиладзе, О.К. (2014). Методы биотехнологии в селекции, размножении и сохранении генофонда растении. Барнаул: Издательство АлтГУ.

Григорьева, Л.П., Шлецер, И.А. (2006). Скрининг сортов пшеницы по способности к морфогенезу в культуре незрелых зародышей in vitro. Известия Алтайского государственного университета, 3, 64–66.

Долгих, Ю.И., Пустовоитова, Т.Н., Жданова, Н.Е., Осипова, Е.А. (2003). Содержание эндогенных гормонов в тканях кукурузы, способных и неспособных к морфогенезу in vitro. Физиология растении – основа фитобиотехнологии: Материалы ИИ Международной конференции. Пенза.

Ерещенко, О.В., Никитина, Е.Д., Хлебова, Л.П. (2014). Оценка эффективности различных схем клеточной селекции яровой пшеницы на устойчивость к осмотическим стрессам. Технологии и оборудование химической, биотехнологической и пищевой промышленности: материалы ВИИ Всероссийской научно–практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых с международным участием. 220–224.

Жумабаева, Б.А. (2008). Каллусогенез и регенерация растении сорта

пшеницы Казахстанская 126. Вестник КазНУ, 1(36), 98.

Зайнутдинова, Е.М. (2005). Эмбриоидогенез видов рода Triticum aestivum в каллусной культуре in vitro. Дисс. к.б.н. Уфа.

Катасонова, А.А., Шаяхметов, И.Ф., Круглова, Н.Н. (2006). Этапы биотехнологии получения растении–регенерантов яровой мягкой пшеницы путем эмбриоидогенеза в каллусной культуре in vitro. Известия Челябинского научного центра, 2(32), 78–82.

Копертех, Л.Г., Бутенко, Р.Г. (1995). Нативные фитогормоны экспланта и морфогенез пшеницы in vitro. Физиология растении, 42(4), 555–558.

Круглова, Н.Н., Катасонова, А.А. (2009). Незрелый зародыш пшеницы как морфогенетический компетентный эксплант. Физиология и биохимия растении, 41(2), 124–131.

Лысенков, А.Н. (1979). Математические методы планирования многофакторных медико–биологических экспериментов. М.: Медицина.

Никитина, Е.Д. (2004). Роль генотипа в реализации морфогенетических процессов в культуре незрелых зародышей у Triticum aestivum L. Сибирский вестник сельскохозяйственной науки, 2(152), 32–34.

Никитина, Е.Д., Хлебова, Л.П. (2014). Влияние температуры и освещения на прямое прорастание незрелых зародышей Triticum aestivum L. в культуре in vitro. Известия Алтайского государственного университета, 3/1(83), 46–50.

Никитина, Е.Д., Хлебова, Л.П. (2015). Особенности морфогенеза яровой мягкой пшеницы в культуре in vitro в зависимости от условий произрастания. Ульяновский медико–биологический журнал, 2, 125–131.

Сидор, Л.С., Орлов, П.А. (2005). Регенерационный потенциал различных видов пшеницы, ржи и ячменя в культуре листовых эксплантов. Цитология и генетика, 39(5), 28–34.

Третьякова, И.Н., Иваницкая, А.С. (2008). Гормональная регуляция морфогенеза при образовании эмбриогенного каллуса и соматических зародышей у сибирских видов хвойных. Биология клеток растений in vitro и биотехнология: Тезисы ИХ Международной конференции. Москва: ИД ФБК–ПРЕСС.

Фаизиева, С.А. (2009). Регенерационная активность разных генотипов пшеницы и эгилопса в культуре in vitro. Дисс. к.б.н. Душанбе.

Фоменко, Т.И., Бердичевец, Л.Г., Малюш, М.К., Чумакова, И.М. (2001). Влияние эндогенного и экзогенного действия гормонов на процесс каллусообразования и морфогенез у табака. Клеточные ядра растении. Экспрессия и реконструкция: Материалы I Региональной научной конференции. Минск.

Хмара, К.А. (2011). Динамика содержания фитогормонов в каллусной ткани при индукции органогенеза in vitro зародышей Picea abies L. Karst. Труды КарНЦ РАН, 3, 131–136.

Хмара, К.А. (2015). Содержание фитогормонов в каллусной ткани при индукции соматического эмбриогенеза у зародышей ели обыкновенной (Picea abies L. Karst.). Труды КарНЦ РАН, 12, 142–148.

Evans, D., Sharp, W., Flick, C. (1981). Growth and behavior of cell cultures: embryogenesis and organogenesis. Plant tissue culture, methods and applications in agriculture. New York. London.

Gupta, S., Rashobte, A.M. (2012). Down–stream components of cytokinin signaling in plant and the role of cytokinin throughout the plant. Plant Cell Rep., 31(5), 801–812.

Linsmaier, E., Skoog, F. (1965). Organic growth factor regularments of tobacco tissue culture. Physiol. Plant, 18(1), 100–127.

Mokhtari, A., Alizadeh, H., Samadi, B., Omidi, M., Moeini, Z. (2013). Effect of plant growth regulators on direct shoot regeneration of wheat immature embryonic explants. Journal of Agricultural Engineering and Biotechnology, 1(3), 74–80.

Ozias–Akins, P., Vasil, I.K. (1982). Plant regeneration from cultured immature embryos and inflorescences of Triticum aestivum (wheat): Evidence for somatic embryogenesis. Protoplasma, 11(2), 95–105.

Pellegrineschi, A., Brito, R.M., McLean, S., Hoisington, D. (2004). Effect of 2,4–dichlorphenoxyacetic acid and NaCl on the establishment of callus and plant regeneration in durum and bread wheat. Plant Cell, Tissue, Organ Cult., 77(3), 245–250.

Przetakiewicz, A., Orczyk, W., Nadolska–Orczyk, A. (2003). The effect of auxin on plant regeneration of wheat, barley and triticale. Plant Cell, Tissue and Organ Culture, 73, 245–256.

Rai, M.K., Shekhawat, N.S., Harish, Gupta, A.K., Phulwaria, M., Ram, K., Jaiswal, U. (2011). The role of abscisic acid in plant tissue culture: a review of recent progress. Plant cell, tissue and organ culture, 106(2), 179–190.

Skoog, F., Miller, C.O. (1957). Chemical regulation of growth and organ formation in plant tissues cultured in vitro. Proceed. Sympos. Soc. Exp. Biol., 11(2), 118–131.

Wang, C., Wei, Z. (2004). Embryogenesis and regeneration of green plantlets from wheat (Triticum aestivum L.) leafbase. Plant Cell, Tissue and Organ Culture, 77(2), 149–153.

REFERENCES

Andreev, I.O., Spiridonova, E.V., Maidanyuk, D.N., Kunah, V.A. (2009). Geneticheskie effekty kul'tivirovaniya in vitro tkanei kukuruzy. Fiziologiya i biohimiya kul't. rastenii, 41(6), 487–495 (in Russian)

Avksent'eva, O.O., Petrenko, V.A. (2009). Rol' genotipa, sostava sredy i tipa eksplanta v formirovanii pervichnogo kallyusa izogennyh linii pshenicy. Visnik Har'kivs'kogo nacional'nogo universitetu imeni V.N. Karamzina. Seriya Biologiya, 9(856), 56–62 (in Russian).

Dolgih, Yu.I., Pustovoitova, T.N., Zhdanova, N.E., Osipova, E.A. (2003). Soderzhanie endogennyh gormonov v tkanyah kukuruzy, sposobnyh i nesposobnyh k morfogenezu in vitro. Fiziologiya rastenii – osnova fitobiotehnologii: Materialy II Mezhdunarodnoi konferencii. Penza (in Russian).

Ereshenko, O.V., Nikitina, E.D., Hlebova, L.P. (2014). Ocenka effektivnosti razlichnyh shem kletochnoi selekcii yarovoi pshenicy na ustoichivost' k osmoticheskim stressam. Tehnologii i oborudovanie himicheskoi, biotehnologicheskoi i pishevoi promyshlennosti: materialy VII Vserossiiskoi nauchno–prakticheskoi konferencii studentov, aspirantov i molodyh uchenyh s mezhdunarodnym uchastiem. 220–224 (in Russian).

Evans, D., Sharp, W., Flick, C. (1981). Growth and behavior of cell cultures: embryogenesis and organogenesis. Plant tissue culture, methods and applications in agriculture. New York. London.

Faizieva, S.A. (2009). Regeneracionnaya aktivnost' raznyh genotipov pshenicy i egilopsa v kul'ture in vitro. Thesis of Doctoral Dissertation. Dushanbe (in Russian).

Fomenko, T.I., Berdichevec, L.G., Malyush, M.K., Chumakova, I.M. (2001). Vliyanie endogennogo i ekzogennogo deistviya gormonov na process kallusoobrazovaniya i morfogenez u tabaka. Kletochnye yadra rastenii. Ekspressiya i rekonstrukciya: Materialy I Regional'noi nauchnoi konferencii. Minsk (in Russian).

Grigor'eva, L.P., Shlecer, I.A. (2006). Skrining sortov pshenicy po sposobnosti k morfogenezu v kul'ture nezrelyh zarodyshei invitro. Izvestiya Altaiskogo gosudarstvennogo universiteta, 3, 64–66 (in Russian).

Gupta, S., Rashobte, A.M. (2012). Down–stream components of cytokinin signaling in plant and the role of cytokinin throughout the plant. Plant Cell Rep., 31(5), 801–812.

Hmara, K.A. (2011). Dinamika soderzhaniya fitogormonov v kallusnoi tkani pri indukcii organogeneza in vitro zarodyshei Picea abies L. Karst. Trudy KarNC RAN, 3, 131–136 (in Russian).

Hmara, K.A. (2015). Soderzhanie fitogormonov v kallusnoi tkani pri indukcii somaticheskogo embriogeneza u zarodyshei eli obyknovennoi (Picea abies L. Karst.). Trudy KarNC RAN, 12, 142–148 (in Russian).

Katasonova, A.A., Shayahmetov, I.F., Kruglova, N.N. (2006). Etapy biotehnologii polucheniya rastenii–regenerantov yarovoi myagkoi pshenicy putem embrioidogeneza v kallusnoi kul'ture in vitro. Izvestiya Chelyabinskogo nauchnogo centra, 2(32), 78–82 (in Russian).

Koperteh, L.G., Butenko, R.G. (1995). Nativnye fitogormony eksplanta i morfogenez pshenicy in vitro. Fiziologiya rastenii, 42(4), 555–558 (in Russian).

Kruglova, N.N., Katasonova, A.A. (2009). Nezrelyi zarodysh pshenicy kak morfogeneticheskii kompetentnyi eksplant. Fiziologiya i biohimiya rastenii, 41(2), 124–131 (in Russian).

Linsmaier, E., Skoog, F. (1965). Organic growth factor regularments of tobacco tissue culture. Physiol. Plant, 18(1), 100–127.

Lisenkov, A.N. (1979). Matematicheskie metody planirovaniya mnogofaktornyh mediko–biologicheskih eksperimentov. Moscow: Medicina (in Russian).

Mokhtari, A., Alizadeh, H., Samadi, B., Omidi, M., Moeini, Z. (2013). Effect of plant growth regulators on direct shoot regeneration of wheat immature embryonic explants. Journal of Agricultural Engineering and Biotechnology, 1(3), 74–80.

Nikitina, E.D. (2004). Rol' genotipa v realizacii morfogeneticheskih processov v kul'ture nezrelyh zarodyshei u Triticum aestivum L. Sibirskii vestnik sel'skohozyaistvennoi nauki, 2(152), 32–34 (in Russian).

Nikitina, E.D., Hlebova, L.P. (2015). Osobennosti morfogeneza yarovoi myagkoi pshenicy v kul'ture in vitro v zavisimosti ot uslovii proizrastaniya. Ul'yanovskii mediko–biologicheskii zhurnal, 2, 125–131 (in Russian).

Nikitina, E.D., Hlebova, L.P. (2014). Vliyanie temperatury i osvesheniya na pryamoe prorastanie nezrelyh zarodyshei Triticum aestivum L. v kul'ture in vitro. Izvestiya Altaiskogo gosudarstvennogo universiteta, 3/1(83), 46–50 (in Russian).

Ozias–Akins, P., Vasil, I.K. (1982). Plant regeneration from cultured immature embryos and inflorescences of Triticum aestivum (wheat): Evidence for somatic embryogenesis. Protoplasma, 11(2), 95–105.

Pellegrineschi, A., Brito, R.M., McLean, S., Hoisington, D. (2004). Effect of 2,4–dichlorphenoxyacetic acid and NaCl on the establishment of callus and plant regeneration in durum and bread wheat. Plant Cell, Tissue, Organ Cult., 77(3), 245–250.

Przetakiewicz, A., Orczyk, W., Nadolska–Orczyk, A. (2003). The effect of auxin on plant regeneration of wheat, barley and triticale. Plant Cell, Tissue and Organ Culture, 73, 245–256.

Rai, M.K., Shekhawat, N.S., Harish, Gupta, A.K., Phulwaria, M., Ram, K., Jaiswal, U. (2011). The role of abscisic acid in plant tissue culture: a review of recent progress. Plant cell, tissue and organ culture, 106(2), 179–190.

Sidor, L.S., Orlov, P.A. (2005). Regeneracionnyi potencial razlichnyh vidov pshenicy, rzhi i yachmenya v kul'ture listovyh eksplantov. Citologiya i genetika, 39(5), 28–34 (in Russian).

Skoog, F., Miller, C.O. (1957). Chemical regulation of growth and organ formation in plant tissues cultured in vitro. Proceed. Sympos. Soc. Exp. Biol., 11(2), 118–131.

Tret'yakova, I.N., Ivanickaya, A.S. (2008). Gormonal'naya regulyaciya morfogeneza pri obrazovanii embriogennogo kallusa i somaticheskih zarodyshei u sibirskih vidov hvoinyh. Biologiya kletok rastenii in vitro i biotehnologiya: Tezisy IX Mezhdunarodnoi konferencii. Moscow: ID FBK–PRESS (in Russian).

Vechernina, N.A., Tavartkiladze, O.K. (2014). Metody biotehnologii v selekcii, razmnozhenii i sohranenii genofonda rastenii. Barnaul: Izdatelstvo AltGU (in Russian).

Wang, C., Wei, Z. (2004). Embryogenesis and regeneration of green plantlets from wheat (Triticum aestivum L.) leafbase. Plant Cell, Tissue and Organ Culture, 77(2), 149–153.

Zainutdinova, E.M. (2005). Embrioidogenez vidov roda Triticum aestivum v kallusnoi kul'ture in vitro. Thesis of Doctoral Dissertation. Ufa. (in Russian).

Zhumabaeva, B.A. (2008). Kallusogenez i regeneraciya rastenii sorta pshenicy Kazahstanskaya 126. Vestnik KazNU, 1(36), 98 (in Russian).




DOI: http://dx.doi.org/10.15421/201660

Article Metrics

Metrics Loading ...

Metrics powered by PLOS ALM

Refbacks

  • There are currently no refbacks.




Since April 2018 Journal changed the editorial policy and starts to be published exclusively in English, and changed its main site into www.ujecology.com

 

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

© 2017 Ukrainian Journal of Ecology. ISSN 2520-2138