AGRIS - 

2021

Чумикина, Людмила Васильевна | Арабова, Лидия Ивановна | Колпакова, Валентина Васильевна | Топунов, Алексей Федорович

Растения испытывают различные биотические и абиотические стрессы, которые вызывают потери урожая во всем мире. Предотвращение потерь урожая под действием этих факторов приобретает особое значение. Для этого важно понимать механизмы как подавления, так и стимулирования прорастания семян и разработать технологии контроля покоя и развития семян, чтобы избежать нежелательного прорастания в колосьях. Технологии генного переключения могут быть использованы для решения этой и аналогичных проблем в развитии семян. Недавние исследования показали, что классические фитогормоны – ауксины, цитокинины, абсцизовая кислота, этилен, гиббереллины контролируют все этапы онтогенеза растений. Помимо классических фитогормонов существуют относительно новые – брассиностероиды, жасмонаты, стриголактоны, салицилаты, которые заслуживают рассмотрения в отдельном обзоре. Все вместе эти соединения являются важными объектами метаболической инженерии для получения стрессоустойчивых сельскохозяйственных культур. В данном обзоре мы суммировали роль фитогормонов в развитии растений и устойчивости к абиотическим стрессам. Привели экспериментальные данные по транспорту фитогормонов, взаимодействию между ними, в результате которого активность определенного гормона может быть либо усилена, либо подалена. Мы выделили основные связи фитогормонов с акцентом на реакцию растений на абиотические стрессы и показали, что эффект отдельного гормона зависит от соотношения с другими фитогормонами и метаболитами. Дополнительные исследования в этом направлении помогут объяснить различные реакции на стресс и предоставят инструменты по улучшению устойчивости растений к стрессу. | Plants experience a variety of biotic and abiotic stresses that cause crop losses worldwide. Preventing crop losses due to these factors is of particular importance. For this, it is important to understand the mechanisms of both suppressing and stimulating seed germination and to develop technologies for controlling seed dormancy and development in order to avoid unwanted germination in the ears. Gene switching technologies can be used to address this and similar problems in seed development. Recent studies have shown that classical phytohormones - auxins, cytokinins, abscisic acid, ethylene, gibberellins - control all stages of plant ontogenesis. In addition to the classic phytohormones, there are relatively new ones - brassinosteroids, jasmonates, strigolactones, salicylates, which deserve consideration in a separate review. Together, these compounds are important metabolic engineering targets for the production of stress-resistant crops. In this review, we have summarized the role of phytohormones in plant development and resistance to abiotic stresses. Experimental data were presented on the transport of phytohormones, the interaction between them, as a result of which the activity of a certain hormone can be either enhanced or suppressed. We have identified the main links of phytohormones with an emphasis on the response of plants to abiotic stresses and have shown that the effect of an individual hormone depends on the ratio with other phytohormones and metabolites. Additional research along these lines will help explain different stress responses and provide tools to improve plant stress tolerance.

Show more [+]

Less [-]

Altai State University - Russian Federation

2021

Чумикина, Людмила Васильевна | Арабова, Лидия Ивановна | Колпакова, Валентина Васильевна | Топунов, Алексей Федорович

Plants experience a variety of biotic and abiotic stresses that cause crop losses worldwide. Preventing crop losses due to these factors is of particular importance. For this, it is important to understand the mechanisms of both suppressing and stimulating seed germination and to develop technologies for controlling seed dormancy and development in order to avoid unwanted germination in the ears. Gene switching technologies can be used to address this and similar problems in seed development. Recent studies have shown that classical phytohormones - auxins, cytokinins, abscisic acid, ethylene, gibberellins - control all stages of plant ontogenesis. In addition to the classic phytohormones, there are relatively new ones - brassinosteroids, jasmonates, strigolactones, salicylates, which deserve consideration in a separate review. Together, these compounds are important metabolic engineering targets for the production of stress-resistant crops. In this review, we have summarized the role of phytohormones in plant development and resistance to abiotic stresses. Experimental data were presented on the transport of phytohormones, the interaction between them, as a result of which the activity of a certain hormone can be either enhanced or suppressed. We have identified the main links of phytohormones with an emphasis on the response of plants to abiotic stresses and have shown that the effect of an individual hormone depends on the ratio with other phytohormones and metabolites. Additional research along these lines will help explain different stress responses and provide tools to improve plant stress tolerance. | Растения испытывают различные биотические и абиотические стрессы, которые вызывают потери урожая во всем мире. Предотвращение потерь урожая под действием этих факторов приобретает особое значение. Для этого важно понимать механизмы как подавления, так и стимулирования прорастания семян и разработать технологии контроля покоя и развития семян, чтобы избежать нежелательного прорастания в колосьях. Технологии генного переключения могут быть использованы для решения этой и аналогичных проблем в развитии семян. Недавние исследования показали, что классические фитогормоны – ауксины, цитокинины, абсцизовая кислота, этилен, гиббереллины контролируют все этапы онтогенеза растений. Помимо классических фитогормонов существуют относительно новые – брассиностероиды, жасмонаты, стриголактоны, салицилаты, которые заслуживают рассмотрения в отдельном обзоре. Все вместе эти соединения являются важными объектами метаболической инженерии для получения стрессоустойчивых сельскохозяйственных культур. В данном обзоре мы суммировали роль фитогормонов в развитии растений и устойчивости к абиотическим стрессам. Привели экспериментальные данные по транспорту фитогормонов, взаимодействию между ними, в результате которого активность определенного гормона может быть либо усилена, либо подалена. Мы выделили основные связи фитогормонов с акцентом на реакцию растений на абиотические стрессы и показали, что эффект отдельного гормона зависит от соотношения с другими фитогормонами и метаболитами. Дополнительные исследования в этом направлении помогут объяснить различные реакции на стресс и предоставят инструменты по улучшению устойчивости растений к стрессу.

Show more [+]

Less [-]

Altai State University - Russian Federation

2020

Затонская, Лина Викторовна | Тихомирова, Людмила Ивановна | Козлова, Екатерина Олеговна | Петухов, Виктор Анатольевич

Разработка теоретических основ оптимизации продукционного процесса биологически активных веществ при выращивании лекарственных растений современными методами биотехнологии – одна из главных задач фундаментальных исследований в данной области.Цель данного исследования – изучение содержания и особенности накопления элементов у регенерантов лекарственных растений, выращенных на питательной среде Мурасиге-Скуга с разным содержанием фитогормонов.Растения-регенеранты в культуре in vitro активно накапливают элементы (K, P, Ca, Mg, Na, Zn, Mn, Fe, B, Al, Cu, Pb, Sr, V, Cr, Ag, Mo, Ti, Ni, Co, Se, Cd). Содержание изученных нами микроэлементов Mn, Zn и Cu находилось на уровне нормальных значений для растительности континентов, Fe в регенерантах P. alba – значительно выше. Содержание тяжелых и токсичных металлов Pb, Cd, As, Cr, Ni не превышало нормального уровня в растениях и допустимый уровень для БАД, чая на растительной основе и лекарственного растительного сырья.Отмечена высокая зависимость накопления элементов у растений-регенерантов Iris spuria сорт Art And Soul от содержания гормонов в питательной среде. Представители всех трех групп (макроэлементы, микроэлементы и ультрамикроэлементы) имели сходную кривую диаграммы. Максимальный пик располагался на концентрации 2.5 мкМ БАП с ауксинами, далее коэффициент снижался на 5 мкМ БАП, и следующий более низкий пик наблюдали на 5.0 мкМ БАП+А. Самое низкое значение Кн приходилось на концентрацию 7.5 БАП. Введение ауксинов на данной концентрации БАП стимулировало еще один пик, и далее коэффициент накопления имел тенденцию к росту при концентрации 10.0 мкМ БАП. Выявленная зависимость делает возможным регуляцию и направленное накопление необходимых для исследователя элементов в тканях растений. | Development of theoretical bases of optimization of the production process of biologically active substances in the cultivation of medicinal plants by modern methods of biotechnology is one of the main tasks of fundamental research in this area.The aim of this study was to study the content and features of the accumulation of elements in regenerants of medicinal plants grown on the nutrient medium Murashige-Skoog with different content of phytohormones.Regenerant plants in vitro culture actively accumulate elements (K, P, Ca, Mg, Na, Zn, Mn, Fe, B, Al, Cu, Pb, Sr, V, Cr, Ag, Mo, Ti, Ni, Co , Se, Cd). The content of the trace elements Mn, Zn and Cu that we studied was at the level of normal values for the vegetation of the continents, Fe in P. alba regenerants – much higher. The content of heavy and toxic metals Pb, Cd, As, Cr, Ni did not exceed the normal level in plants and the acceptable level for dietary supplements, plant-based tea, and medicinal plant materials.The high dependence of the accumulation of elements in plants-regenerants Iris spuria Art And Soul variety on the content of hormones in the nutrient medium was noted. Representatives of all three groups (macronutrients, trace elements and ultramicroelements) had a similar curve diagram. The maximum peak was located at a concentration of 2.5 µm BAP with auxins, then the coefficient decreased by 5 µm BAP, and the next lower peak was observed at 5.0 µm BAP+A. the Lowest value of KN was at a concentration of 7.5 µm BAP. The introduction of auxins at this BAP concentration stimulated another peak, and then the accumulation coefficient tended to increase at a concentration of 10.0 µm BAP. The revealed dependence makes possible the regulation and directed accumulation of elements necessary for the researcher in plant tissues.

Show more [+]

Less [-]

Altai State University - Russian Federation

2020

Затонская, Лина Викторовна | Тихомирова, Людмила Ивановна | Козлова, Екатерина Олеговна | Петухов, Виктор Анатольевич

Development of theoretical bases of optimization of the production process of biologically active substances in the cultivation of medicinal plants by modern methods of biotechnology is one of the main tasks of fundamental research in this area. The aim of this study was to study the content and features of the accumulation of elements in regenerants of medicinal plants grown on the nutrient medium Murashige-Skoog with different content of phytohormones. Regenerant plants in vitro culture actively accumulate elements (K, P, Ca, Mg, Na, Zn, Mn, Fe, B, Al, Cu, Pb, Sr, V, Cr, Ag, Mo, Ti, Ni, Co , Se, Cd). The content of the trace elements Mn, Zn and Cu that we studied was at the level of normal values for the vegetation of the continents, Fe in P. alba regenerants – much higher. The content of heavy and toxic metals Pb, Cd, As, Cr, Ni did not exceed the normal level in plants and the acceptable level for dietary supplements, plant-based tea, and medicinal plant materials. The high dependence of the accumulation of elements in plants-regenerants Iris spuria Art And Soul variety on the content of hormones in the nutrient medium was noted. Representatives of all three groups (macronutrients, trace elements and ultramicroelements) had a similar curve diagram. The maximum peak was located at a concentration of 2.5 µm BAP with auxins, then the coefficient decreased by 5 µm BAP, and the next lower peak was observed at 5.0 µm BAP+A. the Lowest value of KN was at a concentration of 7.5 µm BAP. The introduction of auxins at this BAP concentration stimulated another peak, and then the accumulation coefficient tended to increase at a concentration of 10.0 µm BAP. The revealed dependence makes possible the regulation and directed accumulation of elements necessary for the researcher in plant tissues. | Разработка теоретических основ оптимизации продукционного процесса биологически активных веществ при выращивании лекарственных растений современными методами биотехнологии – одна из главных задач фундаментальных исследований в данной области. Цель данного исследования – изучение содержания и особенности накопления элементов у регенерантов лекарственных растений, выращенных на питательной среде Мурасиге-Скуга с разным содержанием фитогормонов. Растения-регенеранты в культуре in vitro активно накапливают элементы (K, P, Ca, Mg, Na, Zn, Mn, Fe, B, Al, Cu, Pb, Sr, V, Cr, Ag, Mo, Ti, Ni, Co, Se, Cd). Содержание изученных нами микроэлементов Mn, Zn и Cu находилось на уровне нормальных значений для растительности континентов, Fe в регенерантах P. alba – значительно выше. Содержание тяжелых и токсичных металлов Pb, Cd, As, Cr, Ni не превышало нормального уровня в растениях и допустимый уровень для БАД, чая на растительной основе и лекарственного растительного сырья. Отмечена высокая зависимость накопления элементов у растений-регенерантов Iris spuria сорт Art And Soul от содержания гормонов в питательной среде. Представители всех трех групп (макроэлементы, микроэлементы и ультрамикроэлементы) имели сходную кривую диаграммы. Максимальный пик располагался на концентрации 2.5 мкМ БАП с ауксинами, далее коэффициент снижался на 5 мкМ БАП, и следующий более низкий пик наблюдали на 5.0 мкМ БАП+А. Самое низкое значение Кн приходилось на концентрацию 7.5 БАП. Введение ауксинов на данной концентрации БАП стимулировало еще один пик, и далее коэффициент накопления имел тенденцию к росту при концентрации 10.0 мкМ БАП. Выявленная зависимость делает возможным регуляцию и направленное накопление необходимых для исследователя элементов в тканях растений.

Show more [+]

Less [-]

Altai State University - Russian Federation

2017

Sereda, M. M. | Lutsenko, E. V. | Vereshchagina, A. V.

This study was aimed to develop an efficiently repetitive protocol for micropropagation of Magnolia × soulangeana using shoot meristem. The effective scheme of bud surface sterilization was found. In our opinion the best sterilizing agent was thimerosal in concentration of 0,1 %. After growing in vitro cultures on different combinations of hormones, mediums supplemented with BAP, IAA, NAA, IBA were found to be most efficient and productive combination for shoot proliferation. MS medium with half salt composition showed itself as the most effective composition for shoot initiation in vitro. The most adequate for shoot multiplication was QL medium with adding BAP (1 mg/l). The proliferated shoots were transferred to different root induction media, which resultantly showed that WPM media supplemented with NAA (0.5 mg/l) was the most efficient root inducing media. Rooted plants were adapted to the green house conditions. For these purposes we used substrate consisted of turf, soil and sand in equal parts. Finally, these plants were successfully established in soil. | Исследование проведено с целью разработки эффективного протокола для микроклонального размножения Magnolia×soulangeanaSoul.-Bod. (магнолии Суланжа) из пазушных почек. Найдена эффективная схема поверхностной стерилизации почек. Наилучшим стерилизующим раствором оказался тимеразол (мертиолят) в 0,1%-й концентрации. В культуре in vitro было испытано несколько вариантов питательных сред с различным сочетанием фитогормонов. В итоге была выявлена наиболее подходящая схема размножения. Наиболее эффективным составом для инициации побегов in vitro оказалась среда MSc половинным составом солей. Для мультипликации побегов наиболее подходящей оказалась среда QL с добавлением BAP (1 мг/л). Для стимуляции корнеобразования мериклоны переносили на среду WPM с добавлением НУК (0,5 мг/л). Укоренившиеся побеги адаптировали к тепличным условиям. Для этого использовали субстрат в виде смеси торфа, земли и песка в равных пропорциях. Адаптированные растения высаживали в открытый грунт.

Show more [+]

Less [-]

Altai State University - Russian Federation