resarПриродные ресурсы Арктики и СубарктикиArctic and Subarctic Natural Resources2618-97122686-9683Академия наук Республики Саха (Якутия)10.31242/2618-9712-2023-28-3-435-442resar-238Research ArticleБиологические науки. ЭкологияBiological sciences. EcologyРост и развитие микрорастений картофеля in vitro под влиянием метаболитов бактерий, выделенных из многолетнемерзлых породGrowth and development of potato microplants in vitro under the influence of bacterial metabolites isolated from permafrosthttps://orcid.org/0000-0002-3531-2624РенёвН. О.RenevN. O.

Ренёв Николай Олегович, младший научный сотрудник

Тюмень

Scopus AuthorID: 57222066155,

РИНЦ AuthorID: 1034698

Renev, Nikolay O., Junior Researcher

Tyumen

Scopus AuthorID: 57222066155,

RISC AuthorID: 1034698

solitary_72@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-1308-2899МальчевскийВ. А.MalchevskiyV. A.

Мальчевский Владимир Алексеевич, доктор медицинских наук, профессор РАН, главный научный сотрудник

Тюмень

Scopus AuthorID: 57190758790,

ResearcherID: G-9557-2015,

РИНЦ AuthorID: 194927

Malchevsky, Vladimir A., Chief Researcher, Dr. Sci. (Med.)

Tyumen

ResearcherID: G-9557-2015,

Scopus AuthorID: 57190758790,

RISC AuthorID: 194927

malchevski@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-5135-3194СубботинА. М.SubbotinA. M.

Субботин Андрей Михайлович, кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник

Тюмень

Scopus AuthorID: 35776939200,

ResearcherID: S-3256-2017,

РИНЦ AuthorID: 607480

Subbotin, Andrey M., Cand. Sci. (Biol.), Leading Researcher

Tyumen

ResearcherID: S-3256-2017,

Scopus AuthorID: 35776939200,

RISC AuthorID: 607480

subbotin.prion@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-1566-2299ПетровС. А.PetrovS. A.

Петров Сергей Анатольевич, доктор медицинских наук, главный научный сотрудник

Тюмень

Scopus AuthorID: 57190756454,

ResearcherID: A-7886-2016,

РИНЦ AuthorID: 607480

Petrov, Sergey A., Dr. Sci. (Med.), Chief Researcher

Tyumen

ResearcherID: A-7886-2016,

Scopus AuthorID: 57190756454,

RISC AuthorID: 607480

tumiki@yandex.ruТюменский научный центр СО РАНРоссияTyumen Scientific Center, Siberian Branch of the Russian Academy of SciencesRussian Federation202326092023283435442Copyright © Ренёв Н.О., Мальчевский В.А., Субботин А.М., Петров С.А., 20232023Ренёв Н.О., Мальчевский В.А., Субботин А.М., Петров С.А.Renev N.O., Malchevskiy V.A., Subbotin A.M., Petrov S.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://resar.elpub.ru/jour/article/view/238

В 2019–2021 гг. была проведена оценка влияния штаммов бактерий из многолетнемерзлых пород на морфогенез, ризогенез, активность протекания процессов фотосинтеза в микрорастениях картофеля в условиях in vitro. В исследовании использовали три штамма бактериальных культур из коллекции отдела биоресурсов криосферы Тюменского научного центра СО РАН. Исследования проводили на микрорастениях трех сортов картофеля: Жуковский ранний, Розара и Ред Скарлетт. В результате исследования из кернов многолетнемерзлых пород были выделены два штамма бактерий. Установлено, что при совместном выращивании микрорастений картофеля в условиях in vitro на питательной среде Мурасиге–Скуга с вторичными метаболитами бактерий штаммов Bacillus cereus 9-08-CH9 и Achromobacter spanius 10-50TS2, внесенными в пробирки в момент черенкования в дозе 250 мкл (1,63 мкл метаболитов на 1 мм2 площади питательной среды), оказывают наибольший стимулирующий эффект на морфогенез растений, ризогенез и процесс фотосинтеза. Это способствует ускорению метода клонального микроразмножения in vitro материала для оригинального семеноводства картофеля.

The effects of permafrost bacterial strains on morphogenesis, rhizogenesis, and photosynthesis in potato micro-plants under in vitro conditions were assessed from 2019 to 2021. We used three bacterial culture strains from the collection of the Cryosphere Bioresources Department, Tyumen Scientific Center of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences. The study was conducted on microgrowers of three potato varieties: Zhukovsky Early, Rozara and Red Scarlett. Two strains of bacteria were isolated from the cores of perennially frozen rocks. We found that the combined cultivation of potato microgrowers under in vitro conditions on Murasige-Skug nutrient medium with secondary metabolites of the bacterial strains Bacillus cereus 9-08-CH9 and Achromobacter spanius 10-50TS2, introduced at the time of cutting at a dose of 250 µL, had the greatest stimulatory effect on its morphogenesis, rhizogenesis, and photosynthesis. Thus, the proposed cultivation method accelerates clonal micropropropagation of in vitro materials for original potato seed production.

метаболитыбактериикартофельin vitroпигментыспектрофотометрияmetabolitesbacteriapotatoesin vitropigmentsspectrophotometryРабота выполнена в рамках госзадания (№ 121041600036-6)This study was conducted within the framework of the state assignment (number 121041600036-6)ReferencesТкаченко О.В., Евсеева Н.В., Бурыгин Г.Л., Каргаполова К.Ю., Лобачев Ю.В., Матора Л.Ю., Щеголев С.Ю. Эффективность культивирования клеток и тканей растений in vitro в присутствии бактерий и их метаболитов. Биология клеток растений in vitro и биотехнология. Медисонт. ХI Международная конференция «Биология клеток растений in vitro и биотехнология» (23–27 сентября 2018 года, г. Минск, Республика Беларусь). Минск;2018:238–239.Tkachenko O.V., Yevseeva N.V., Burygin G.L., Kargapolova K.Yu., Lobachev Yu.V., Matora L.Yu., Shchegolev S.Yu. The biology of plant cells in vitro and biotechnology: Proceedings of the 11th International conference, September 23-27, 2018. Minsk, Republic of Belarus. Minsk;2018:238–239. (In Russ.)Devi A.R., Kotoky R., Pandey P., Sharma G.D. Application of Bacillus spp. for Sustainable Cultivation of Potato (Solanum tuberosum L.) and the Benefits. Bacilli and Agrobiotechnology. Islam M., Rahman M., Pandey P., Jha C., Aeron A. (eds) 2016:185–221. Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-319-44409-3_9Devi A.R., Kotoky R., Pandey P., Sharma G.D. Application of Bacillus spp. for Sustainable Cultivation of Potato (Solanum tuberosum L.) and the Benefits. Bacilli and Agrobiotechnology. Islam M., Rahman M., Pandey P., Jha C., Aeron A. (eds) 2016:185–221. Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-319-44409-3_9Poveda J., González-Andrés F. Bacillus as a source of phytohormones for use in agriculture. Appl. Microbiol. Biotechnol. 2021;105:8629–8645. https://doi.org/10.1007/s00253-021-11492-8Poveda J., González-Andrés F. Bacillus as a source of phytohormones for use in agriculture. Appl. Microbiol. Biotechnol. 2021;105:8629–8645. https://doi.org/10.1007/s00253-021-11492-8Yadav A.N., Singh J., Rastegari A.A., Yadav N. Plant microbiomes for sustainable agriculture. Berlin: Springer;2020.Yadav A.N., Singh J., Rastegari A.A., Yadav N. Plant microbiomes for sustainable agriculture. Berlin: Springer;2020.Тимофеева С.В. Исследование роли биотических и абиотических факторов в приживаемости интродуцируемых бактерий на первых этапах онтогенеза растений: Автореф. дис. ... канд. биол. наук. СПб.; 2000. 22 с.Timofeeva S.V. Investigation of the role of biotic and abiotic factors in the survival of introduced bacteria at the first stages of plant ontogenesis: Abstr. … Diss. Cand. Sci., St.-Petersburg. 2000. 27 p. (In Russ.)Субботин А.М., Нарушко М.В., Симонова Е.О. Отбор штаммов бактерий, выделенных из многолетнемерзлых пород, по влиянию на адаптивные показатели растений. Арктика, Субарктика: мозаичность, контрастность, вариативность криосферы: Труды международной конференции, г. Тюмень, 02–05 июля 2015 г. Тюмень: Эпоха; 2015:372–374.Subbotin A.M., Narushko M.V., Simonova Ye.O. Selection of strains of bacteria isolated from permafrost, according to their influence on the adaptive parameters of plants: Arctic, Subarctic: mosaic, contrast, variability of the Cryosphere: Proceedings of the International conference, Tyumen, July 02-05, 2015 Tyumen’: Ehpokha. 2015:372–374. (In Russ.)Субботин А.М., Нарушко М.В., Боме Н.А., Петров С.А., Мальчевский В.А., Габдуллин М.А. Влияние микроорганизмов из многолетнемерзлых пород на морфофизиологические показатели яровой пшеницы. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2016; 20(5):666–672. https://doi.org/10.18699/VJ16.119Subbotin A.M., Narushko M.V., Bome N.A., Petrov S.A., Malchevskiy V.A., Gabdullin M.A. Influence of permafrost microorganisms on morphophysiological indicators of spring wheat. Vavilovskii Zhurnal Genetiki i Selektsii= Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2016;20(5):666–672. (In Russ.). https://doi.org/10.18699/VJ16.119Субботин А.М., Нурпеисова А.С., Нарушко М.В. Влияние метаболитов бактерий из многолетнемерзлых пород на развитие меристемных растений SALANUM TUBEROSUM. ВАВИЛОВСКИЕ ЧТЕНИЯ – 2018: Международная научно-практическая конференция, посвященная 131-й годовщине со дня рождения академика Н.И. Вавилова. Саратов, 28– 29 ноября 2018 года. Саратов: Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова; 2018:94–96.Subbotin A.M., Nurpeisova A.S., Narushko M.V. Influence of bacterial metabolites from permafrost on the development of meristem plants SALANUM TUBEROSUM. VAVILOV READINGS – 2018: Proceedings of the International scientific and practical conference dedicated to the 131st anniversary of Academician N.I. Vavilov. Saratov, November 28–29, 2018. Saratov: Saratov State Vavilov Agrarian University; 2018:94–96. (In Russ.)Ренев Н.О., Мальчевский В.А., Субботин А.М. Использование метаболитов бактерий из многолетнемерзлых пород для повышения урожайности миниклубней меристемных растений картофеля. Биологически активные препараты для растениеводства: научное обоснование – рекомендации – практические результаты, г. Минск, 22 октября 2020. Минск: БГУ; 2010:131–133.Renev N.O., Malchevskiy V.A., Subbotin A.M. The use of bacterial metabolites from permafrost to increase the yield of mini-tubers of potato meristem plants. Biologically active preparations for crop production: scientific rationale – recommendations – practical results, Minsk, October 22, 2020. Minsk: BSU; 2020;131–133. (In Russ.)Gerhardt P. Manual of methods for general bacteriology. Washington, DC 20006: American Society for Microbiology;1981.Gerhardt P. Manual of methods for general bacteriology. Washington, DC 20006: American Society for Microbiology;1981.Dawson R.M.C., Elliott Daphne C., Elliott W.H., Jones K.M. (eds). Data for Biochemical Research. Oxford: Clarendon press, 1986.Dawson R.M.C., Elliott Daphne C., Elliott W.H., Jones K.M. (eds). Data for Biochemical Research. Oxford: Clarendon press, 1986.Овэс Е.В., Анисимов Б.В. Методические рекомендации по тиражированию in vitro материала для оригинального семеноводства картофеля. М.: ФГБНУ ВНИИКХ; 2017. 25 с.Oves Ye.V., Anisimov B.V. Guidelines for in vitro replication of material for original potato seed production. Moscow;2017. 25 p. (In Russ.)Удовенко Г.В., Семушина Л.А., Синельникова В.Н. Особенности различных методов оценки солеустойчивости растений. Методы оценки устойчивости растений к неблагоприятным условиям среды. Л.: Колос;1976:228–238.Udovenko G.V., Semushina L.A., Sinelnikova V.N. Osobennosti razlichnykh metodov otsenki soleustoychivosti rasteniy. Metody otsenki ustoychivosti rasteniy k neblagopriyatnym usloviyam sredy. Leningrad: Kolos;1976:228–238. (In Russ.)Гавриленко В.Ф., Жигалова Т.В. Большой практикум по фотосинтезу. М.: ACADEMIA;2003. 256 с.Gavrilenko V.F., Zhigalova T.V. A guide to photosynthesis. Moscow: ACADEMIA;2003. 256 p. (In Russ.)Wellburn A.R. The spectral determination of chlorophylls a and b, as well as total carotenoids, using various solvents with spectrophotometers of different resolution. J. Plant Physiol. 1994. 144 (3):307.Wellburn A.R. The spectral determination of chlorophylls a and b, as well as total carotenoids, using various solvents with spectrophotometers of different resolution. J. Plant Physiol. 1994. 144 (3):307.Björn L.O., Papageorgiou G.C., Blankenship R.E. Govindjee. A viewpoint: why chlorophyll a? Photosynth. Res. 2009;(99):85–98.Björn L.O., Papageorgiou G.C., Blankenship R.E. Govindjee. A viewpoint: why chlorophyll a? Photosynth. Res. 2009;(99):85–98.Esteban R., Barrutia O., Artetxe U., FernándezMarín B., Hernández A., García-Plazaola J.I. Internal and external factors affecting photosynthetic pigment composition in plants: a meta-analytical approach. N. Phytol.; 2015:268–280.Esteban R., Barrutia O., Artetxe U., FernándezMarín B., Hernández A., García-Plazaola J.I. Internal and external factors affecting photosynthetic pigment composition in plants: a meta-analytical approach. N. Phytol.; 2015:268–280.Kiang N.Y., Siefert J., Govindjee, Blankenship R.E. Spectral signatures of photosynthesis. I. Review of Earth organisms. Astrobiology. 2007;7(1):222–251Kiang N.Y., Siefert J., Govindjee, Blankenship R.E. Spectral signatures of photosynthesis. I. Review of Earth organisms. Astrobiology. 2007;7(1):222–251Kunugi M., Satoh S., Ihara K., Shibata K., Yamagishi Y., Kogame K., Obokata J., Takabayashi A., Tanaka A. Evolution of green plants accompanied changes in lightharvesting systems. Plant Cell Physiol.;2016:1231–1243Kunugi M., Satoh S., Ihara K., Shibata K., Yamagishi Y., Kogame K., Obokata J., Takabayashi A., Tanaka A. Evolution of green plants accompanied changes in lightharvesting systems. Plant Cell Physiol.;2016:1231–1243Croft H., Chen J.M. Leaf pigment content. Amsterdam: Elsevier Inc. 2017.Croft H., Chen J.M. Leaf pigment content. Amsterdam: Elsevier Inc. 2017.Croft H. Leaf chlorophyll content as a proxy for leaf photosynthetic capacity. Global Change Biol. 2017. 23 (9). P. 3513–24.Croft H. Leaf chlorophyll content as a proxy for leaf photosynthetic capacity. Global Change Biol. 2017. 23 (9). P. 3513–24.Tamburini E. Development of FT-NIR models for the simultaneous estimation of chlorophyll and nitrogen content in fresh apple (Malus domestica) leaves. Sensors;2015;15(2):2662–2679.Tamburini E. Development of FT-NIR models for the simultaneous estimation of chlorophyll and nitrogen content in fresh apple (Malus domestica) leaves. Sensors;2015;15(2):2662–2679.Hotta Y. New physiological effects of 5-aminolevulinic acid in plants: the increase of photosynthesis, chlorophyll content, and plant growth. Biosci. Biotechnol. Biochem. 1997; 61 (12):2015–2028.Hotta Y. New physiological effects of 5-aminolevulinic acid in plants: the increase of photosynthesis, chlorophyll content, and plant growth. Biosci. Biotechnol. Biochem. 1997; 61 (12):2015–2028.Wilkinson D.M. The adaptive significance of autumn leaf colours. Oikos. 2002; 99 (2): 402–407.Wilkinson D.M. The adaptive significance of autumn leaf colours. Oikos. 2002; 99 (2): 402–407.Davison P.A., Hunter C.N., Horton P. Overexpression of β-carotene hydroxylase enhances stress tolerance in Arabidopsis. Nature;2002:418.Davison P.A., Hunter C.N., Horton P. Overexpression of β-carotene hydroxylase enhances stress tolerance in Arabidopsis. Nature;2002:418.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.