ISHS VIII International Scientific and Practical Conference on Biotechnology as an Instrument for Plant Biodiversity Conservation (Physiological, Biochemical, Embryological, Genetic and Legal Aspects) Biotechnological methods of maintaining collections of the genus Ribes L.

Currently, woody plants attract special attention given the prospects of their involving in bioand genomic technologies to address challenges of sustainable environment, biodiversity, food security and production of raw materials. Thence, studies of cytogenetic characteristics of woody plants are increasingly relevant. The change in a number of cytogenetic characteristics, in particular, mitotic activity, which may increase and decrease depending on the intensity of stress loads, an increase in the pathology of mitosis, etc., has been shown. However, attempts to identify the similarities and differences in cytogenetic characteristics in woody plants on the basis of the results of molecular genetic comparison weren’t conducted yet. Sequences of the internal transcribed spacer (ITS) regions of nuclear ribosomal NA were used to generate a phylogenetic hypothesis for disjuncting of wood species of the genus Aralia (J. Wen, 2000), to specify of Rhododendron systematic state (T.V. Baranova et al., 2014) and other genera of the family Ericaceae (O. Schwery et al., 2015). Cluster analysis of nucleotide sequences and construction of the dendrogram were carried out using the ML (Maximum Likelihood, Nearest-Neighbor-Interchange) method in the MEGA software. Germination of Rhododendron seeds was carried out in Petri dishes at room temperature. Roots were stained with acetohematoxylin, rinsed with distilled water, and suppressed micro-preparations were prepared using Goyer’s fluid. Nucleotide sequences of the ITS1-ITS2 spacer of the parent plants and cytogenetic parameters (mitotic activity, level and spectrum of pathological mitoses, number of cells with residual nucleoli in the metaphase-telophase mitosis stage) we obtained from seed progeny in four Rhododendron species introduced into the conditions of the Central Black Earth region of Russia. The identity of the nucleotide sequence of the spacer ITS1-ITS2 in species of the genus Rhododendron leads to their greater similarity in the aggregate of cytogenetic indices. However, there is no complete analogy of cytogenetic characteristics in the species studied that have the identical sequence ITS1ITS2. On the basis of this comparison, it can be assumed that genetic similarity in the studied Rhododendron species causes the similarity of cytogenetic indices. According to mitotic activity in the root meristem of the seedlings, two groups can be distinguished among the seed progeny, i.e. with a high value of mitotic activity, namely Rhododendron dauricum (7.6±0.3 %) and Rh. mucronulatum (7.7±0.7 %), and with low value, namely Rh. sichotense (5.6±0.7 %) and Rh. ledebourii (6.1±0.6%). The greatest cytogenetic instability is noted in Rh. ledebourii (5.2±1.1 %, the level of pathologies of mitosis in this species is maximal), in three other species it was lower (from 3.5±0.5 % for Rh. sichotense to 1.6±0.4 % for Rh. dauricum mitosis pathologies). A higher level of cells with a residual nucleolus at the stage of metaphase—telophase mitosis indicates a greater intensity of synthetic processes associated with adaptation in conditions of introduction. For this indicator, we can distinguish two groups: i) Rh. sichotense (13.3±1.2 %) with a high level of cells with a residual nucleolus at the stage of metaphase—telophase of mitosis, and ii) Rh. mucronulatum (9.1±1.1 %), Rh. dauricum (10.2±1.0 %) and Rh. ledebourii (10.9±1.3 %) with low values. Despite the difference in cytogenetic parameters in the seed offspring of the studied species, a cluster analysis of the totality of the characteristics of the course of mitosis and nucleolar activity made it possible to distinguish two groups: 1) Rh. mucronulatum and Rh. dauricum; 2) Rh. ledebourii and Rh. sichotense. The cytogenetic characteristics of the seed offspring of the species studied are species-specific.

Проведено исследование цитогенетического полиморфизма семенного потомства рододендрона Ледебура (Rhododendron ledebourii Pojark.) в условиях Центрального Черноземья. По совокупности цитогенетических показателей проростки разделены на группы, различающиеся по степени стабильности генетического материала (слабомутабильная, мутабильная и промежуточные). Дана цитогенетическая характеристика каждой выделенной группы. У семенного потомства мутабильной группы выявлено снижение митотической активности (6,7 ± 0,2 %); возрастание числа клеток на стадии профазы митоза (55,3 ± 2,3 %); увеличение уровня патологий митоза (4,0 ± 0,6 %), указывающее на высокую цитогенетическую нестабильность; повышение уровня клеток с остаточными ядрышками (13,4 ± 1,4 %) и площади поверхности одиночных ядрышек (79,4 ± 1,8 %), что связано с изменением биосинтетических процессов у проростков данной группы. Слабомутабильная группа проростков характеризуется повышенной митотической активностью (9,1 ± 0,2 %) и низкими значениями цитогенетических нарушений (1,2 ± 0,2 %). В промежуточных группах отмечаются разнонаправленные тенденции изменения цитогенетических показателей: две из них сходны с мутабильной, две другие – со слабомутабильной группой. Сходные с мутабильной промежуточные группы характеризуются более низким (по сравнению с мутабильной группой) уровнем патологий митоза и клеток с остаточными ядрышками, более высокой площадью поверхности одиночных ядрышек и большим числом ядрышек активного типа. Промежуточные группы, близкие по своим цитогенетическим характеристикам к слабомутабильной, имеют по сравнению с ней более низкий митотический индекс, большую площадь поверхности одиночных ядрышек, в данных группах возможна задержка клеток на стадии профазы митоза и возрастание числа метафаз-анафаз с остаточными ядрышками. Сравнение результатов эксперимента с ранее полученными данными для других древесных растений показало, что в мутабильных группах проростков увеличивается уровень патологий митоза и расширяется их спектр с преобладанием нарушений, связанных с фрагментацией хромосом. Слабомутабильная группа характеризуется минимальными значениями патологий митоза с большим числом мостов в спектре нарушений (71,3 %)

nucleotide sequences construction of the dendrogram carried out using the ML (Maximum Likelihood, Nearest-Neighbor-Interchange) method in the MEGA software. Germination of Rhododendron seeds carried out in Petri dishes at room temperature. Roots were stained with acetohe- matoxylin, rinsed with distilled water, and suppressed micro-preparations were using Goyer’s fluid. Nucleotide sequences of the ITS1-ITS2 spacer of the parent plants and cytogenetic parameters (mitotic activity, level and spectrum of pathological mitoses, number of cells with residual nucleoli in the metaphase-telophase mitosis stage) we obtained from seed progeny in four Rhodo- dendron species introduced into the conditions of the Central Black Earth region of Russia. The identity of the nucleotide sequence of the spacer ITS1-ITS2 in species of the genus Rhododendron leads to their greater similarity in the aggregate of cytogenetic indices. However, there is no complete analogy of cytogenetic characteristics in the species studied that have the identical sequence ITS1- ITS2. On the basis of this comparison, it can be that genetic similarity in the studied Rhododendron species causes the similarity of cytogenetic indices. According to mitotic activity in the root meristem of the seedlings, two groups can be distinguished among the seed progeny, i.e. with a high value of mitotic activity, namely Rhododendron dauricum (7.6±0.3 %) and Rh. mucronula- tum (7.7±0.7 %), and with low value, Rh. sichotense %) and Rh. (6.1±0.6%). The greatest cytogenetic instability is noted in Rh. ledebourii (5.2±1.1 %, the level of pathologies of mitosis in this species is maximal), in three other species it was lower (from 3.5±0.5 % for Rh. sichotense to 1.6±0.4 % for Rh. dauricum mitosis pathologies). A higher level of cells with a residual nucleolus at the stage of metaphase—telophase mitosis indicates a greater intensity of syn-thetic processes associated with adaptation in conditions of introduction. For this indicator, we can distinguish two groups: i) Rh. sichotense (13.3±1.2 %) with a high level of cells with a residual nucleolus at the stage of metaphase—telophase of mitosis, and ii) Rh. mucronulatum (9.1±1.1 %), Rh. dauricum (10.2±1.0 %) and Rh. ledebourii (10.9±1.3 %) with low values. Despite the difference in cytogenetic parameters in the seed offspring of the studied species, a cluster analysis of the totality of the character- istics of the course of mitosis and nucleolar activity made it possible to distinguish two groups: 1) Rh. mucronulatum and Rh. dauricum ; 2) Rh. ledebourii and Rh. sichotense. The cytogenetic characteristics of the seed offspring of the species studied are species-specific.

This chapter discusses the cytogenetic characteristics of Betula pendula and Rhododendron ledebourii seed progeny in areas with different levels of anthropogenic pollution. Cytogenetic characteristics (MI, MP) in the cells of root meristem of the Betula pendula and Rhododendron ledebourii experimental sampling differ from the norm, which indicates the instability of its genetic system in the polluted area as compared to the environmentally safe one. The predominance of chromosome lagging at anaphase and metakinesis in the spectrum of disturbances indicates a low intensity of reparative processes of Betula pendula and Rhododendron ledebourii. The results of cytological study show genome instability of Betula pendula and Rhododendron ledebourii seed progeny, collected in the ecologically polluted areas. Genome instability indicates the state of stress of Betula pendula and Rhododendron ledebourii seed progeny and maternal plants, which proves the unfavorable environmental conditions in the studied area.

The first and second internal transcribed spacer (ITS1 and ITS2) regions of the ribosomal DNA and 5.8S rRNA gene from Rhododendron L. were analysed. This study reveals phylogenetic relationships and collation of data on the phylogeny of the genus Rhododendron L. according to the research of other authors using molecular and classical methods. Sequence analysis of ribosomal spacer showed low variability between species of the genus Rhododendron series of Dauricum. Rh. mucronulatum Turcz., Rh. dauricum L. and some other studied species had identical nucleotide ITS1-ITS2 sequence indicating the artificial division into separate species. Found species differing from each other by 1–2 or few nucleotides, which allows assuming their common phylogenetic affiliation or excluding one taxonomic unit. According to the analysis of ITS1-ITS2 sequences identified 16 groups of species with similar sequence ITS1-ITS2. When comparing the morphological descriptions of some species of the genus Rhododendron L. with a similar sequence of ITS1-ITS2 marked their small differences. Based on the results of molecular genetic analysis it has been assumed that Rhododendron dauricum L., Rh. ledebourii Pojark, Rh. sichotense Pojark and Rh. mucronulatum Turcz belong to the same species. The establishment phylogenetic relationships based on sequence ITS1-ITS2, applicable only in respect of highly isolated species Rhododendron L. To clarify the phylogenetic relationships of the genus Rhododendron L. necessary to expand the comparative analysis of the DNA sequences of universal genes or complex repeats elements (retrotransposons).

Подобраны условия для введения кизильника Даммера в стерильную пробирочную культуру in vitro: способ стерилизации, тип первичного экспланта, солевой и гормональный состав сред. Исследован ряд питательных сред для культивирования с целью определения наиболее оптимальных для поддержания и мультипликации in vitro. Были испробованы два варианта обеззараживания первичных эксплантов. Результаты показали, что только 7% растений, обработанных стерилизующим раствором, содержащим только «Белизну» в высокой концентрации, сохранились после двух недель культивирования. Во втором случае процент жизнеспособных эксплантов составил 69%. Таким образом, меньшая концентрация хлорсодержащего агента и мертиолят в обеззараживающем растворе способствуют лучшему избавлению от инфекции. Отработана методика избавления эксплантов кизильника Даммера от остаточной эндогенной инфекции путем отделения верхней части растущего побега от зараженного экспланта и помещения на свежую среду того же состава. Определены условия индукции корнеобразования в культуре in vitro. Подобраны факторы, необходимые для адаптации пробирочных растений в условиях закрытого грунта с целью их дальнейшего роста в открытом грунте. Полученные растения кизильника не имеют эндогенной инфекции, не витрифицированы, обладают хорошим ростом и развитием побегов и корневой системы.

Проведена оценка засухоустойчивости и зимостойкости древесно-кустарниковых растений, интродуцированных в Центральном Черноземье. Наиболее засухоустойчивыми и зимостойкими оказались Mespilus germanica, Menispermum canadense, виды рода Quercus. Их прирост варьировался от 10 до 50 см. Предполагается, что мелкий размер клеток рода Quercus способствует засухоустойчивости, зимостойкости и быстрой адаптации растений. Обмерзание всей наземной части отмечено у Celtis australis, Eucommia ulmoides, Xanthoceras sorbifolium. Данные виды обладали наибольшим приростом. Медленно растущими видами можно назвать Euonymus sachalinensis, Quercus iberica. Все испытанные растения являются перспективными для интродукции в условиях Центрального Черноземья. В качестве основных критериев отбора интродуцентов для внедрения их в озеленение можно рекомендовать засухоустойчивость, зимостойкость, прирост, размер клеток.

В статье приводятся результаты изучения влияния соединений хинолинового ряда на всхожесть и ростовые процессы семян рододендрона Ледебура (Rhododendron ledebourii Pojark). Значения средней всхожести семян при обработке 2,2,4-триметил – 1,2,3,4-тетрагидрохинолином (концентрация 0,05 и 0,1%), 2,2,4-триметил – 1,2-дигидрохинолином (концентрация 0,1%), 1,2,3,4-тетрагидрохинолин -8-карбоновая кислотой (концентрация 0,01 и 0,05%) выше, чем в контрольной группе. У двух рассматриваемых соединений, принадлежащих хинолиновому ряду (2,2,4-триметил – 1,2,3,4-тетрагидрохинолин, 2,2,4-триметил – 1,2-дигидрохинолин), просматривается отчетливая тенденция увеличения всхожести семян при увеличении концентрации. Значения средней высоты проростков при использовании трех концентраций рассматриваемых химических соединений превысило значение контроля. Для всех концентраций химических соединений, контроля и «Эпина-Экстры» наблюдаются низкие значения коэффициента вариаций и дисперсий, что свидетельствует о выровненной реакции генотипа на действие химических соединений, оказывающих стимулирующее действие. Химические соединения 2,2,4-триметил – 1,2,3,4-тетрагидрохинолин (в концентрации 0,1%), 2,2,4-триметил – 1,2-дигидрохинолин (в концентрации 0,1%), 1,2,3,4-тетрагидрохинолин – 8-карбоновая кислота (в концентрации 0,01%) оказывают стимулирующее действие как на всхожесть, так и на высоту проростков.

Проведена оценка декоративных качеств ЛА-гибридов лилии и выявлены лучшие декоративные качества сорта «Фанжио», составившая 94 балла. Растения «Фанжио» обладают более прочным и длинным цветоносом от 150 до 160 см, более устойчивы к засушливым условиям, особенно по признаку «окраска цветка» и «устойчивость окраски при выгорании». Зацветание лилий «Фанжио» происходило ранее. Сорт «Курьер» оценен на 76 баллов по 100-балльной шкале декоративности, общее состояние отмечено как удовлетворительное. Оба сорта достаточно устойчивы к болезням и рекомендованы к применению в озеленении. Выращивание лилий на субстратах с различным содержанием компонентов не показало различий их декоративных качеств. Как субстрат для выгонки лилии можно использовать перегной, дерновую и листовую землю в сочетании с крупнозернистым песком и торфом.

В статье приведены результаты исследования по использованию молекулярно-генетического анализа на основе ПЦР с использованием шести RAPD-праймеров. Исследование проводилось на 8 видах представителей рода Rhododendron L. с целью выявления индивидуальных спектров ампликонов и дальнейшей паспортизации. Число амплифицированных фрагментов ДНК варьировалось в зависимости от праймера от 16 (праймер Oligo 2) до 18 (праймер Oligo 4, Oligo 6, Oligo 1), а их размеры – от 170 до 2800 п.н. В среднем, при RAPD-анализе у видов рода рододендрон один праймер инициировал синтез 18,16 фрагмента ДНК. Общее количество локусов амплификации для каждого праймера по 8 видам составило 104. На основе полученных данных было определено процентное сходство в структуре ДНК представителей разных видов. Показано, что данный вид ПЦР анализа является весьма информативным при паспортизации рододендронов, но, безусловно, результаты данной работы необходимо подкреплять другими видами молекулярно-генетических исследований.

Проведен биохимический анализ пяти видов полыней. Эти виды являются редкими и охраняемыми растениями региональной флоры. Изучена ферментативная активность изоцитратдегидрогеназы, изоцитратлиазы, NADH-дегидрогеназы, малатдегидрогеназы, малик-энзима. Выявлены изоферментные спектры NADH-дегидрогеназы, неспецифической эстеразы, малик-фермента, супероксиддисмутазы. Предполагается, что адаптация растений полыни к условиям ботанического сада им. проф. Б.М. Козо-Полянского Воронежского государственного университета (на основе анализа активности изоцитратдегидрогеназы, малатдегидрогеназы, малик-энзима) возрастает в следующем порядке: полынь беловойлочная, полынь армянская, полынь широколистная, полынь эстрагон и полынь обыкновенная. У всех видов полыней показано наличие ярко выраженных зон активности супероксиддисмутазы – фермента, участвующего в антиоксидантной системе клеток. Эстеразные спектры представлены наибольшим количеством изоформ (12) и носят, по-видимому, видовую специфичность и могут служить для идентификации того или иного вида.

Были проведены исследования биохимических свойств некоторых представителей семейства (Ericaceae DC): Rhododendron luteum Sweet, Rh. japonicum (Gray) Suringar, Rh. ledebourii Pojark., Rh. schlippenbachii Maxim., Erica tetralix L. Изучена ферментативная активность изоцитратдегидрогеназы, изоцитратлиазы, NADH -. дегидрогеназы, пероксидазы. Получены данные об отсутствии активности малик-фермента и низкой активности изоцитратлиазы у изучаемых объектов. Выявлены широкие пределы активности NADH-дегидрогеназы у разных представителей семейства вересковых. Сделаны предварительные выводы о том, что этот фермент у изучаемой группы растений берет на себя функцию отсутствующей пероксидазы и позволяет растениям адаптироваться при интродукции в условиях Центрального Черноземья. Результаты исследований свидетельствуют о стабилизации биохимических показателей к 3-7-летнему возрасту у разных видов рододендронов и об увеличении адаптации растений.