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

Abstract

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.

Objective. To establish the dependence of free proline concentration in plant tissues of in vitro та ex vitro alpine species of Gentiana lutea L., Gentiana punctata L., Gentiana acaulis L. on light conditions of their cultivation and the source of carbon in the nutrient medium; to analyze expediency of free proline amino acid use as a biological marker of physiological adaptation of biotechnological plants of these species to water deficit of in vitro and ex vitro conditions. Methods. Methods of in vitro and ex vitro cultivation of plants, the method of free proline detection with the use of ninhydrin. Results. It is shown that under in vitro conditions of free proline content in plants is dependent on light regime of their cultivation and the source of carbon in the composition of nutrient medium. The increased intensity of luminous flux within the range of photosynthetically active radiation (PAR) from 85 W/m2 to 100 W/m2 and 1.92 times raised share of red range waves in the light spectral composition in variant 2.1 (intensity of the luminous flux in the PAR range is 100 W/m2, the waves correlation of blue (Еb): green (Еg): red (Еr) ranges = 25 % : 27 % : 48 %) causes 11.5–37.1 % increased amount of free proline in plants in vitro cultivated on nutrient media supplemented with sucrose. Substitution of sucrose in the medium for mannitol is accompanied by 1.64–1.84 times increased concentration of free proline in plants of the investigated species under the light conditions of 1.1 variant (85 W/m2, spectral composition Еb : Еg : Еr = 25 % : 27 % : 48 %= 33 % : 42 % : 25 %) and 1.3–2.57 times increased under light cultivation regime of 2.1 variant. The analysis of water balance of plants in vitro cultivated on mannitol under light conditions of 2.1 variant and the plants in conditions of natural growth doesn’t show any considerable distinctions in values of transpiration intensity, water deficit, general water content. The process of adaptation of plants in vitro to conditions ex vitro is accompanied by a change of proline content in leaves with dependence on water deficit in the substrate and light conditions of growing. Conclusions. The obtained results point to the expediency of using free proline content as a biochemical marker for assessing adaptive potential of plants in conditions in vitro and ex vitro.