Влияние наночастиц на органогенез различных видов растений in vitro

В настоящее время применение наночастиц (НЧ) продемонстрировало их положительное влияние  на  стерилизацию  эксплантов,  микроразмножение,  индукцию  каллуса,  органогенез, соматический эмбриогенез, генетическую трансформацию и продукцию вторичных метаболитов. Целью настоящего исследования было изучение влияния наночастиц селена (Se), оксида кремния (SiO₂) и трикальцийфосфата (Ca₃(PO₄)₂) в условиях in vitro на рост и развитие микропобегов Chrysanthemum × morifolium Ramat.; Ficus carica L.; Fragaria × ananassa Dushesne; Lamium glaberrimum (K. Koch) Taliev и Rosa L. Культивирование эксплантов проводили на среде Мурасиге и Скуга (МС), дополненной различными концентрациями НЧ. Выявлено неоднозначное влияние НЧ на морфогенез in vitro в зависимости от генотипа изучаемой культуры, типа и концентрации применяемых НЧ. Установлено, что НЧ Se оказывали положительное влияние на рост микропобегов и образования листьев хризантемы садовой, инжира и Lamium glaberrimum. Анализ содержания хлорофилла a и b в листьях растений, культивируемых на средах с НЧ Se, не показал значимого расхождения между контрольным и опытными вариантами. Исключение составили микропобеги земляники и розы: концентрация 0,5 мг/л НЧ Se в питательной среде вызывала уменьшение значений хлорофилла a/b с 2,079/0,618 мг/г массы до 1,272/0,293 мг/г и с 3,125/0,896 мг/г до 1,76/0,453 мг/г, у земляники и розы, соответственно. Показано положительное влияние НЧ SiO₂ в концентрации 4,0 и 5,0 мг/л на адвентивное побегообразование у эксплантов инжира. Выявлено, что изученные концентрации НЧ ТКФ влияли на габитус растений, но не способствовали побегообразованию. Не выявлено существенного влияния изученных концентраций НЧ Se, SiO₂ и Ca₃(PO₄)₂ на индукцию побегообразования исследуемых культур.

1. Безручко Е.В., Федотова Л.С. Доступный для растений кремний – фактор устойчивого производства картофеля // Агрохимия. 2021. № 8. С. 70–81. DOI: 10.31857/S0002188121080032

2. Бутенко Р.Г. Биология клеток высших растений in vitro и биотехнологии на их основе: учеб. пособие. М.: ФБК-ПРЕСС, 1999. 160 с.

3. Титов А.Ф., Казнина Н.М., Карапетян Т.А., Доршакова Н.В., Тарасова В.Н. Роль селена в жизнедеятельности растений, животных и человека // Успехи современной биологии. 2021. T. 141. С. 443–456. DOI: 10.31857/S0042132421050094

4. Удалова Ж.В., Фолманис Г.Э., Федотов М.А., Пельгунова Л.А., Крысанов Е.Ю., Хасанов Ф.К., Зиновьева С.В. Действие нанокремния на содержание фотосинтетических пигментов и биогенных элементов в растениях томатов при инвазии галловой нематодой Meloidogyne incognita // Доклады Российской академии наук. Науки о жизни. 2020. T. 495, № 1. С. 643–647. DOI: 10.31857/S2686738920060244

5. Ali A., Mashwani Z.U.R., Raja N.I., Mohammad S., Ahmad M. S., Luna-Arias J.P. Exposure of Caralluma tuberculata to biogenic selenium nanoparticles as in vitro rooting agent: Stimulates morpho-physiological and antioxidant defense system // Plos one. 2024. Vol. 19 (4): e0297764. DOI: 10.1371/journal.pone.0297764

6. Al-Khayri J.M., Rashmi R., Surya Ulhas R., Sudheer W.N., Banadka A., Nagella P., Aldaej M.I., Rezk A.A., Shehata W.F., Almaghasla M.I. The Role of Nanoparticles in Response of Plants to Abiotic Stress at Physiological, Biochemical, and Molecular Levels // Plants. 2023. Vol. 12 (2): 292. DOI: 10.3390/plants12020292

7. Ardekani M.R.S., Abdin M.Z., Nazima N., Mohammed S. Calcium phosphate nanoparticles a novel nano-viral gene delivery system for genetic transformation of tobacco // International Journal of Pharmacy and Pharmaceutical Sciences. 2014. Vol. 6 (6). P. 605–609.

8. Darwesh O.M., Hassan S.A., Abdallatif A. M. Improve in vitro multiplication of olive shoots using environmental-safe chitosan, selenium, and silver nanostructures // Biointerface Research in Applied Chemistry. 2023. Vol. 13 (5). P. 419-431. https://doi.org/10.33263/BRIAC135.419

9. Das S., Ghosh S., Bakshi A., Khanna S., Bindhani B.K., Parhi P.K., Kumar R. Nanotechnology and Plant Biotechnology: The Current State of Art and Future Prospects. In: B. Sarkar, A. Sonawane (eds.) // Biological Applications of Nanoparticles. Singapore: Springer. 2023. P. 101-120. DOI: 10.1007/978-981-99-3629-8_6

10. Duhan J.S., Kumar R., Kumar N., Kaur P., Nehra K., Duhan S. Nanotechnology: The new perspective in precision agriculture // Biotechnology Reports. 2017. Vol. 15. P. 11–23. DOI: 10.1016/j.btre.2017.03.002

11. Hasanin M.S., Hassan S.A.M., Abdallatif A.M., Darwesh O.M. Unveiling the silver lining: examining the effects of biogenic silver nanoparticles on the growth dynamics of in vitro olive shoots // Microbial Cell Factories. 2024. Vol. 23 (1): 79. DOI: 10.1186/s12934-024-02346-9

12. Hayat F., Khanum F., Li J., Iqbal S., Khan U., Javed H.U., Razzaq M.K., Altaf M.A., Peng Y., Ma X., Li C., Tu P., Chen J. Nanoparticles and their potential role in plant adaptation to abiotic stress in horticultural crops: A review // Scientia Horticulturae. 2023. Vol. 321 (1): 112285. DOI: 10.1016/j.scienta.2023.112285

13. Khai H.D., Mai N.T.N., Tung H.T., Luan V.Q., Cuong D.M., Ngan H.T.M., Chau N.H., Buu N.Q., Vinh N.Q., Dung D.M., Nhut D.T. Selenium nanoparticles as in vitro rooting agent, regulates stomata closure and antioxidant activity of gerbera to tolerate acclimatization stress // Plant Cell, Tissue and Organ Culture. 2022. Vol. 150 (1). P. 113–128. DOI: 10.1007/s11240-022-02250-3

14. Khattab S., El Sherif F., AlDayel M., Yap Y. K., Meligy A., Ibrahim H.I.M. Silicon dioxide and silver nanoparticles elicit antimicrobial secondary metabolites while enhancing growth and multiplication of Lavandula ofcinalis in-vitro plantlets // Plant Cell, Tissue and Organ Culture. 2022. Vol. 149 (1). P. 411–421. DOI: 10.1007/s11240-021-02224-x

15. Kim D.H., Gopal J., Sivanesan I. Nanomaterials in plant tissue culture: the disclosed and undisclosed // Royal Society of Chemistry Advances. 2017. Vol. 7: 36492. DOI: 10.1039/c7ra07025j

16. Kyte L., Kieyn J., Scoggins H., Bridgen M. Plants from test tubes: an introduction of micropropagation. Portland, Oregon: Timber Press, 2013. 269 р.

17. Lichtenthaler H.K., Wellburn A.R. Determinations of total carotenoids and chlorophylls a and b of leaf extracts in different solvents // Biochemical Society Transaction. 1983. Vol. 11 (5). P. 591–592. DOI: 10.1042/bst0110591

18. Murashige Т., Skoog F. A revised medium for rapid growth and bio assays with tobacco tissue culture // Physiologia Plantarum. 1962. Vol. 15 (3). Р. 473–497. http://dx.doi.org/10.1111/j.1399-3054.1962.tb08052.x

19. Naqvi, S., Maitra, A. N., Abdin, M. Z., Akmal, M. D., Arora, I., Samim, M. D. Calcium phosphate nanoparticle mediated genetic transformation in plants // Journal of Materials Chemistry. 2012. Vol. 22 (8). P. 3500-3507. DOI:10.1039/c2jm11739h

20. Sharma S., Gupta S., Jain R., Kachhwaha S. SiO 2 nanoparticles as elicitor for increased rebaudioside-A in Stevia rebaudiana micropropagated in solid and liquid cultures: a comparative study // Plant Cell, Tissue and Organ Culture. 2023. Vol. 155 (2). P. 541–552. DOI: 10.1007/s11240-023-02604-5

21. Singh Y., Kumar U., Panigrahi S., Balyan P., Mehla S., Sihag P., Sagwal.V., Singh K.P., White J.C., Dhankher O.P. Nanoparticles as novel elicitors in plant tissue culture applications: Current status and future outlook // Plant Physiology and Biochemistry. 2023. Vol. 203:108004. DOI: 10.1016/j.plaphy.2023.108004

22. Sivanesan I., Park S.W. The role of silicon in plant tissue culture // Frontiers in Plant Science. 2014. Vol. 5: 571. DOI: 10.3389/fpls.2014.00571

23. Song J., Yu S., Yang R., Xiao J., Liu J. Opportunities for the use of selenium nanoparticles in agriculture // NanoImpact. 2023. Vol. 31: 100478. DOI: 10.1016/j.impact.2023.100478

24. Whanger P.D. Selenocompounds in plants and animals and their biological significance // Journal of the American College of Nutrition. 2002. Vol. 21 (3). P. 223–232. DOI: 10.1080/07315724.2002.10719214