Сomprehensive assessment of barley plants regenerated from resistant to cadmium callus lines | Комплексная оценка растений ячменя, полученных путем клеточной селекции, на устойчивость к кадмию

English. Accumulation of cadmium (Cd) in barley grain (Hordeum vulgare L.) and its subsequent transmission through food chains to humans and animals is a serious environmental problem. The creation of stress-tolerant varieties to reduce crop losses and bioaccumulation of toxic ions can contribute to the preservation of grain quality and increase the productivity of barley on cadmium-contaminated soils. In the process of cell selection in 2017 from the original genotype of barley 8730 x Omsk in callus cultures somaclonal variants (RA) were obtained and among them there was conducted the selection of toxicity-resistant 15 mg/l cadmium ion lines (RACd). Plants regenerated from callus were compared with the original genotype by physiological, biochemical and productive features, cadmium bioaccumulation in the conditions of vegetation experience. Plants were grown in normal conditions and against a provocative background of cadmium in 2017-2018. Symptoms of oxidative stress in plants were evaluated by the dynamic of accumulation of Malon dialdehyde in the leaves, the activity of superoxide dismutase, and the content of anthocyanins in leaves. Under stress, barley lines selected as a result of cell selection (in the medium added with 15 mg/l Cd2+), differed from regenerants obtained under normal conditions (without Cd2+), and the initial genotype with higher antioxidant activity. In challenge selection in the leaves of resistant regenerant lines there were recorded higher indicators of the content in leaves of chlorophylls (by 76 and 64%) and carotenoids (by 64 and 60%, respectively), seed productivity (4.5 and 1.3 times, respectively) and cadmium bioaccumulation in roots (by 100 and 5%, respectively) than in the initial form and regenerants unselected in selective sonditions. The obtained results indicate the feasibility of using cell engineering in breeding programs to improve the resistance of barley to cadmium toxicity.

Russian. Накопление кадмия (Cd) в зерне ячменя (Hordeum vulgare L.) и его последующая передача по пищевым цепям человеку и животным является серьезной экологической проблемой. Создание стресс-толерантных сортов для сокращения потерь урожая и противодействия биоаккумуляции токсичных ионов может способствовать сохранению качества зерна и повышению продуктивности ячменя на загрязненных кадмием почвах. В процессе клеточной селекции в 2017 г. от исходного генотипа ячменя 8730 х Омский получили в каллусных культурах сомаклональные варианты (RA) и провели среди них отбор устойчивых к токcичности 15 мг/л ионов кадмия линий (RACd). Регенерированные из каллусов растения сравнивали с исходным генотипом по физиологобиохимическим и продуктивным признакам, биоаккумуляции кадмия в условиях вегетационного опыта. Растения выращивали в обычных условиях и на провокационном фоне по кадмию в 2017-2018 гг. Симптомы окислительного стресса тестировали по динамике накопления малонового диальдегида, активности супероксиддисмутазы, содержанию антоцианов в листьях. При стрессе линии ячменя, отобранные в результате клеточной селекции (на среде с добавлением 15 мг/л Cd2+), отличались от регенерантов, полученных в обычных условиях (без добавления в среду Cd2+), и исходного генотипа с более высокими показателями антиоксидантной активности. На провокационном фоне в листьях устойчивых регенерантных линий отмечены более высокие, чем у исходной формы и регенерантов, не подвергнутых отбору в селективных условиях, показатели содержания в листьях хлорофиллов (на 76 и 64%) и каротиноидов (на 64 и 60% соответственно), семенной продуктивности (в 4,5 и 1,3 раза соответственно) и биоаккумуляции в корнях кадмия (на 100 и 5% соответственно). Полученные результаты свидетельствуют о целесообразности использования клеточной инженерии в селекционных программах по повышению устойчивости ячменя к токсичности кадмия.