Перспективи й методи поліплоїдної селекції нових високопродуктивних клонів міскантусів у природно-кліматичних умовах України
DOI:
https://doi.org/10.47414/be.2.2021.244098Ключові слова:
Miscanthus giganteus, Miscanthus sinensis, Miscanthus sacchariflorus, аналізатор плоїдності (АП) «Partec», колхіцин, рівень плоїдності геному, культура in vivo та in vitro, біоенергетика, гістограми ядерної ДНКАнотація
Мета. Розширити ознакову колекцію вихідних матеріалів представників роду Miscanthus (Anderson) та генетичну базу для нових алотриплоїдних клонів, шляхом переведення на тетраплоїдний рівень компонентів для гібридизації, природних диких видів Miscanthus sinensis і Miscanthus sacchariflorus.
Методи. Цитологичні, біотехнологичні, флюоресцентної цитфотометрії, польові, лабораторні.
Результати. Встановлено ефективність поліплоїдизації, для індукції нових тетраплоїдних форм міскантусів, в рідких живильних середовища з колхіцином, відсоткова частка якого складає 0,05%, а для стабілізації міксоплоїдних пагонів 0,005% впродовж 6 годин культивування. Досліджувальний термін експозиції для Miscanthus sinensis (2n=2х=38) і Miscanthus sacchariflorus (2п=2х=38) від 2 годин до 3 діб залежно від генетичного походження матеріалу, з переведенням на безгормональне середовище. Найкращі показники індукції тетраплоїдів для Miscanthus sinensis спостерігали за терміном експозиції колхіцину 2 доби з ефективністю поліплоїдизації (Db%) – 31,25% і 21,42%, а для Miscanthus sacchariflorus 2 години і 6 годин з показниками 35,0% і 27,3. Вдосконалено технологія переведення вкорінених культуральних пагонів в грунт в умовах СТК Ялтушківської ДСС і встановлено склад грунтової суміші, що забезпечувала 99% вкорінення культуральної розсади за умов вологості від 60-70% і температури повітря від 35°С до 55°С.
Висновки. Створені нові тетраплоїдні біотехнологічні лінії Miscanthus sinensis (2п=4х=76) і Miscanthus sacchariflorus (2n=4х=76) в умовах рідких живильних середовищ з колхіцином з ваговою часткою 0,05. Досліджено, що цвітіння нових тетраплоїдних клонів спостерігається в умовах України на другий рік вегетації впродовж останньої декади вересня і початку жовтня з формуванням фертильних пилкових зерен.
Посилання
Heaton E. A., Clifton-Brown J., Voigt T. B., Jones M. B. & Long S. P. (2004). Miscanthus for renewable energy generation: European Union experience and projections for Illinois. Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change, 9, 433–451. DOI: 10.1023/B: MITI.0000038848.94134.be
Stampfl P. F., Clifton-Brown J. C., & Jones M. B. (2007). Europeanwide GIS-based modelling system for quantifying the feedstock from Miscanthus and the potential contribution to renewable energy targets. Global Change Biology Bioenergy, 13, 2283–2295. DOI: 10.1111/j.1365– 2486.2007.01419.x
Hastings A., Clifton-Brown J., Wattenbach M., Mitchell C. P., Stampfl P. & Smith P. (2009). Future energy potential of Miscanthus in Europe. Global Change Biology Bioenergy, 1, 180–196. DOI: 10.1111/j.1757– 1707.2009.01012.x
Heaton E. A., Voigt T. & Long S. P. (2004). A quantitative review comparing the yields of two candidate C4 perennial biomass crops in relation to nitrogen, temperature and water. Biomass and Bioenergy, 27, 21–30. DOI: 10.1016/j.biombioe.2003.10.005
Hodkinson T. R., Chase M. W., Lledo M. D., Salamin N. & Renvoize S. A. (2002). Phylogenetics of Miscanthus, Saccharum and related genera (Saccharinae, Andropogoneae, Poaceae) based on DNA sequences from ITS nuclear ribosomal DNA and plastid trnL intron and trnL-F intergenic spacers. Plant Research, 115, 381–392. DOI: 10.1007/ s10265–002–0049–3
Maksimović J., Pivić R., Stanojkovć-Sebiić A., Vučić-Kišgeci M. (2014). Plating density impact on weed infestation and the yield of Miscanthus grown on two soil types/Mol Biotechnol,. Doi: 10.17221/234/2016-PSE
Zub H. W. & Brancourt-Hulmel M. (2010). Agronomic and physiological performances of different species of Miscanthus, a major energy crop: A review. Agronomy for Sustainable Development, 30, 201– 214. DOI: 10.1007/978–94–007–0394–0_21
Greef J. M., Deuter M., Jung C. & Schondelmaier J. (1997). Genetic diversity of European Miscanthus species revealed by AFLP fingerprinting. Genetic Resources and Crop Evolution, 44, 185–195. https://doi.org/10.1023/A:1008693214629
Atkinson C. J. (2009). Establishing perennial grass energy crops in the UK: A review of current propagation options for Miscanthus. Biomass and Bioenergy, 33, 752–759. DOI: 10.1016/j.biombioe.2009.01.005
Gubisˇova´ M., Gubisˇ J., Zˇofajova´ A., Miha´lik D. & Kraic J. (2013). Enhanced in vitro propagation of Miscanthus 9 giganteus. Industrial Crops and Products, 41, 279–282. DOI: 10.1016/j.indcrop.2012.05.004
Rayburn A. L., Crawford J., Rayburn C. M. & Juvik J. A. (2009). Genome size of three Miscanthus species. Plant Molecular Biology Reporter, 27, 184–188. DOI: 10.1007/s11105–008–0070–3
Lewandowski I. Combustion quality of biomass: practical relevance and experiments to modify the biomass quality of Miscanthus x giganteus/ Lewandowski I, Kicherer A. // European Journal of Agronomy. — 1997. — № 6. — Р.163–177. https://doi.org/10.1016/S1161–0301(96)02044–8
Huisman W. Modeling of the equilibrium moisture content (EMC) of Miscanthus (Miscanthus×giganteus) / W. Huisman// Biomass for energy, environment, agriculture and industry. Oxford: Elsevier. — 1998. — Р. 361– 371
Chramiec-Głąbik А. Cytogenetic analysis of Miscanthus x giganteus and its parent forms/ Chramiec-Głąbik A., Grabowska-Joachimiak A., Sliwinska E., Legutko J., Kula A.. Caryologia. — 2012. — 65, 3. — P. 234. DOI: 10.1080/00087114.2012.740192
Sacks E. J., Juvik J. A., Lin Q., Stewart J. R. & Yamada T. (2013). The gene pool of Miscanthus species and its improvement. In A. H. Paterson (Ed.), Genomics of the Saccharinae (Vol. 11, pp. 73–100)., Plant Genetics and Genomics: Crops and Models New York: Springer. DOI: 10.1007/978– 1–4419–5947–8_4
Clark L. V., (2015) Genetic structure of Miscanthus sinensis and Miscanthus sacchariflorus in Japan indicates a gradient of bidirectional but asymmetric introgression. Clark L. V., Stewart J. R., Nishiwaki A., Toma Y., Kjeldsen J. B., Jørgensen U., Zhao H., Peng J., Yoo Ji H., Heo K., Yu Ch. Y., Yamada T. and Sacks E. J. Journal of Experimental Botany. doi:10.1093/ jxb/eru511
Wang N, Borrell J. S., Bodles W. J. A., Kuttapitiya A., Nichols R. A., Buggs R. J. A. (2014). Molecular footprints of the Holocene retreat of dwarf birchin Britain. Molecular Ecology 23, 2771–2282, DOI: 10.1111/mec.12768.
Głowacka K, Clark LV, Adhikari S et al. (2014). Genetic variation in Miscanthus× giganteus and the importance of estimating genetic distance thresholds for differentiating clones. GCB Bioenergy doi: 10.1111/ gcbb.12166.
Nishiwaki А. Discovery of natural Miscanthus (Poaceae) triploid plants in sympatric populations of Miscanthus sacchariflorus and Miscanthus sinensis in southern Japan./ Mizuguti А., Kawabata S, Yo Toma, Genki Ishigaki, Tomomi Miyashita, Toshihiko Yamada, Hiroya Matuura, Sachi Yamaguchi, A. Lane Rayburn, Ryo Akashi, J. Ryan Stewart. // American Journal of Botany. — 2011.-V.98. — P. 154–159. Doi:10.3732/ajb.1000258
Lee K. Y. Botanical and germinating characteristics of Miscanthus species native to Korea/ Lee K. Y., Zhang L., Lee G.-J.// Horticulture, Environment, and Biotechnology. — 2012. — № 53. — Р.49–54. DOI: 10.1007/ s13580–012–0137–9
Roik M. V. Miscanthus: genetic diversity and a method of ploidy variability identification using fluorescent cytophotometry/ Roik M. V., Kovalchuk N. S. / Agricultural Science and Practice 2017/11, р. 19–27, ISSN: 2312–3370, DOI: https://doi.org/10.15407/agrisp4.03.019
Ковальчук Н. С., Роїк М. В., Недяк Т. М. Державний патент — Спосіб визначення структури каріотипу садивного матеріалу видів роду Miscanthus при вегетативному розмноженні підземними кореневищами та ризомами. — № u201805791 заявлено 24.05.2018, к/м 130413
Tang Zh.-Q., Chen D.-L., Song Zh.-J., He Y.-Ch., Cai D.-T. (2010), In vitro induction and identification of tetraploid plants of Paulownia tomentosa. Plant Cell Tiss Organ Cult 102:213–220. DOI 10.1007/s11240– 010–9724–6
Pausheva Z. P. Practical course on plant cytology. Moscow: Kolos. 1980: р. 300.
