Удосконалення біотехнології мікроклонального розмноження Rubus Fruticosus L. і Paulownia Tomentosa Steud. з використанням мікроорганізмів

Скорочена інформація про документ
dc.contributor.authorТитаренко, Надія Володимирівна
dc.contributor.authorTytarenko, Nadiia V.
dc.date.accessioned2023-10-31T10:24:18Z
dc.date.available2023-10-31T10:24:18Z
dc.date.issued2023
dc.description.abstractДисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 162 «Біотехнології та біоінженерія» – Одеський національний університет імені І. І. Мечникова, Одеса, 2023. Дисертаційне дослідження присвячене удосконаленню біотехнології мікроклонального розмноження павловнії Paulownia tomentosa (Thunb.) Steud. та ожини Rubus fruticosus L. сорту Торнфрі з використанням мікроорганізмів на етапі постасептичної адаптації. Для дослідних культур рослин було запропоновано удосконалені технологічні схеми отримання садивного матеріалу від стадії введення ініціальних експлантів в культуру in vitro до стадії отримання адаптованих у закритому ґрунті саджанців. Мікроклональне розмноження – асептичне культивування рослин in vitro з метою швидкої репродукції, що дозволяє оперативно отримувати велику кількість генетично однорідних саджанців із заданими характеристиками. Для підвищення ефективності цього методу необхідно враховувати фізіологічні особливості видів рослин, які розмножують, та удосконалювати стандартні підходи на різних етапах мікроклонування, включаючи постасептичну адаптацію мікроклонів – стадію із великими потенційними втратами рослинного матеріалу. Ожина звичайна (Rubus fruticosus L.) – плодово-ягідна культура, яка стає все більш розповсюдженою в українському садівництві. Найбільш зручними у догляді та зборі врожаю є безколючкові сорти. Мікроклонування дозволяє швидко та безперервно отримувати велику кількість саджанців ожини навіть в умовах невеликих потужностей виробництва. Павловнія повстяна (Paulownia tomentosa (Thunb.) Steud.) – деревна культура, що активно вирощується у багатьох країнах світу як джерело відновлюваної енергії, та останні декілька років почала активно культивуватися в Україні. Через простоту у догляді, швидкий ріст та енергетичний потенціал сьогодні є запит на великі партії якісних стандартизованих саджанців. Оскільки мікроклонований садивний матеріал як ожини, так і павловнії на сьогодні користується широким комерційним інтересом, вони були обрані у ролі модельних рослин для удосконалення біотехнології мікроклонування з використанням захисних мікроорганізмів. У результаті проведеної роботи вперше для дослідних видів рослин запропоновано використання фунгіцидів під час поверхневої стерилізації експлантів, що дозволило зберігати нижчий рівень контамінації (16,7% для павловнії та 8,3% для ожини) та вищий відсоток приживлюваності (58,3% для павловнії та 73,3% для ожини) у порівнянні з контролем. Встановлено оптимальну концентрацію аскорбінової кислоти у складі середовища на етапі введення в культуру (50 мг/л – для павловнії, 100 мг/л – для ожини) та визначено, що напіврідке агаризоване середовище із 0,4% агару краще впливало на показники росту та розвитку експлантів рослин на первинних етапах мікроклонування, ніж більш щільне середовище із 0,8% агару. Вперше досліджено використання альтернативних желюючих компонентів на різних етапах мікроклонування ожини і павловнії та встановлено, що кукурудзяний крохмаль (7%) є рекомендованим для використання на всіх стадіях мікроклонального розмноження рослин обох дослідних видів, окрім укорінення ожини. Гуарова камедь (3%) може бути використана лише на етапі укорінення мікроклонів павловнії, оскільки за її використання на інших етапах спостерігали менший рівень приживлюваності, проліферації бруньок, кількості сформованих пагонів та вузлів у рослин in vitro. Оптимізовано фітогормональний склад середовища на етапі стерильного живцювання для отримання найбільшої кількості сформованих пагонів та вузлів на живцях за один цикл культивування (для павловнії – 2,0 мг/л БАП+0,5 мг/л ІОК, для ожини – 1,5 мг/л БАП+0,5 мг/л НОК). Визначено антагоністичну активність бактерій B. megaterium ONU500, B. velezensis ONU553, B. pumilus ONU554, B. subtilis ONU559, E. italicus ONU547 та 23 ізолятів актинобактерій щодо тест-штамів фітопатогенних грибів. Встановлено, що бактерії B. megaterium ONU500, B. velezensis ONU553, B. pumilus ONU554, B. subtilis ONU559 E. italicus ONU547 та дослідні ізоляти актинобактерій показали позитивний вплив на проростання насіння та ріст рослин in vitro на прикладі модельної рослини Lepidium sativum L., що забезпечувало підвищення частки пророслого насіння, збільшення довжини коренів, пагонів, і кількості коренів у проростків у порівнянні з контролем. Визначено вплив мікроорганізмів B. megaterium ONU500, B. velezensis ONU553, B. pumilus ONU554, B. subtilis ONU559, E. italicus ONU547, S. albidoflavus Conc11, S. pactum Conc4, S. globisporus Lim4, S. albidoflavus Conc32, S. ambofaciens Myt7ch на приживлюваність мікроклонів у ґрунті, висоту надземної частини, кількість вузлів та площу листа рослин дослідних видів під час адаптації до умов ex vitro. Показано, що найбільшу ефективність для постасептичної адаптації мікроклонів павловнії показали бактерії B. megaterium ОNU500, B. velezensis ONU553, B. subtilis ONU559, S. ambofaciens Myt7ch, S. albidoflavus Conc32. Для адаптації ожини – B. velezensis ONU553, S. globisporus Lim4, B. megaterium ОNU500, B. subtilis ONU559, E. italicus ONU547, S. albidoflavus Conc32, S. ambofaciens Myt7ch. Ці бактерії можуть слугувати основою для подальшого створення консорціуму рістстимулювальних та захисних мікроорганізмів та розробки біопрепаратів, спрямованих на успішне подолання адаптаційного стресу при переході рослин з умов in vitro в умови ex vitro. Для моноінокуляції в біотехнології клонування рослин під час постасептичної адаптації рекомендовано використовувати бактерії штаму B. megaterium ОNU500 для павловнії, і бактерії штаму B. velezensis ONU553 – для ожини. Складено удосконалені біотехнологічні схеми отримання садивного матеріалу павловнії та ожини шляхом мікроклонального розмноження з використанням мікроорганізмів на етапі постасептичної адаптації мікроклонів. Рекомендовано подальші поглиблені дослідження з метою встановлення механізмів взаємодії досліджуваних бактерій та мікроклонованих рослин.uk_UA
dc.description.abstractThe PhD thesis in specialty 162 «Biotechnology and bioengineering». – Odesa I.I. Mechnikov National University, Odesa, 2023. In the dissertation, results of the improvement of clonal micropropagation biotechnology of Paulownia tomentosa (Thunb.) Steud. and Rubus fruticosus L. var. Thornfree using microorganisms at the post-aseptic acclimatization stage are presented. For the studied plant species, improved technological schemes for obtaining planting material, from the stage of in vitro culture establishment to the stage of obtaining acclimatized seedlings in closed ground, were proposed. Clonal micropropagation is the aseptic cultivation of plants in vitro for rapid reproduction, which allows obtaining a large number of genetically homogeneous seedlings with specific characteristics. To increase the effectiveness of this method, it is necessary to consider the physiological features of certain plant species and improve standard approaches at various stages of propagation, including post-aseptic acclimatization of microclones as a stage with large potential losses of plant material. Blackberry (Rubus fruticosus L.) is a fruit and berry crop that is becoming increasingly widespread in Ukrainian horticulture. Thornless varieties are the most convenient for both care and harvest. Micropropagation allows for the continuous production of a large number of blackberry seedlings, even under conditions of small production capacities. Paulownia (Paulownia tomentosa (Thunb.) Steud.) is a tree crop that is actively grown in many countries as a source of renewable energy, and in recent years, it has been actively cultivated in Ukraine. Owing to their ease of care, rapid growth, and energy potential, there is a demand for large batches of standardized seedlings. Given the current high commercial demand for micropropagated planting materials of both blackberry and paulownia, they were selected as model plants for enhancing micropropagation using beneficial microorganisms. As a result, for the first time, the use of fungicides during the surface sterilization of explants was proposed for the studied plant species, which made it possible to maintain a lower level of contamination (16.7% for paulownia and 8.3% for blackberry) and a higher survival rate (58.3% for paulownia and 73.3% for blackberry) than the control. The optimal concentration of ascorbic acid in the medium at the in vitro culture establishment stage was established (50 mg/l - for paulownia and 100 mg/l - for blackberry), and it was determined that a semi-liquid agar medium with 0.4% agar had a better effect on the growth and development of plant explants in the primary stages of micropropagation than solid 0.8% agar medium. For the first time, the use of alternative gelling components at different stages of micropropagation of blackberry and paulownia was investigated, and it was established that corn starch (7%) could be recommended for use at all stages of clonal micropropagation of plants of both studied species, except for blackberry rooting. Guar gum (3%) could be used only at the rooting stage of paulownia microclones because when used at other stages, a lower survival rate, bud proliferation, and number of formed shoots and nodes in plants were observed. The phytohormonal composition of the medium at the propagation stage was optimized to obtain the largest number of formed shoots and nodes on the cuttings in one cycle of cultivation (for paulownia - 2.0 mg/l BAP + 0.5 mg/l IAA, for blackberry - 1.5 mg/ l BAP+0.5 mg/l NAA). The antagonistic activities of B. megaterium ONU500, B. velezensis ONU553, B. pumilus ONU554, B. subtilis ONU559, E. italicus ONU547, and 23 isolates of actinobacteria against the test strains of phytopathogenic fungi were determined. It was established that the bacteria B. megaterium ONU500, B. velezensis ONU553, B. pumilus ONU554, B. subtilis ONU559, E. italicus ONU547, and the studied isolates of actinobacteria showed a positive effect on seed germination and plant growth in vitro using the model plant Lepidium sativum L., which provided an increase in the number of germinated seeds, in the length of roots, shoots, and the number of roots in seedlings compared to the control. The influence of B. megaterium ONU500, B. velezensis ONU553, B. pumilus ONU554, B. subtilis ONU559, E. italicus ONU547, S. albidoflavus Conc11, S. pactum Conc4, S. globisporus Lim4, S. albidoflavus Conc32, and S. ambofaciens Myt7ch on the survival rate of microclones in the soil, shoot length, number of nodes, and leaf area of plants during acclimatization to ex vitro conditions was determined. The bacteria B. megaterium ONU500, B. velezensis ONU553, B. subtilis ONU559, S. ambofaciens Myt7ch, and S. albidoflavus Conc32 showed the greatest effectiveness for the post-aseptic acclimatization of paulownia microclones. For blackberry acclimatization, the most effective were B. velezensis ONU553, S. globisporus Lim4, B. megaterium ONU500, B. subtilis ONU559, E. italicus ONU547, S. albidoflavus Conc32, and S. ambofaciens Myt7ch. These bacteria could potentially become the basis for further creation of a growth-promoting and protective microorganism consortium and for the development of biological preparations aimed at successfully overcoming acclimatization stress during the transfer of plants from in vitro to ex vitro conditions. For monoinoculation in clonal micropropagation biotechnology during postaseptic acclimatization, it was recommended to use bacteria of the strain B. megaterium ОNU500 for paulownia and bacteria of the strain B. velezensis ONU553 for blackberry. Improved biotechnological schemes for obtaining the planting material of paulownia and blackberry by clonal micropropagation using microorganisms at the post-aseptic acclimatization stage of microclones were developed. Further in-depth research was recommended to establish the mechanisms of interactions between the studied bacteria and micropropagated plants.
dc.identifierУДК 606:631.461:634(043.5)
dc.identifier.citationТитаренко Н. В. Удосконалення біотехнології мікроклонального розмноження Rubus Fruticosus L. і Paulownia Tomentosa Steud. з використанням мікроорганізмів : дис. … д-ра філос. : спец. 162 «Біотехнології та біоінженерія» галузі 16 «Хімічна та біоінженерія» / Н. В. Титаренко ; Одес. нац. ун-т ім. І. І. Мечникова. – Одеса, 2023. – 211 с.uk_UA
dc.identifier.urihttps://dspace.onu.edu.ua/handle/123456789/36469
dc.language.isoukuk_UA
dc.subjectмікроклональне розмноженняuk_UA
dc.subjectin vitrouk_UA
dc.subjectживильні середовищаuk_UA
dc.subjectфітопатогенні грибиuk_UA
dc.subjectприживлюваністьuk_UA
dc.subjectадаптаціяuk_UA
dc.subjectексплантuk_UA
dc.subjectрегулятори ростуuk_UA
dc.subjectантагоністична активністьuk_UA
dc.subjectBacillusuk_UA
dc.subjectEnterococcusuk_UA
dc.subjectактинобактеріїuk_UA
dc.subjectморські мікроорганізмиuk_UA
dc.subjectзахист рослинuk_UA
dc.subjectрістстимулювальні бактеріїuk_UA
dc.subjectclonal micropropagationuk_UA
dc.subjectnutrient mediumuk_UA
dc.subjectphytopathogenic fungiuk_UA
dc.subjectsurvival rateuk_UA
dc.subjectacclimatizationuk_UA
dc.subjectexplantuk_UA
dc.subjectgrowth regulatorsuk_UA
dc.subjectantagonistic activityuk_UA
dc.subjectactinobacteriauk_UA
dc.subjectmarine microorganismsuk_UA
dc.subjectplant protectionuk_UA
dc.subjectplant growth promoting bacteriauk_UA
dc.titleУдосконалення біотехнології мікроклонального розмноження Rubus Fruticosus L. і Paulownia Tomentosa Steud. з використанням мікроорганізмівuk_UA
dc.title.alternativeImprovement of clonal micropropagation biotechnology of Rubus fruticosus L. and Paulownia tomentosa Steud. using microorganismsuk_UA
dc.typeThesisuk_UA
Файли
Контейнер файлів
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз
Назва:
Tytarenko_PhD_Thesis.pdf
Розмір:
14.97 MB
Формат:
Adobe Portable Document Format
Опис:
Завантажити
Ліцензійна угода
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
Назва:
license.txt
Розмір:
1.71 KB
Формат:
Item-specific license agreed upon to submission
Опис:
Завантажити
Зібрання
Дисертації БФ