ovoshchiОвощи РоссииVegetable crops of Russia2072-91462618-7132Федеральный научный центр овощеводства10.18619/2072-9146-2022-5-15-23ovoshchi-2027Research ArticleСЕЛЕКЦИЯ, СЕМЕНОВОДСТВО И БИОТЕХНОЛОГИЯ РАСТЕНИЙBREEDING, SEED PRODUCTION AND PLANT BIOTECHNOLOGYВлияние различного гелеобразующего агента в составе питательной среды на индукцию гиногенного развития неопыленных семяпочек огурца (Cucumis sativus L.)The effect of different gelling agents as part of culture medium on the rate of cucumber (Cucumis sativus L.) unpollinated ovules gynogenic developmenthttps://orcid.org/0000-0002-4387-9153БеловС. Н.BelovS. N.

Сергей Николаевич Белов – м.н.с. лаб. репродуктивной биотехнологии в селекции с.-х. растений

143072, Московская область, Одинцовский район, п. ВНИИССОК, ул. Селекционная, д.14

Sergey N. Belov – Junior Researcher of Laboratory of Reproductive Biotechnology in Crop Breeding 

14, Selectsionnaya str., VNIISSOK, Odintsovo district, Moscow region, 143072

belov@vniissok.comФедеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный научный центр овощеводства" (ФГБНУ ФНЦО)РоссияFederal State Budgetary Scientific Institution Federal Scientific Vegetable Center (FSBSI FSVC)Russian Federation202225092022051523Copyright © Белов С.Н., 20222022Белов С.Н.Belov S.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.vegetables.su/jour/article/view/2027

Актуальность. Индукцию гиногенного развития в культуре неопыленных семяпочек Cucumis sativus L. проводят на твердых питательных средах с агар-агаром, либо Phytagel™. Гелеобразующие агенты определяют мобилизацию веществ в составе питательной среды и оказывают различные эффекты на экспланты, что сказывается на качестве полученных регенератов. Однако работы, в которых изучается влияние данных гелеобразующих агентов на развитие семяпочек и сравнение их между собой для C. sativus L. отсутствуют. Цель исследований: изучить влияние различного гелеобразующего агента в питательной среде на индукцию гиногенеза и развитие неопыленных семяпочек огурца.Материалы и методы. В исследование были включены два перспективных коллекционных образца огурца №58 и №831 лаборатории селекции и семеноводства тыквенных культур ФГБНУ ФНЦО. Для индукции гиногенеза использовали питательную среду IМС (Induction Medium for Cucurbitaceae) с 30 г/л сахарозы, 200 мг/л ампициллина, 0,2 мг/л тидиазурон (ТДЗ). В качестве гелеобразующего агента использовались агар-агар в концентрации 7 г/л, либо Phytagel™ в концентрации – 3,5 г/л. Семяпочки были выделены из завязей, находящихся в фазе полураскрытого цветка (FL-1) и фазе полностью раскрытого цветка (FL). Культивирование проводили в пластиковых чашках Петри диаметром 60 мм с объемом воздушной прослойки 28,8 см3 – "КС №1", и стеклянных культуральных банках с объемом воздушной прослойки 140 см3 – "КС №2".Результаты. На питательных средах, содержащих Phytagel™ и агар – агар площадь семяпочек за 30 дней культивирования увеличивалась неравномерно. Коэффициенты увеличения семяпочек между гелеобразующими агентами отличались от 1,7 до 2,6 раз в зависимости от времени культивирования. Средняя скорость увеличения семяпочек на средах с Phytagel™ составляла 0,08 мм2/сут., в то время как на средах с агарагаром она была 0,02 мм2/сут. Генотип и тип гелеобразующего агента являются значимыми факторами, влияющими на увеличение площади введенных в культуру неопыленных семяпочек огурца. При этом доля влияния гелеобразующего агента составила 55,01%, а доля влияния генотипа составила 14,53%. Влияние стадии развития цветка и типа культурального сосуда не оказывало существенного влияния на развитие семяпочек у обоих генотипов. В исследовании удалось достичь индукции гиногенеза у 67 % введенных в культуру неопыленных семяпочек у генотипа №831 на питательной среде с агар-агаром.Выводы. На питательной среде, где в качестве гелеобразующего агента используется Phytagel™, семяпочки увеличиваются в размере быстрее, чем на питательных средах с агар-агаром. В тоже время процент индуцированных семяпочек был существенно выше на питательных средах с агар-агаром для обоих генотипов. Тип гелеобразующего агента и генотип и являются значимыми факторами, влияющими на индукцию и развитие неопыленных семяпочек.

Relevance. The induction of gynogenic development of the culture of unpollinated ovules of Cucumis sativus L., as a part of solid nutrient media agar-agar or Phytagel™ are used as a gelling agent. The gelling agent determines the mobilization of substances in the composition of the nutrient medium and has various effects on the explants, which affects the quality of the resulting regenerates. However, there are no scientific works that explaines the effect of these gelling agents on the development of ovules and compare them with each other for C. sativus L. The aim: investigate the effect of various gelling agent in the nutrient medium on the induction of gynogenesis and the development of cucumber unpollinated ovules.Materials and methods. There are two promising collection specimens of cucumber №58 and №831 of the laboratory of cucurbits crop breeding and seed production of FSBSI FSVC were included into research. IMC nutrient medium (Induction Medium for Cucurbitaceae) with 30 g/l sucrose, 200 mg/l ampicillin, 0.2 mg/l thidiazuron (TDZ) was used for the induction of gynogenesis; agar-agar at a concentration of 7 g/l or Phytagel™ at a concentration of 3.5 g/l was used as a gel-forming agents. Ovules were isolated from ovaries in the phase of half-opened flower (FL-1) and fully opened flower (FL). Cultivation was carried out in plastic Petri dishes with a diameter of 60 mm with an air gap of 28.8 cm3 – "KS No. 1", and glass culture jars with an air gap of 140 cm3 – "KS No. 2".Results. On containing Phytagel™ or agar-agar nutrient medium, the area of ovules during 30 days of cultivation increases irregularly. Coefficients of ovule enlargement between gelling agents differed from 1.7 to 2.6 times depending on the cultivation time. The average growth rate of ovules on media with Phytagel™ was 0.08 mm2/day, while on media with agar-agar it was 0.02 mm2/day. Gelling agents type and cucumber phenotype are significant factors affecting the increase in area of entered into unpollinated cucumber ovules culture. Herewith the share of the gelling agent effect was 55.01%, and the share of genotype effect was 14.53%. The effect of flower development stage or culture vessel type has not found for both of genotypes. In the study, it was possible to achieve the induction of gynogenesis in 67% of the unpollinated ovules genotype №831 on nutrient medium with agar-agar.Conclusion. Ovules development were faster on a nutrient medium using Phytagel™ as a gelling agent than on agaragar. At the same time, the percentage of induced ovules was significally higher on nutrient medium with agar-agar for both phenotypes. Gelling agents type and cucumber phenotype were found as significant factors of the induction and the development of unpollinated ovules.

гиногенезнеопыленные семяпочкигелеобразующий агентагар-агарphytagelgynogenesisunpollinated ovulesgelling agentagar-agarPhytagel™ReferencesMurashige T., Skoog F. A Revised Medium for Rapid Growth and Bio-Assays with Tobacco Tissue Cultures. Physiol Plant. 1962;15:437–97. https://doi.org/10.1111/j.1399-3054.1962.tb08052.xMurashige T., Skoog F. A Revised Medium for Rapid Growth and Bio-Assays with Tobacco Tissue Cultures. Physiol Plant. 1962;15:437–97. https://doi.org/10.1111/j.1399-3054.1962.tb08052.xGémes-Juhász A., Balogh P., Ferenczy A., Kristóf Z. Effect of Optimal Stage of Female Gametophyte and Heat Treatment on in Vitro Gynogenesis Induction in Cucumber (Cucumis sativus L.). Plant Cell Reports. 2002;21(2):105–111. https://doi.org/10.1007/s00299-002-0482-8Gémes-Juhász A., Balogh P., Ferenczy A., Kristóf Z. Effect of Optimal Stage of Female Gametophyte and Heat Treatment on in Vitro Gynogenesis Induction in Cucumber (Cucumis sativus L.). Plant Cell Reports. 2002;21(2):105–111. https://doi.org/10.1007/s00299-002-0482-8Tantasawat P.A., Sorntip A., Pornbungkerd P. Effects of Exogenous Application of Plant Growth Regulators on Growth, Yield, and In Vitro Gynogenesis in Cucumber. HortScience. 2015;50(3):374–82. https://doi.org/10.21273/hortsci.50.3.374Tantasawat P.A., Sorntip A., Pornbungkerd P. Effects of Exogenous Application of Plant Growth Regulators on Growth, Yield, and In Vitro Gynogenesis in Cucumber. HortScience. 2015;50(3):374–82. https://doi.org/10.21273/hortsci.50.3.374Tantasawat P.A., Sorntip A., Poolsawat O., Chaowiset W., Pornbungkerd P. Evaluation of Factors Affecting Embryo-like Structure and Callus Formation in Unpollinated Ovary Culture of Cucumber (Cucumis sativus). International Journal of Agriculture and Biology. 2015;17(3):613–8. https://doi.org/10.17957/ijab.17.3.14.257Tantasawat P.A., Sorntip A., Poolsawat O., Chaowiset W., Pornbungkerd P. Evaluation of Factors Affecting Embryo-like Structure and Callus Formation in Unpollinated Ovary Culture of Cucumber (Cucumis sativus). International Journal of Agriculture and Biology. 2015;17(3):613–8. https://doi.org/10.17957/ijab.17.3.14.257Grigolava T.R., Monakhos G.F., Monakhos S.G. Nutrient medium gelling agent effect on embryo- and callusogenesis in isolated ovules of red beet (Beta vulgaris L.). Izv Timirâzevsk s-h akad. 2021;(6):32–41. https://doi.org/10.26897/0021-342X-2021-6-32-41Grigolava T.R., Monakhos G.F., Monakhos S.G. Nutrient medium gelling agent effect on embryo- and callusogenesis in isolated ovules of red beet (Beta vulgaris L.). Izv Timirâzevsk s-h akad. 2021;(6):32–41. https://doi.org/10.26897/0021-342X-2021-6-32-41Li J.W., Si S.W., Cheng J.Y., Li J.X., Liu J.Q. Thidiazuron and Silver Nitrate Enhanced Gynogenesis of Unfertilized Ovule Cultures of Cucumis Sativus. Biologia Plantarum. 2013;57(1):164–8. https://doi.org/10.1007/s10535-012-0269-xLi J.W., Si S.W., Cheng J.Y., Li J.X., Liu J.Q. Thidiazuron and Silver Nitrate Enhanced Gynogenesis of Unfertilized Ovule Cultures of Cucumis Sativus. Biologia Plantarum. 2013;57(1):164–8. https://doi.org/10.1007/s10535-012-0269-xRaldugina G.N., Sobolkova G.I. The Genotype Dependent Effect of Abscisic Acid on Callus Cultures of Brassica Napus L. Russ J Plant Physiol. 1994;41:702–6.Raldugina G.N., Sobolkova G.I. The Genotype Dependent Effect of Abscisic Acid on Callus Cultures of Brassica Napus L. Russ J Plant Physiol. 1994;41:702–6.Белов С.Н. Улучшенный способ введения в культуру in vitro неопыленных семяпочек огурца (Сucumis sativus L.). ФГБНУ ФИЦ ‘Всероссийский институт генетических ресурсов растений имени Н.И. Вавилова’; 2022. (В печати) [Belov SN. An improved method for introducing unpollinated cucumber ovules (Cucumis Sativus L.) into in vitro culture. Federal State Budgetary Institution Federal Research Center “N. I. Vavilov All-Russian Institute of Plant Genetic Resources”; 2022. (In press)Белов С.Н. Улучшенный способ введения в культуру in vitro неопыленных семяпочек огурца (Сucumis sativus L.). ФГБНУ ФИЦ ‘Всероссийский институт генетических ресурсов растений имени Н.И. Вавилова’; 2022. (В печати) [Belov SN. An improved method for introducing unpollinated cucumber ovules (Cucumis Sativus L.) into in vitro culture. Federal State Budgetary Institution Federal Research Center “N. I. Vavilov All-Russian Institute of Plant Genetic Resources”; 2022. (In press)Masuda K., Kikuta Y., Okazawa Y. Instructions for Use a Revision of the Medium for Somatic Embryogenesis in Carrot. Journal of the faculty of agriculture. 1981.Masuda K., Kikuta Y., Okazawa Y. Instructions for Use a Revision of the Medium for Somatic Embryogenesis in Carrot. Journal of the faculty of agriculture. 1981.Lichter R. Induction of Haploid Plants From Isolated Pollen of Brassica Napus. Zeitschrift für Pflanzenphysiologie. 1982;105(5):427–34. https://doi.org/10.1016/s0044-328x(82)80040-8Lichter R. Induction of Haploid Plants From Isolated Pollen of Brassica Napus. Zeitschrift für Pflanzenphysiologie. 1982;105(5):427–34. https://doi.org/10.1016/s0044-328x(82)80040-8Domblides E.A., Shmykova N.A., Belov S.N., Korottseva I.B., Soldatenko A.V. DH-plant production in culture of unpollinated ovules of cucumber (Cucumis sativus L.). Vegetable crops of Russia. 2019;(6):3-9. (In Russ.) https://doi.org/10.18619/2072-9146-2019-6-3-9Domblides E.A., Shmykova N.A., Belov S.N., Korottseva I.B., Soldatenko A.V. DH-plant production in culture of unpollinated ovules of cucumber (Cucumis sativus L.). Vegetable crops of Russia. 2019;(6):3-9. (In Russ.) https://doi.org/10.18619/2072-9146-2019-6-3-9

The authors declare that there are no conflicts of interest present.