MICROCLONAL REPRODUCTION OF HAZELNUTS
Keywords:
hazelnuts, microclonal reproduction, determinants, nutrient medium, nutrients, phytogromones, postaseptic adaptationAbstract
For the rapid introduction of large quantities of high-quality hazelnut planting material, it is important to use various modifications of microclonal propagation: classic on gel media, bioreactors with periodic flooding (TiS) and photoautotrophic methods. At the first stage of classical methods there are three main problems: phenol formation; endogenous contamination; selection of trophic and hormonal determinants of in vitro ontogenesis. In cases of infection of mother plants with viruses, viroids, it is mandatory to use meristem explants with a size of not more than 0.3 mm, followed by diagnosis of the effectiveness of recovery. To prevent self-intoxication with phenol-like oxidation products, a set of measures is used to prepare explant donors and modify nutrient media. The most common artificial nutrient media are Driver and Buzzard (DKW) and Nas and Read (NRM). Hazelnuts are sensitive to excess nitrogen and calcium and copper deficiency in artificial nutrient media. On media with a high N content, regenerants have shortened and thickened shoots, often with signs of hypehydration. Inhibition of calcium uptake by nitrogen leads to necrotization of shoot tips and root tips. The incorporation of iron ions into the metabolism of a plant depends on their valence and the form of chelating agents. During the multiplication and induction of rhizogenesis in aseptic conditions, mainly synthetic cytokinin benzylaminopurine and auxin indolylbutyric acid are used. The effectiveness of hormones increases with the use of combinations within groups, in particular cytokinins are benzylaminopurine and kinetin. At the stage of multiplication there is a predominance of cytokinins over auxins, and at the stage of rhizogenesis the number of auxins in the environment is greater than the number of cytokinins. Of the organic components, vitamins B1, B6, C, PP, amino acids and inositol are added to the environment. Ex vitro acclimatization of plants is carried out on peat-pearlite substrates in closed soil or modules of photoautrophic microclonal propagation with increased light intensity and high carbon dioxide content. The photoautotrophic method combines animation, rhizogenesis and acclimatization at the same time. The effectiveness of adaptation to factor-nestatic conditions increases with mycorrhizae by fungi of the genera Glomus, Trichoderma, Tuber in the transfer of plants from aseptic conditions.
References
Интенсивная технология производства фундука: хорватский опыт для украинских ореховодов. URL: https://east-fruit.com/plodoovoshchnoy-biznes/ intervyu/intensivnaya-tekhnologiya-proizvodstva-fundukakhorvatskiy-opyt-dlya-ukrainskikh-orekhovodov/.
Моуліс В., Бабанський В., Мацкевич В. Хорватська інтенсивна технологія вирощування фундука. Сучасні виклики і актуальні проблеми лісівничої освіти, науки та виробництва: матеріали І Міжнародної науково-практичної інтернет-конференції (Біла Церква, 15 квітня 2021 р.). Біла Церква: БНАУ, 2021. С. 113–116.
Eastern Filbert Blight – A Threat to Hazelnuts. URL: https://www.arborday.org/programs/hazelnuts/consortium/efb.cfm.
Мацкевич В. В. Мікроклональне розмноження видів рослин in vitro та їх постасептична адаптація. Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора сільськогосподарських наук за спеціальністю 06.01.05 – «селекція і насінництво. Сумський національний аграрний університет МОН України, Суми, 2020. 478 c.
Antonova, G., Zheleznichenko, T., Stasova, V. 2011. Changes in content and composition of phenolic acids during growth of xylem cells of Scots pine. Russian Journal of Developmental Biology. 42(4) Р. 238–246.
Мацкевич О. В., Прихода Н. Ю., Михайлюк Н. Ю., Мацкевич В. В. Особливості мінерального та повітряного живлення фундука. Аграрна освіта та наука: досягнення і перспективи розвитку: матеріали ІІІ Міжнародної науково-практичної конференції (Біла Церква, 30–31 березня 2022 р.). Біла Церква: БНАУ. 2022. С. 65–67.
Андрієвський В. В., Врублевський А. Т., Філіпова Л. М., Мацкевич В. В., Мацкевич О. В. Проблеми мікроклонального розмноження фундука. Агробіологія: зб. наук. пр., № 1. Біла Церква: БНАУ, 2019. С. 74–84.
Кушнір Г. П., Сарнацька В. В. Мікроклональне розмноження рослин. К., Наук. думка, 2005. 271 с.
Андрієвський В. В., Врублевський А. Т. Особливості введення грецького горіха in vitro. Біотехнологія: звершення та надії: збірник тез VI Міжнародної науково-практичної конференції, присвяченої до 120-річчя НУБіП України (14–16 листопада 2017 року, м. Київ). Компринт. С. 31.
Феноли або фенольні сполуки: властивості, типи, застосування. URL: https://uk.warbletoncouncil.org/fenoles-6768.
Поліщук С. В. Біологічна активність антиоксидантів в культурі тканин томата in vitro: Авто-реф. дис... канд. біол. наук: 03.00.20. Херсон. держ. пед. ун-т. Херсон, 1998. 18 с.
Калинин Ф. Л., Сарнацкая В. В., Полищук В. Е. Методы культуры ткани в физиологии и биохимии растений. Киев: Наукова думка, 1980. 488 с.
Damiano, C., Caternaro, J., Giovinazzi, J., Fratarelli, A. and Caboni, E. 2005. Micropropagation of hazelnut (Corylus avellana L.). Acta Hortic. 686(1): 221–226.
Ультрафіолет для рослин. URL: https://led-svitlo.com.ua/a298911-ultrafiolet-dlya-rastenij.html.
Jyoti, J. “Micropropagation of Hazelnut (Corylus species).” (2013). 168 p.
Gamborg, O. L. 2002. Plant tissue culture. biotechnology. milestones. In vitro Cellular & Developmental Biology-Plant 38(2): 84–92.
Yahyaoui E., Marinoni D. T., Botta R., Ruffa P., Germanà M. A. Is It Possible to Produce Certified Hazelnut Plant Material in Sicily? Identification and Recovery of Nebrodi
Genetic Resources, in vitro Establishment, and Innovative Sanitation Technique From Apple Mosaic Virus/Front. Plant Sci., 2021. https://doi.org/10.3389/fpls.2021.778142.
Gao, X., Liu, J., Ling, Q. 2008. Tissue culture and rapid propagation of hybrid hazelnut (Corylus heterophylla x C. avellana). Acta Horticulturae 771(2): 207–211.
Bacchetta, L., Aramini, M., Bernardini, C., Rugini, E. 2008. In vitro propagation of traditional Italian hazelnut cultivars as a tool for the valorization and conservation of
local genetic resources. Hortscience 43(2): 562–566.
Hand, Charles & Maki, Shinya & Reed, Barbara M.. (2014). Modeling optimal mineral nutrition for hazelnut micropropagation. Plant Cell Tissue and Organ Culture. 119.
–425. https://doi.org/10.1007/s11240-014-0544-y.
Hand, Charles R. 2013. Improving Initiation and Mineral Nutrition for Hazelnut (Corylus Avellana) Micropropagation. : Oregon State University.
Reed, B. M., Mentzer, J., Tanprasert, P., Yu, X. 1997. Internal bacterial contamination of micropropagated hazelnut: Identification and antibiotic treatment. Developments in Plant Pathology 12: 169–174.
Lakshmi, V., Hallan, V., Ram, R., Ahmed, N., Zaidi, A. A., and Varma, A. (2011). Diversity of Apple mosaic virus isolates in India based on coat protein and movement
protein genes. Indian J. Virol. 22, 44–49. doi: 10.1007/s13337-011-0036-1.
Kaya, E. (2021). Comparison of three different techniques for eradication of Apple mosaic virus (ApMV) from hazelnut (Corylus avellana L.). J. Plant Prot. Res. 61, 11–19. doi: 10.24425/jppr.2021.136275.
Подгаєцький А. А., Мацкевич В. В., Подгаєцький А. Ан. Особливості мікроклонального розмноження видів рослин: монографія. Біла Церква: Білоцерківський
національний аграрний університет, 2018. 209 с.
Yu, Xiaoling & Reed, Barbara M. (1995). A micropropagation system for hazelnuts (Corylus species). HortScience. HortScience. 30. 120–123. 10.21273/HORTSCI.30.1.120.
Mardani, N., Khadivi, A. & Vatanpour-Azghandi, A. Micropropagation of Three Commercial Cultivars of Hazelnut (Corylus avellana L.). Gesunde Pflanzen 72, 41–46 (2020).
https://doi.org/10.1007/s10343-019-00481-7.
Nas M. N., Yüksel B. and Sevgin N. Shortcut to long-distance developing of a tissue culture medium: micropropagation of mature almond cultivars as a case study.
Turkish Journal of Botany. 2013. 37(6). Р. 1134–1144.
Driver, J. A. and Kuniyuki, A. H. (1984). In Vitro Propagation of Paradox Walnut Rootstock. HortScience, 19, 507–509. https://www.researchgate. net/publication/235909861_In_vitro_propagation_of_Paradox_Walnut_root_stock.
Hand, Charles R. and Barbara M. Reed. “Minor nutrients are critical for the improved growth of Corylus avellana shoot cultures.” Plant Cell, Tissue and Organ Culture (PCTOC) 119 (2014): 427–439.
Терек О. І., Пацула О. І. Ріст і розвиток рослин: навч. посібник. Львів : ЛНУ імені Івана Франка, 2011. 328 с.
Nas, M.N. and P.E. Read. 2001. Micropropagation of hybrid hazelnut: medium composition, physical state and iron source affect shoot morphogenesis, multiplication and explant vitality. Acta Hort. 556: 251–258.
Nas, M.N. and P.E. Read. 2004. A hypothesis for the development of a defined tissue culture medium of higher plants and micropropagation of hazelnuts. Scientia Hortic. 101: 189–200.
Cvitanich, C., Przybyłowicz, W. J., Urbanski, D. F., Jurkiewicz, A. M., Mesjasz Przybyłowicz, J., Blair, M. W., Astudillo, C., Jensen, E. О., Stougaard, J. 2010. Iron and ferritin accumulate in separate cellular locations in Phaseolus seeds. BMC Plant Biology 10(1): 26.
Batty, L. and Younger, P. 2003. Effects of external iron concentration upon seedling growth and uptake of Fe and phosphate by the common reed, Phragmites australis
(cav.) trin ex. steudel. Annals of Botany 92(6): 801–806.
Dalton, C., Iqbal, K., Turner, D. 1983. Iron phosphate precipitation in Murashige and Skoog media. Physiol. Plantarum 57(4): 472–476.
Barbara Reed, Midyear report to the Oregon Department of Agriculture (ODA)/Oregon Association of Nurserymen (OAN) November, 2014.
Silvestri, Cristian et al. “Hazelnut (Corylus avellana L.) genetic resources and nursery industry improvement by biotechnological approaches.” (2015).
Hsu, S. Y., Hsu, Y. T., Kao, C.H. (2003) Ammonium ion, ethylene, and abscisic acid in polyethylene glycoltreated rice leaves. Biol. Plant. 46: pp. 239–242.
Meneghini, R. 1997. Iron homeostasis, oxidative stress, and DNA damage. Free Radical Biology and Medicine 23(5): 783–792.
Глосарій термінів з хімії. Й. Опейда, О. Швайка.
Ін-т фізико-органічної хімії та вуглехімії ім. Л. М. Литвиненка НАН України, Донецький національний університет. Донецьк: Вебер, 2008. 758 с.
Yu, Xiaoling & Reed, Barbara M.. (1993). Improved shoot multiplication of mature hazelnut (Corylus avellana L.) in vitro using glucose as a carbon source. Plant Cell Reports.
256–259. https://doi.org/10.1007/BF00237130.
Cristian Silvestri, Eddo Rugini & Valerio Cristofori The effect of CuSO4 for establishing in vitro culture, and the role nitrogen and iron sources in in vitro multiplication
of Corylus avellana L. cv. Tonda Gentile Romana PlantBiosystems – An International Journal Dealing with all Aspects of Plant Biology Official Journal of the Societa Botanica Italiana. 2019. https://doi.org/10.1080/11263504.2018.1549610.
Akin, M., Eyduran, E., Niedz, R.P. et al. Developing hazelnut tissue culture medium free of ion confounding. Plant Cell Tiss Organ Cult 130, 483–494 (2017). https://doi. org/10.1007/s11240-017-1238-z.
Tegg, R. S., Bhandari, S., McNeil, D. L. and Wilson, C. R. (2016). Tissue culture production of hazelnut – disinfestation and impact of agar content. Acta Hortic. 1109, 127–132 https://doi.org/10.17660/ActaHortic. 2016.1109.20 https: //doi.org/10.17660/ ActaHortic.2016.1109.20.
Hand, Charles R. et al. “Node position influences viability and contamination in hazelnut shoot explants.” In Vitro Cellular & Developmental Biology – Plant 52 (2016): Р. 580–589.
Akin, Meleksen et al. “Predicting minor nutrient requirements of hazelnut shoot cultures using regression trees.” Plant Cell, Tissue and Organ Culture (PCTOC) 132 (2017): 545–559.
Nas, Mehmet Nuri, "A hypothesis for the development of a defined tissue culture medium of higher plants and in vitro micropropagation of hybrid hazelnut" (2002). ETD collection for University of Nebraska – Lincoln. AAI3055283. https://digitalcommons.unl.edu/dissertations/AAI3055283.
Rovira, Mercè. 2021. "Advances in Hazelnut (Corylus avellana L.) Rootstocks Worldwide" Horticulturae 7, no. 9: 267. https://doi.org/10.3390/horticulturae7090267.
Ghaem M.S.A., Ebrahimzadeh H., Shetab Boshehri S.M. Effects of some growth regulators on hazelnut (Corylus Avellana L.) Micropropagation Iranian journal of horticultural science and technology fall 2010, Volume 11 , Number 3; P. 187–196.
Grauda, D., Mikelsone, A. Rashal, A. 2009. Use of antioxidants for enhancing flax multiplication rate in tissue culture. Proc. IIIrd IS on Acclim. and Establt. of Micropropagated Plants. Acta Hort. (ISHS) 812: 147–152
Скрипченко Н. В., Мацкевич В. В., Філіпова Л. М., Кибенко І. І. Особливості мікроклонального розмноження представників роду Actinidia. Інтродукція рослин:
Міжнародний науковий журнал. 2017. № 1. С. 88–96.
Thomson, Graeme & Deering, T. (2011). Effect of cytokinin type and concentration on in vitro shoot proliferation of hazelnut (Corylus avellana L.). New Zealand Journal of Crop and Horticultural Science. 39. 209–213. 10.1080/01140671.2011.559253.
Andrés, H., Fernández, B., Rodríguez, R. et al. Phytohormone contents in Corylus avellana and their relationship to age and other developmental processes. Plant Cell, Tissue and Organ Culture 70, 173–180 (2002). https://doi.org/10.1023/A:1016347921550.
Gentile, A., Frattarelli, A., Nota, P. et al. The aromatic cytokinin meta-topolin promotes in vitro propagation, shoot quality and micrografting in Corylus colurna L. Plant Cell Tiss Organ Cult 128, 693–703 (2017). https://doi.org/10.1007/s11240-016-1150-y.
Silva, A.P., Santos, A., Rosa, E. and Rodríguez, A. (2001). Concentration of individual cytokinins in nuts of Corylus avellana L. and their relationship with blanks. Acta Hortic. 556, 385–392 DOI: 10.17660/ActaHortic.2001.556.57 https://doi.org/10.17660/ActaHortic.2001.556.57.
Mardani, N., Khadivi, A. & Vatanpour-Azghandi, A. Micropropagation of Three Commercial Cultivars of Hazelnut (Corylus avellana L.). Gesunde Pflanzen 72, 41–46 (2020).
https://doi.org/10.1007/s10343-019-00481-7.
Frick E.M., Strader L.C., Roles for IBA-derived auxin in plant development, Journal of Experimental Botany, Volume 69, Issue 2, 5 January 2018, Pages 169–177. https://doi.org/10.1093/jxb/erx298.
Korasick, David A., Tara A. Enders, and Lucia C. Strader. Auxin biosynthesis and storage forms. Journal of experimental botany 64.9 (2013): 2541–2555.
Bartel B, LeClere S, Magidin M, Zolman B (2001) Inputs to the active indole3-acetic acid pool: de novo synthesis, conjugate hydrolysis, and indole-3- butyric acid β-oxidation. J Plant Growth Regul 20:198–216.
Read, P.E., Nas, M.N. and Miller, V.I. (2007). Acclimatization and establishment of micropropagated plants of hazelnut (Corylus spp.) hybrids. Acta Hortic. 748, 199–202. https://doi.org/10.17660/ActaHortic. 2007.748.25.
Nicholson J., Shukla M.R., Saxena P. K. In vitro rooting of hybrid hazelnuts (Corylus avellana × Corylus americana) in a temporary immersion system. Botany. 2019. 98(7): 343–352. https://doi.org/10.1139/cjb-2019-0206.
Kozai T., Afreen F., Zobayed S.M.A. Photoautotrophic (sugar-free medium) Micropropation as a New Micropropagation and Transplant Production System. 2005. 316 p.
Мацкевич В.В., Філіпова Л.М. Андрієвський В.В. Фотоавтотрофний метод мікроклонального розмноження ожини. Сучасні агробіотехнології та землеустрій в
Україні. Тези доповідей Державної науково-практичної конференції 19 листопада 2015 р. (м. Біла Церква). С. 8–9.
Mirabelli, C. & Tullio, M. & Pierandrei, F. & Rea, Elvira. (2009). Effect of arbuscular mycorrhizal fungi on micropropagated hazelnut (Corylus avellana L.) plants. Acta Horticulturae. 812. 467-472. 10.17660/ActaHortic.2009.812.67.
Srivastava, P. & Bharti, Nisha & Pande Katare, Deepshikha & Srivastava, Sheela. (2002). Role of Mycorrhiza in In Vitro Micropropagation of Plants. 10.1007/978-94-017-3209-3_23.
Мікориза МікоФренд комплексний мікоризоутворюючий біопрепарат 30г. URL: https://promgidroponika.com.ua/ua/p1406483123-mikoriza-mikofrend kompleksnyj.html.
Чи потрібна мікоризація у плодових рослин. URL: https://btu-center.com/publication/2020/chi-potribna-mikorizatsiya-u-plodovikh-roslin/.
Саженец трюфеля. URL: http://truffland.com/index.php/ru/services1.
«Король» грибів: чи варто фермерам вирощувати трюфель? URL: https://kurkul.com/interview/260-korolgribiv-chi-varto-fermeram-viroschuvati-tryufel.
Нужна ли микоризация у плодовых растений. URL: https://propozitsiya.com/nuzhna-li-mikorizaciya-uplodovyh-rasteniy.
Трюфель і фундук – спільний бізнес. URL: https://pro-orehi.ru/trufel-i-funduk-sovmestimyj-biznes/.
