Біотехнологічні аспекти впливу важких металів на ранні етапи росту та розвитку рослин Carlina onopordifolia Besser ex Szafer, Kulcz. et Pawł

Abstract

Критичним етапом онтогенезу рослин є проростання насіння, яке слугує чутливим індикатором толерантності до абіотичних стресів, зокрема важких металів. У роботі досліджено вплив іонів кадмію (CdCl₂ 0,1–10 мМ) та купруму (CuSO4 0,1–5 мМ) на проростання насіння Carlina onopordifolia in vitro на середовищі МС/2. Встановлено дозозалежне пригнічення кінцевого відсотка проростання (FGP), середньодобового проростання (MDG) та індексу проростання (GI), а також збільшення середнього часу проростання (MGT). Показано, що додавання лимонної кислоти (750 мг/л) до середовища МС/2 після культивування на 0,1 мМ Cu²⁺ ефективно пом’якшує негативні наслідки стресу. Приріст довжини кореня збільшився на 48,84 %, довжини листків – на 24,04 %, а інтенсивність утворення нових листків – у 1,7 раза порівняно з контролем. Отримані результати свідчать про відносну стійкість C. onopordifolia до низьких концентрацій кадмію та високу чутливість до купруму. Використання лимонної кислоти є перспективним біотехнологічним підходом для підвищення толерантності рідкісного виду до металотоксикозу.

Critical stage of plant ontogenesis is seed germination, which serves as a sensitive indicator of tolerance to abiotic stresses, particularly heavy metals. The study investigated the effect of cadmium ions (CdCl₂ 0.1–10 mM) and copper ions (CuSO₄ 0.1–5 mM) on seed germination of Carlina onopordifolia in vitro on MS/2 medium. A dose-dependent inhibition of final germination percentage (FGP), mean daily germination (MDG), and germination index (GI), as well as an increase in mean germination time (MGT), was established. It was shown that the addition of citric acid (750 mg/L) to the MS/2 medium after cultivation on 0.1 mM Cu²⁺ effectively mitigates the negative effects of stress. Root length increment increased by 48.84%, leaf length by 24.04%, and the intensity of new leaf formation was 1.7 times higher compared to the control. The obtained results indicate the relative resistance of C. onopordifolia to low concentrations of cadmium and high sensitivity to copper. The use of citric acid is a promising biotechnological approach for increasing the tolerance of this rare species to metal toxicity.