Effect of cadmium salts on the growth and development of Sorghum plants in vitro

Keywords: metal ions, cadmium salts, viable seedlings, necrotic spots, nutrient medium

Abstract

Aims. To investigate the effect of different concentrations of cadmium salts on the growth and development of shoots of the Sorghum genus under in vitro conditions and to select tolerant forms when creating a starting material resistant to abiotic factors. Methods. Laboratory, biotechnological, measuring, calculation and comparison, analysis, statistical. Results. It was established that Sorghum shoots, regardless of the concentrations of cadmium salts, were most sensitive in broom Sorghum, and most resistant in the Sorghum sudanese hybrid. Studies indicate that at CdCl2 concentrations of 10.0 mg/l, 82 to 95 % of shoots were obtained on the third day of cultivation. In the control variant, viable shoots were 93 %, in the Sorghum sudanese hybrid 95 %, in sorites and grain Sorghum – 90 %, and the least in broom Sorghum – 82 %. With an increase in concentration up to 15.0 mg/l, 70 to 87 % of the studied samples were obtained. The highest indicatorswere observed in the control (87 %), Sorghum sudanese hybrid and grain Sorghum (85 %), and the lowest in broom Sorghum (70 %). The concentration of 20.0 mg/l was more toxic and 44 to 54 % of necrotic shoots were noted on all variants. As in previous studies, the highest rates were in the control – 54 % and in the Sorghum sudanese hybrid and grain Sorghum – 50 %, slightly lower in soriz – 47 % and the lowest in broom sorghum – 44 %. Conclusions. It was proven that shoots of broom Sorghum had the lowest tolerance, and shoots of the Sorghum sudanese hybrid had the highest, regardless of the concentrations of cadmium salts and cultivation period. It was established that on the third day of cultivation, the viability of the shoots varied from 82 to 95 % (10 mg/l) and from 70 to 87 % (15.0 mg/l), and subsequently their viability sharply decreased. It was analyzed that necrotic shoots were not observed at concentrations of 1.0 and 2.5 mg/l and almost at 5.0 mg/l (only in 5 % broom Sorghum). Increasing the concentration to 17.5 mg/l resulted in a significant increase in necrotic and dead Sorghum shoots. The optimal concentration is to use 10.0 and 15.0 mg/l.

References

1. Редько В. І., Недяк Т. М., Драгунова O. K. Вплив солей кадмію на рослини цукрових буряків у культурі in vitro. Збірник наукових праць Інституту цукрових буряків УААН. 2005. №. 8. С. 425–429.
2. Штапенко О. В., Гевкан І. І., Сливчук Ю. І. Особливості цитотоксичного впливу кадмій хлориду на клітини in vitro. Біологія тварин. 2018. №. 20, № 1. С. 123–129.
3. Мірюта Н. Ю. Рослини Deschampsia antarctica E. Desv. з різним числом хромосом в умовах вирощування in vitro. Ймовірнісні зв’язки трьох показників пристосовуваності між собою та з розміром геному. Фактори експериментальної еволюції організмів. 2017. №. 20. С. 293–298.
4. Любченко І. О., Рябовол Л. О., Любченко А. І. Використання культури in vitro в адаптивній селекції рослин (огляд літератури). Збірник наукових праць Уманського національного університету садівництва. 2016. № 88 (1). С. 126–139.
5. Рябовол Л. О., Любченко А. І., Єщенко О. В. Добір стійких до іонів Ва2+ клітинних ліній цикорію коренеплідного та програмування їх морфогенної активності. Зб. наук. праць УДАУ «Основи формування продуктивності сільськогосподарських культур за інтенсивних технологій вирощування». Київ, 2008. С. 370–374.
6. Gonçalves J. F. et al. Cadmium and mineral nutrient accumulation in potato plantlets grown under cadmium stress in two different experimental culture conditions. Plant Physiology and Biochemistry. 2009. Т. 47. №. 9. С. 814–821.
7. Olabarrieta I. et al. In vitro effects of cadmium on two different animal cell models. Toxicology in vitro. 2001. Т. 15. №. 4–5. С. 511–517.
8. Manquián-Cerda K. et al. Effect of cadmium on phenolic compounds, antioxidant enzyme activity and oxidative stress in blueberry (Vaccinium corymbosum L.) plantlets grown in vitro. Ecotoxicology and environmental safety. 2016. Т. 133. С. 316–326.
9. Wiszniewska A. et al. Comparative assessment of response to cadmium in heavy metal-tolerant shrubs cultured in vitro. Water, Air, & Soil Pollution. 2017. Т. 228. С. 1–13.
10. Muszyńska E., Hanus-Fajerska E., Ciarkowska K. Studies on lead and cadmium toxicity in Dianthus carthusianorum calamine ecotype cultivated in vitro. Plant Biology. 2018. Т. 20. №. 3. С. 474–482.
11. Leoni G. et al. Influence of cadmium exposure on in vitro ovine gamete dysfunction. Reproductive toxicology. 2002. Т. 16. №. 4. С. 371–377.
12. Chen X. et al. Effects of cadmium on osteoblasts and osteoclasts in vitro. Environmental Toxicology and Pharmacology. 2009. Т. 28. №. 2. С. 232–236.
13. Shekhawat G. S. et al. In vitro biochemical evaluation of cadmium tolerance mechanism in callus and seedlings of Brassica juncea. Protoplasma. 2010. Т. 239. С. 31–38.
14. Ashrafzadeh S., Leung D. W. M. Novel potato plants with enhanced cadmium resistance and antioxidative defence generated after in vitro cell line selection. Plos one. 2017. Т. 12. №. 10. С. e0185621.
15. Soleimani S. H. et al. Cadmium accumulation and alkaloid production of Narcissus tazetta plants grown under in vitro condition with cadmium stress. Plant Physiology Reports. 2020. Т. 25. С. 51–57.
16. Fornazier R. F. et al. Cadmium stress in sugar cane callus cultures: effect on antioxidant enzymes. Plant Cell, Tissue and Organ Culture. 2002. Т. 71. С. 125–131.
17. Xu J., Yin H. X., Li X. Protective effects of proline against cadmium toxicity in micropropagated hyperaccumulator, Solanum nigrum L. Plant cell reports. 2009. Т. 28. С. 325–333.
18. Рябовол Л. О. Клональне мікророзноження рослин. Методичні рекомендації для проведення лабора- торно-практичних занять з «Біотехнології рослин». Умань: УДАА, 2001. 16 с.
19. Us-Camas, R., Rivera-Solís, G., Duarte-Aké, F. et al. In vitro culture: an epigenetic challenge for plants. Plant Cell Tiss Organ Cult 118, 2014. 187–201.
20. Войтовська В. І., Сторожик Л. І., Любич В. В., Третьякова С. О. Вегетативне розмноження сорго цукрового і зернового: метод. рек. Нац. акад. аграр. наук України, УНУС. Умань. 2019. С. 17.
21. Бабак В. П., Білецький А. Я., Приставка П. О., Приставка О. П. Статистична обробка даних: Монографія. Київ: МІВВЦ, 2001. 388 с.
Published
2025-11-28
Section
BREEDING, SEED PRODUCTION