M.V. Lomonosov Northern (Arctic) Federal University
Moscow, Russian Federation
Russian Federation
Vologda, Vologda, Russian Federation
Karavaevo, Russian Federation
Arkhangelsk, Russian Federation
The paper presents the results of studies on clonal micropropagation of female plants of cloudberry (Rubus chamaemorus L.) at the stage of rooting microshoots in vitro. R. chamaemorus is an economically valuable forest berry plant in food and medicinal terms. Cloudberry cultivation in depleted peat deposits is promising. To obtain a large amount of planting material for plantation cultivation of forest berry plants, it is advisable to use the method of clonal micropropagation. It is necessary to improve the technology for growing R. chamaemorus in in vitro culture for forms of Northern Russian origin. The objects of study are plants of R. chamaemorus of the Arkhangelsk, Vologda, Karelian and Khanty-Mansiysk forms. At the stage of rooting of microshoots in vitro, the largest values of the number (3.7–6.0 pcs.) and total length (14.2–25.9 cm) of roots in female plants of R. chamaemorus were noted on the MS nutrient medium compared to options for diluting the mineral composition in 2 and 4 times. An increase in the concentration of IAA auxin in the nutrient medium from 0.5 to 1.0 mg/l contributed to a 1.4–1.8 times increase in the number of roots of female R. chamaemorus plants in culture in vitro, as well as an increase in the Karelian form (1. 3 times) and a decrease in the Arkhangelsk and Khanty-Mansi forms (1.2–1.4 times) in the total length of roots.
cloudberry, clonal micropropagation, in vitro, rhizogenesis, nutrient medium, growth regulators
Введение. Морошка приземистая (Rubus chamaemorus L.) – высокоценное в лекарственном и пищевом отношении лесное ягодное растение, пользующееся определенным спросом на рынке плодово-ягодной продукции. Плоды морошки содержат значительное количество антиоксидантов, флавоноидов и фенольных соединений, сахара, бензойную и аскорбиновую кислоты, множество полезных макро- и микроэлементов. В народной медицине плоды, листья и корни используются при лечении множества заболеваний и восстановлении обмена веществ. Ягоды используют при приготовлении джемов, компотов, кондитерских изделий и др. [1–3].
R. chamaemorus распространена в Северной Америке и Евразии (в т. ч. в широтном протяжении по всей территории в России), произрастает на верховых болотах и в заболоченных хвойных лесах, однако в естественных популяциях имеет довольно низкую урожайность [1]. Исследователями отмечались перспективы культивирования данного вида на выработанных торфяных месторождениях [4, 5]. Создание ягодных плантаций на таких территориях может способствовать значительному повышению урожайности, восстановлению зарослей лесных ягодных растений и уменьшению негативных последствий оставления неиспользуемых земель без рекультивации [6].
Традиционными способами размножения ягодных растений не всегда возможно обеспечить необходимое количество и качество посадочного материала для выращивания в промышленных масштабах. В связи с этим для получения посадочного материала следует использовать метод клонального микроразмножения, позволяющий ускоренно вырастить большое число оздоровленных растений [7]. Различными исследователями проводились опыты по выращиванию R. chamaemorus в культуре in vitro [8–11], однако требуется совершенствование технологии клонирования вида с учетом генетических особенностей для форм севернороссийского происхождения.
Цель исследования – изучение влияния состава питательной среды и концентрации ауксина ИУК на образование корней женских растений R. chamaemorus севернороссийского происхождения в культуре in vitro.
Объекты и методы. Объектами исследования служили женские растения R. chamaemorus форм, отобранных в местах естественного произрастания в северных регионах европейской части России – Карельская, Архангельская, Вологодская и Ханты-Мансийская. Исследования по клональному микроразмножению растений проводили по общепринятым методикам [7] на базе САФУ им. М.В. Ломоносова и Вологодской ГМХА им. Н.В. Верещагина в 2020–2023 гг. Растения-регенеранты культивировали на питательной среде Мурасиге-Скуга (МС) при 16-часовом фотопериоде, температуре воздуха 23–25 °C и влажности воздуха 75–80 %. На этапе укоренения микропобегов in vitro в качестве регулятора роста использовали индолилуксусную кислоту (ИУК) в концентрациях 0,5 и 1,0 мг/л. Учитывали число и длину корней в расчете на 1 растение. Опыты проводили с 10-кратной повторностью, по 15 пробирочных растений в каждой. Достоверность полученных данных оценивали при помощи наименьшей существенной разности на 5 % уровне значимости (НСР05) и двухфакторного дисперсионного анализа (фактор А – состав питательной среды, фактор Б – концентрация регулятора роста).
Результаты и их обсуждение. В результате проведенных исследований выявлено, что на этапе укоренения микропобегов in vitro у женских растений R. chamaemorus большее число корней формировалось на питательной среде МС и варьировало в среднем от 3,7 до 6,0 шт., тогда как на среде МС 1/2 оно было меньше в 1,3–1,5 раза, а на МС 1/4 – в 2,1–2,8 раза. При повышении в питательной среде концентрации ауксина ИУК от 0,5 до 1,0 мг/л число корней исследуемых растений R. chamaemorus увеличивалось у форм Вологодская и Ханты-Мансийская в 1,4 раза, у формы Карельская – в 1,8 раза, а у формы Архангельская различия были не существенны (табл. 1).
Таблица 1
Число корней женских растений R. chamaemorus в культуре in vitro
в зависимости от состава питательной среды, шт.
|
Состав питательной среды |
Концентрация ИУК, мг/л |
Среднее |
|
|
0,5 |
1,0 |
||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
|
Форма Карельская |
|||
|
МС |
3,6 |
6,0 |
4,8 |
|
МС 1/2 |
2,7 |
5,1 |
3,9 |
|
МС 1/4 |
1,6 |
3,2 |
2,4 |
|
Среднее |
2,6 |
4,8 |
– |
|
НСР05 ф. А = 0,80, ф. Б = 0,68, общ. = 0,91 |
|||
|
Форма Архангельская |
|||
|
МС |
3,2 |
4,2 |
3,7 |
|
МС 1/2 |
2,6 |
3,0 |
2,8 |
|
МС 1/4 |
1,0 |
1,6 |
1,3 |
|
Среднее |
2,3 |
2,9 |
– |
|
НСР05 ф. А = 0,84 ф. Б = 0,71 , общ. = 0,96 |
|||
|
Форма Вологодская |
|||
|
МС |
4,1 |
5,2 |
4,7 |
|
МС 1/2 |
2,2 |
4,0 |
3,1 |
|
МС 1/4 |
1,5 |
2,0 |
1,8 |
|
Среднее |
2,6 |
3,7 |
– |
|
НСР05 ф. А = 0,91, ф. Б = 0,84, общ. = 1,05 |
|||
Окончание табл. 1
|
1 |
2 |
3 |
4 |
|
Форма Ханты-Мансийская |
|||
|
МС |
5,3 |
6,6 |
6,0 |
|
МС 1/2 |
2,2 |
4,5 |
3,4 |
|
МС 1/4 |
2,5 |
3,1 |
2,8 |
|
Среднее |
3,3 |
4,7 |
– |
|
НСР05 ф. А = 0,97 , ф. Б = 0,86, общ. = 1,12 |
|||
Средняя длина корней женских растений R. chamaemorus в культуре in vitro на питательной среде МС составляла 2,4–6,0 см, тогда как на среде МС 1/2 данный показатель был меньше в 1,4–1,6 раза, на среде МС 1/4 – в 2,0–2,9 раза. С повышением в питательной среде концентрации ауксина ИУК от 0,5 до 1,0 мг/л наблюдалось уменьшение средней длины корней исследуемых форм R. chamaemorus в 1,4–1,8 раза (табл. 2).
Таблица 2
Средняя длина корней женских растений R. chamaemorus в культуре in vitro
в зависимости от состава питательной среды, см
|
Состав питательной среды |
Концентрация ИУК, мг/л |
Среднее |
|
|
0,5 |
1,0 |
||
|
Форма Карельская |
|||
|
МС |
5,2 |
3,6 |
4,4 |
|
МС 1/2 |
3,1 |
2,2 |
2,7 |
|
МС 1/4 |
1,8 |
1,5 |
1,7 |
|
Среднее |
3,4 |
2,4 |
- |
|
НСР05 ф. А = 0,89, ф. Б = 0,81, общ. = 0,93 |
|||
|
Форма Архангельская |
|||
|
МС |
6,0 |
3,1 |
4,6 |
|
МС 1/2 |
3,5 |
2,0 |
2,8 |
|
МС 1/4 |
2,0 |
1,1 |
1,6 |
|
Среднее |
3,8 |
2,1 |
– |
|
НСР05 ф. А = 0,94, ф. Б =0,72 , общ. = 1,06 |
|||
|
Форма Вологодская |
|||
|
МС |
4,0 |
2,3 |
3,2 |
|
МС 1/2 |
2,5 |
2,1 |
2,3 |
|
МС 1/4 |
1,9 |
1,2 |
1,6 |
|
Среднее |
2,8 |
1,9 |
– |
|
НСР05 ф. А = 0,99, ф. Б = 0,73, общ. = 0,96 |
|||
|
Форма Ханты-Мансийская |
|||
|
МС |
5,8 |
3,2 |
4,5 |
|
МС 1/2 |
3,6 |
2,3 |
3,0 |
|
МС 1/4 |
2,4 |
1,6 |
2,0 |
|
Среднее |
3,9 |
2,4 |
– |
|
НСР05 ф. А = 0,86, ф. Б = 0,75, общ. = 0,98 |
|||
Суммарная длина корней женских растений R. chamaemorus в культуре in vitro при выращивании на питательной среде МС варьировала в среднем от 14,2 (у формы Вологодская) до 25,9 см (у формы Ханты-Мансийская). При этом в вариантах со средой с МС 1/2 данный показатель был меньше в 2,0–2,6 раза, с МС 1/4 – в 4,7–7,5 раза.
Таблица 3
Суммарная длина корней женских растений R. chamaemorus
в культуре in vitro в зависимости от состава питательной среды, см
|
Состав питательной среды |
Концентрация ИУК, мг/л |
Среднее |
|
|
0,5 |
1,0 |
||
|
Форма Карельская |
|||
|
МС |
18,7 |
21,6 |
20,2 |
|
МС 1/2 |
8,4 |
11,2 |
9,8 |
|
МС 1/4 |
2,9 |
4,8 |
3,9 |
|
Среднее |
10,0 |
12,5 |
– |
|
НСР05 ф. А = 1,46, ф. Б = 1,16, общ. =1,29 |
|||
|
Форма Архангельская |
|||
|
МС |
19,2 |
13,0 |
16,1 |
|
МС 1/2 |
8,3 |
6,0 |
7,2 |
|
МС 1/4 |
2,0 |
1,8 |
1,9 |
|
Среднее |
9,8 |
6,9 |
– |
|
НСР05 ф. А = 1,27 ф. Б = 1,10, общ. = 1,40 |
|||
|
Форма Вологодская |
|||
|
МС |
16,4 |
12,0 |
14,2 |
|
МС 1/2 |
5,5 |
8,4 |
7,0 |
|
МС 1/4 |
2,9 |
2,4 |
2,7 |
|
Среднее |
8,3 |
7,6 |
– |
|
НСР05 ф. А = 1,42, ф. Б = 1,15, общ. = 1,63 |
|||
|
Форма Ханты-Мансийская |
|||
|
МС |
30,7 |
21,1 |
25,9 |
|
МС 1/2 |
7,9 |
10,4 |
9,2 |
|
МС 1/4 |
6,0 |
5,0 |
5,5 |
|
Среднее |
14,9 |
12,2 |
– |
|
НСР05 ф. А = 1,73, ф. Б = 1,54, общ. = 1,66 |
|||
При повышении в питательной среде концентрации ауксина ИУК от 0,5 до 1,0 мг/л суммарная длина корней R. chamaemorus в культуре in vitro у форм Архангельская и Ханты-Мансийская уменьшалась в среднем в 1,2–1,4 раза, тогда как у формы Карельская она увеличивалась в 1,3 раза, а у формы Вологодская статистически значимых различий не было выявлено.
Заключение. Таким образом, при клональном микроразмножении женских растений R. chamaemorus форм севернороссийского происхождения на этапе укоренения in vitro число и длина корней на питательной среде МС с полным минеральным составом была больше, чем при разбавлении состава среды в 2 и 4 раза. При увеличении концентрации в питательной среде ауксина ИУК от 0,5 до 1,0 мг/л число корней растений R. chamaemorus увеличивалось, при этом суммарная длина корней у форм Архангельская и Ханты-Мансийская уменьшалась, а у формы Карельская увеличивалась. Результаты исследований могут быть применены в дальнейшей работе по ускоренному получению посадочного материала морошки приземистой.
1. Kosicyn V.N. Moroshka: biologiya, resursnyy potencial, vvedenie v kul'turu: monografiya. M.: VNIILM, 2001. 140 s.
2. Velichko N.A., Sharoglazova L.P., Smol'nikova Ya.V. Issledovanie lipidnogo sostava plodov predstaviteley roda Rubus i ocenka perspektivy ih primeneniya v pischevyh tehnologiyah // Vestnik KrasGAU. 2016. № 7. S. 137–145.
3. Afrin S. Chemopreventive and Therapeutic Effects of Edible Berries: A Focus on Colon Cancer Prevention and Treatment // Molecules. 2016. Vol. 21. P. 169. DOI: 10.3390/ molecules21020169.
4. Kokko H., Teittinen H., Kärenlampi S. Revegetation of Petland for Cloudberry Cultivation // Proc. 12th Int. Congress “Wise Use of Peatlands”, Tampere, Finland, 6–11 June, 2004. P. 379–382.
5. Bussieres J., Rochefort L., Lapointe L. Cloudberry Cultivation in Cutover Peatland: Improved Growth on Less Decomposed Peat // Can. J. Plant Sci. 2015. Vol. 95. P. 479–489. DOI:https://doi.org/10.4141/CJPS-2014-299.
6. Tyak G.V., Kurlovich L.E., Tyak A.V. Biologicheskaya rekul'tivaciya vyrabotannyh torfyanikov putem sozdaniya posadok lesnyh yagodnyh rasteniy // Vestnik Kazanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2016. T. 11, № 2. S. 43–46.
7. Sel'skohozyaystvennaya biotehnologiya i bioinzheneriya: uchebnik / V.S. Sheveluha [i dr.]. M.: URSS, 2015. 715 s.
8. Thiem B. Micropropagation of Cloudberry (Rubus chamaemorus L.) by Initiation of Axillary Shoots // Acta Soc. Bot. Pol. 2001. Vol. 70. P. 11–16.
9. In Vitro Propagation of Cloudberry (Rubus chamaemorus) / I. Martinussen [et al.] // Plant Cell Tissue Organ Cult. 2004. Vol. 78. P. 43–49.
10. Debnath S.C. A Two-step Procedure for In Vitro Multiplication of Cloudberry (Rubus chamaemorus L.) Shoots Using Bioreactor // Plant Cell Tissue and Organ Cult. 2007. Vol. 88. № 2. P. 185–191. DOI:https://doi.org/10.1007/s11240-006-9188-x.
11. Zontikov D.N., Zontikova S.A., Malahova K.V. Vliyanie sostava pitatel'nyh sred i regulyatorov rosta pri klonal'nom mikrorazmnozhenii nekotoryh hozyaystvenno cennyh predstaviteley roda Rubus L. // Agrohimiya. 2021. № 6. S. 36–42. DOI:https://doi.org/10.31857/S0002188121060144.
