Россия
Северный (Арктический) федеральный университет имени М. В. Ломоносова
Москва, Россия
Караваево, Россия
Вологда, Вологодская область, Россия
Архангельск, Россия
Цель исследований – изучение влияния состава культуральной среды и концентрации 2-изопентиладенина на побегообразование in vitro форм морошки приземистой, отобранных в северных регионах европейской части России и Сибири. Объекты исследования – растения морошки приземистой форм Ленинградская и Кондинская, отобранных в природных местах Выборгского района Ленинградской области и Кондниского района Ханты-Мансийского АО – Югры. Исследования проводили в 2022–2024 гг. по общепринятым методикам микроклонального размножения растений. Проводили учет числа, средней длины и суммарной длины микропобегов в расчете на одно растение-регенерант. Повторность опыта 3-кратная, по 10 растений в каждом. Максимальные значения числа микропобегов морошки приземистой (в среднем 3,3–3,7 шт.), их средней длины (1,6–1,8 см) и суммарной длины (5,5–7,0 см) отмечены при выращивании растений-регенерантов in vitro на культуральной среде MC. На культуральной среде МС ½ число, средняя длина и суммарная длина микропобегов морошки приземистой in vitro была меньше, чем на среде МС, в среднем в 1,4, в 1,2–1,6 и в 2,1–2,3 раза соответственно, на среде МС ¼ – меньше в 2,8, в 1,6–2,6 и в 4,6–6,4 раза. Повышение концентрации цитокинина 2-iP от 0,5 до 1,0 мг/л в составе культуральной среды способствовало увеличению числа микропобегов (в среднем в 1,3 раза) морошки приземистой в культуре in vitro и уменьшению их средней длины (в 2–3,2 раза) и суммарной длины (в 2,8–3,1 раза).
морошка приземистая, Rubus chamaemorus, клональное микроразмножение, in vitro, органогенез, культуральная среда, регуляторы роста
Введение. На севере России и в странах Северной Европы (особенно в Норвегии и Финляндии) морошка приземистая (Rubus chamaemorus L.) является востребованным на рынке ягодным видом, обладающим высокой пищевой ценностью, и используется в пищевой промышленности и домашней кулинарии. Вкусовые свойства морошки позволяют употреблять их не только в свежем виде, но также и в виде варенья, повидла, джемов, компотов, соков, добавок для кондитерских и хлебобулочных изделий [1, 2]. В зрелых плодах морошки содержатся сахара, белки, клетчатка, органические кислоты (лимонная, яблочная), витамины A, В, С, РР, минеральные вещества (калий, кобальт, железо фосфор и др.), Кроме того, в плодах морошки много пектинов, дубильных веществ, каротиноидов, флавоноидов, эллагитаннинов. При этом экстракты плодов морошки имеют высокую антиоксидантную и биологическую активность,
проявляют разностороннее фармакологическое (в т. ч. антимикробное, диетическое и противораковое) действие [3–9].
В условиях необходимости импортозамещения на сегодняшний день интенсификация отрасли отечественного ягодоводства требует широкого использования высокотехнологичных приемов. Известно, что основные сорта ягодных культур возникли в результате сложных скрещиваний и характеризуются высоким уровнем гетерозиготности, в связи с чем их размножение традиционным семенным способом не позволяет растениям сохранить весь набор хозяйственно значимых признаков исходной формы [10, 11]. Для большинства ягодных растений эту проблему можно решить с помощью применения технологий клонального микроразмножения растений.
Разработка и совершенствование методов in vitro для микроразмножения морошки приземистой может найти применение не только в сельскохозяйственном производстве, но и в вопросах сохранения и искусственного поддержания численнности популяций данного вида во многих странах мира. Существующие в настоящее время технологии размножения морошки in vitro [12–16] требуют их всесторонней доработки для целей полного обеспечения необходимого объема посадочного материала этой ценной культуры, в т. ч. с учетом генетических особенностей форм, полученных из природно-климатических условий произрастания северных регионов европейской части России и Сибири.
Цель исследований – изучение влияния состава культуральной среды и концентрации
2-изопентиладенина на побегообразование in vitro форм морошки приземистой, отобранных в северных регионах европейской части России и Сибири.
Объекты и методы. Исследования проводили в 2022–2024 гг. по общепринятым методикам микроклонального размножения растений [17, 18]. В качестве объектов исследования изучали растения форм морошки приземистой, отобранных в местах естественного произрастания – Ленинградская (Выборгский район Ленинградской области) и Кондинская (Кондинский район Ханты-Мансийского АО – Югры). В качестве эксплантов использовали апикальные меристемы растений. Растения выращивали на культуральной среде по прописи Мурасиге-Скуга (МС) [19], в т. ч. в вариантах с разбавлением минеральной основы бидистилированной водой в 2 и 4 раза (уровень кислотности среды pHKCl – 5,3–5,5). Далее культивирование растений-регенерантов проводили в световой комнате при температуре воздуха 23–25 °C, относительной влажности воздуха 75–80 %, 16-часовом фотопериоде. Для регулирования ростовых процессов на этапе «собственно микроразмножение» в культуральную среду добавляли
2-изопентиладенин (2-iP) в концентрациях 0,5 и 1,0 мг/л. Проводили учет числа, средней длины и суммарной длины микропобегов в расчете на одно растение-регенерант. Повторность опыта 3-кратная, по 10 растений в каждой. Для оценки достоверности различий между средними данными вариантов опытов проводили по общепринятым методикам [20], использовали двухфакторный дисперсионный анализ при помощи наименьшей существенной разности для 5 % уровня значимости (НСР05), где факторы: А – состав культуральной среды; Б – концентрация росторегулирующего вещества.
Результаты и их обсуждение. В ходе исследований выявлено, что при культивировании in vitro на этапе «собственно микроразмножение» у растений морошки приземистой наибольшее число микропобегов формировалось на культуральной среде МС: у формы Ленинградская оно составляло в среднем 3,3 шт., у формы Кондинская – 3,7 шт., что значительно больше, чем на средах МС ½ (в 1,4 раза) и МС ¼ (в 2,8 раза) (табл. 1).
Повышение концентрации цитокинина 2-iP от 0,5 до 1,0 мг/л в культуральной среде не оказало влияния на число микропобегов in vitro растений морошки у формы Ленинградская, тогда как у формы Кондинская способствовало незначительному уменьшению их числа в среднем в 1,3 раза.
Наибольшие показатели средней длины микропобегов исследуемых форм морошки в культуре in vitro (в среднем 1,6–1,8 см) наблюдались на культуральной среде МС. В то же время на среде МС ½ значения данного параметра были меньше в 1,2–1,6 раза, на среде МС ¼ – в 1,6–2,6 раза (табл. 2).
Таблица 1
Число микропобегов in vitro морошки приземистой в зависимости
от состава культуральной среды и концентрации 2-iP, шт.
|
Форма |
Концентрация 2-iP, мг/л |
Состав культуральной среды |
Среднее |
||
|
МС |
МС ½ |
МС ¼ |
|||
|
Ленинградская |
0,5 |
3,6 |
2,0 |
1,1 |
2,2 |
|
1,0 |
2,9 |
2,5 |
1,3 |
2,2 |
|
|
Среднее |
3,3 |
2,3 |
1,2 |
– |
|
|
НСР05 : А = 0,80; Б = 0,90; АБ = 0,96 |
|||||
|
Кондинская |
0,5 |
4,1 |
3,0 |
1,5 |
2,9 |
|
1,0 |
3,3 |
2,2 |
1,1 |
2,2 |
|
|
Среднее |
3,7 |
2,6 |
1,3 |
– |
|
|
НСР05 : А = 0,87; Б = 0,91; АБ = 1,13 |
|||||
Таблица 2
Средняя длина микропобегов in vitro морошки приземистой
в зависимости от состава культуральной среды и концентрации 2-iP, см
|
Форма |
Концентрация 2-iP, мг/л |
Состав культуральной среды |
Среднее |
||
|
МС |
МС ½ |
МС ¼ |
|||
|
Ленинградская |
0,5 |
2,3 |
2,0 |
1,5 |
1,9 |
|
1,0 |
0,9 |
0,5 |
0,5 |
0,6 |
|
|
Среднее |
1,6 |
1,3 |
1,0 |
– |
|
|
НСР05 : А = 0,72; Б = 0,91; АБ = 1,19 |
|||||
|
Кондинская |
0,5 |
2,5 |
1,5 |
1,0 |
1,6 |
|
1,0 |
1,1 |
0,7 |
0,5 |
0,8 |
|
|
Среднее |
1,8 |
1,1 |
0,7 |
– |
|
|
НСР05 : А = 0,56; Б = 0,74; АБ = 0,88 |
|||||
Отмечено, что с повышением в составе культуральной среды концентрации 2-iP от 0,5 до 1,0 мг/л средняя длина микропобегов у исследуемых форм морошки в культуре in vitro уменьшалась в 2,0–3,2 раза.
Суммарная длина микропобегов морошки in vitro имела наибольшие значения на культуральной среде МС: у формы Ленинградская она достигала в среднем 5,5 см, у формы Кондинская – 7,0 см, в то время как на среде МС ½ она была меньше в среднем в 2,1–2,3 раза, на среде МС ¼ – в 4,6–6,4 раза (табл. 3).
Таблица 3
Суммарная длина микропобегов in vitro морошки приземистой
в зависимости от состава культуральной среды и концентрации 2-iP, см
|
Форма |
Концентрация 2-iP, мг/л |
Состав культуральной среды |
Среднее |
||
|
МС |
МС ½ |
МС ¼ |
|||
|
Ленинградская |
0,5 |
8,3 |
4,0 |
1,7 |
4,7 |
|
1,0 |
2,6 |
1,3 |
0,7 |
1,5 |
|
|
Среднее |
5,5 |
2,6 |
1,2 |
– |
|
|
НСР05: А = 0,75; Б = 0,84; АБ = 0,97 |
|||||
|
Кондинская |
0,5 |
10,3 |
4,5 |
1,5 |
5,4 |
|
1,0 |
3,7 |
1,5 |
0,6 |
1,9 |
|
|
Среднее |
7,0 |
3,0 |
1,1 |
– |
|
|
НСР05: А = 0,65; Б = 0,80; АБ = 0,94 |
|||||
С увеличением концентрации цитокинина
2-iP от 0,5 до 1,0 мг/л суммарная длина микропобегов in vitro у растений морошки существенно уменьшалась у формы Ленинградская в среднем в 3,1 раза, у формы Кондинская – в 2,8 раза.
Заключение. Таким образом, при микроклональном размножении форм морошки приземистой, отобранных в Ленинградской области и Ханты-Мансийском АО – Югре, при использовании культуральной среды МС число, средняя и суммарная длина микропобегов растений в культуре in vitro были значительно больше, чем на средах МС ½ и МС ¼. При повышении концентрации цитокинина 2-iP от 0,5 до 1,0 мг/л в составе культуральной среды отмечено существенное увеличение числа микропобегов морошки и уменьшение их суммарной и средней длины. Полученные результаты могут быть использованы для разработки технологии ускоренного получения оздоровленного посадочного материала морошки.
1. Косицын В.Н. Морошка: биология, ресурсный потенциал, введение в культуру: монография. М.: ВНИИЛМ, 2001. 140 с.
2. Шароглазова Л.П., Рыгалова Е.А., Величко Н.А. Обоснование сроков хранения и товароведная оценка сокосодержащего напитка на основе ягод рода Rubus // Вестник КрасГАУ. 2020. № 3 (156). С. 129–134. DOI:https://doi.org/10.36718/1819-4036-2020-3-129-134.
3. Berries as Chemopreventive Dietary Consti-tuents – a Mechanistic Approach with the ApcMin/+ Mouse / М. Mutanen [et al.] // Asia Pac J Clin Nutr. 2008. Vol. 17. Suppl. 1. P. 123–125.
4. Alaskan Wild Berry Resources and Human Health under the Cloud of Climate Change / J. Kellogg [et al.]. // J Agric Food Chem. 2010. Vol. 58. № 7. P. 3884–3900. DOI: 10.1021/ jf902693r.
5. Ellagitannin-rich Cloudberry Inhibits Hepatocyte Growth Factor Induced Cell Migration and Phosphatidylinositol 3-kinase/AKT Activation in Colon Carcinoma Cells and Tumors in Min Mice / A.M. Pajari [et al.]. // Oncotarget. 2016. Vol. 7. № 28. P. 43907–43923. DOI:https://doi.org/10.18632/oncotarget.9724.
6. Sanguiin H-6 Fractionated from Cloudberry (Rubus chamaemorus) Seeds Can Prevent the Methicillin-Resistant Staphylococcus aureus / J.J. Aguilera-Correa [et al.] // Biofilm Development during Wound Infection. Antibio-tics (Basel). 2021. Vol. 10. № 12. Art. 1481. DOI:https://doi.org/10.3390/antibiotics10121481.
7. Страх Я.Л., Игнатовец О.С. Химический состав и биологическая активность метаболитов Rubus chamaemorus L. // Известия Национальной академии наук Беларуси. Серия биологических наук. 2022. Т. 67, № 3. С. 321–331.
8. Cloudberry (Rubus chamaemorus L.) Supplementation Attenuates the Development of Metabolic Inflammation in a High-Fat Diet Mouse Model of Obesity / T. Pemmari [et al.] // Nutrients. 2022. Vol. 14. № 18. P. 38–46. DOI:https://doi.org/10.3390/nu14183846.
9. Comprehensive Characterization of Secondary Metabolites in Fruits and Leaves of Cloudberry (Rubus chamaemorus L.) / A.V. Faleva [et al.] // Metabolites. 2023. Vol. 13. № 5. Art. 598. DOI:https://doi.org/10.3390/metabo13050598.
10. Genetic Differentiation of Rubus chamaemo¬rus Populations in the Czech Republic and Norway after the Last Glacial Period / L. Leišová-Svobodová [et al.] // Ecol Evol. 2018. Vol. 8. № 11. P. 5701–5711. DOI:https://doi.org/10.1002/ece3.4101.
11. Phylogeny of the Diploid Species of Rubus (Rosaceae) / X.F. Gao [et al.] // Genes (Basel). 2023. Vol. 14. № 6. Art. 1152. DOI:https://doi.org/10.3390/genes14061152.
12. Thiem B. Micropropagation of Cloudberry (Rubus chamaemorus L.) by Initiation of Axillary Shoots // Acta Soc. Bot. Pol. 2001. Vol. 70. P. 11–16.
13. In Vitro Propagation of Cloudberry (Rubus chamaemorus) / I. Martinussen [et al.] // Plant Cell, Tissue and Organ Culture. 2004. Vol. 78. № 1. P. 43–49. DOI:https://doi.org/10.1023/B:TICU.00000 20392.85854.28.
14. 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: 10.1007/ s11240-006-9188-x.
15. Cloudberry (Rubus chamaemorus) Cell Culture with Bioactive Substances: Establishment and Mass Propagation for Industrial Use / L. Nohynek [et al.] // Engineering in Life Scien-ce. 2014. Vol. 14. Iss. 6. P. 667–675. DOI:https://doi.org/10.1002/elsc.201400069.
16. Зонтиков Д.Н., Зонтикова С.А., Малахова К.В. Влияние состава питательных сред и регуляторов роста при клональном микроразмножении некоторых хозяйственно ценных представителей рода Rubus L. // Агрохимия. 2021. № 6. С. 36–42. DOI:https://doi.org/10.31857/S0002188121060144.
17. Сельскохозяйственная биотехнология и биоинженерия: учебник / В.С. Шевелуха [и др.]. М.: URSS, 2015. 715 с.
18. Биотехнология в садоводстве. Выращивание плодовых и редких ягодных растений в культуре in vitro: лабораторный практикум: учеб. пособие / С.С. Макаров [и др.]. СПб.: Лань, 2023. 128 с.
19. Murashige T., Skoog F. A Revised Medium for Rapid Growth and Bioassays with Tobacco Tissue Cultures // Phisiol. Plantarum. 1962. Vol. 3. № 15. P. 473–497.
20. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследований): учебник. Изд. 6-е. М.: Альянс, 2011. 350 с.
