Северный (Арктический) федеральный университет имени М. В. Ломоносова
Москва, Россия
Россия
Вологда, Вологодская область, Россия
Караваево, Россия
Архангельск, Россия
В статье приведены результаты исследований по клональному микроразмножению женских растений морошки приземистой (Rubus chamaemorus L.) на этапе укоренения микропобегов in vitro. R. chamaemorus – хозяйственно ценное в пищевом и лекарственном отношении лесное ягодное растение. Перспективно культивирование морошки в условиях выработанных торфяных месторождений. Для получения большого количества посадочного материала при плантационном выращивании лесных ягодных растений целесообразно использовать метод клонального микроразмножения. Необходимо совершенствование технологии выращивания R. chamaemorus в культуре in vitro для форм севернороссийского происхождения. Объекты исследования – растения R. chamaemorus форм Архангельская, Вологодская, Карельская и Ханты-Мансийская. На этапе укоренения микропобегов in vitro наибольшие значения числа (3,7–6,0 шт.) и суммарной длины (14,2–25,9 см) корней у женских растений R. chamaemorus отмечены на питательной среде МС по сравнению с вариантами разбавления минерального состава в 2 и 4 раза. Повышение концентрации в питательной среде ауксина ИУК от 0,5 до 1,0 мг/л способствовало увеличению в 1,4–1,8 раза числа корней женских растений R. chamaemorus в культуре in vitro, а также увеличению у формы Карельская (в 1,3 раза) и уменьшению у форм Архангельская и Ханты-Мансийская (в 1,2–1,4 раза) суммарной длины корней.
морошка приземистая, клональное микроразмножение, in vitro, ризогенез, питательная среда, регуляторы роста
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. Косицын В.Н. Морошка: биология, ресурсный потенциал, введение в культуру: монография. М.: ВНИИЛМ, 2001. 140 с.
2. Величко Н.А., Шароглазова Л.П., Смольникова Я.В. Исследование липидного состава плодов представителей рода Rubus и оценка перспективы их применения в пищевых технологиях // Вестник КрасГАУ. 2016. № 7. С. 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. Тяк Г.В., Курлович Л.Е., Тяк А.В. Биологическая рекультивация выработанных торфяников путем создания посадок лесных ягодных растений // Вестник Казанского государственного аграрного университета. 2016. Т. 11, № 2. С. 43–46.
7. Сельскохозяйственная биотехнология и биоинженерия: учебник / В.С. Шевелуха [и др.]. М.: URSS, 2015. 715 с.
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. 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.
