Особенности ризогенеза женских растений морошки приземистой (Rubus chamaemorus L.) в культуре in vitro
- Авторы: Антонов А.М.1, Макаров С.С.1,2, Куликова Е.И.3, Кузнецова И.Б.4, Чудецкий А.И.2, Кульчицкий А.Н.1
-
Учреждения:
- ФГАОУ ВО «Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова»
- ФГБОУ ВО «Российский государственный аграрный университет – МСХА имени К.А. Тимирязева»
- ФГБОУ ВО «Вологодская государственная молочнохозяйственная академия имени Н.В. Верещагина»
- ФГБОУ ВО «Костромская государственная сельскохозяйственная академия»
- Выпуск: № 2 (2023)
- Страницы: 51-59
- Раздел: Садоводство и питомниководство
- Статья получена: 02.02.2025
- Статья опубликована: 15.06.2023
- URL: https://journal-vniispk.ru/2312-6701/article/view/278760
- DOI: https://doi.org/10.52415/23126701_2023_0204
- ID: 278760
Цитировать
Полный текст
Аннотация
В статье приведены результаты исследований по клональному микроразмножению женских растений морошки приземистой (Rubus chamaemorus L.) северно-российского происхождения на этапе укоренения микропобегов in vitro с использованием питательной среды МС и ауксина ИМК. R. chamaemorus – хозяйственно ценное в пищевом и лекарственном отношении лесное ягодное растение. Плантационное культивирование морошки в условиях выработанных торфяных месторождений будет способствовать восстановлению естественных ягодников и повышению их урожайности. Для получения большого количества посадочного материала при промышленном выращивании лесных ягодных растений целесообразно использовать метод микроклонального размножения. Необходимо совершенствование технологии выращивания R. chamaemorus в культуре in vitro для форм северно-российского происхождения. Объекты исследования – растения R. chamaemorus форм Архангельская, Вологодская, Карельская и Ханты-Мансийская. Максимальные значения количества (5,3…7,4 шт.) и суммарной длины (21,7…26,9 см) корней женских растений R. chamaemorus в культуре in vitro отмечены на питательной среде МС, тогда как аналогичные показатели в вариантах с разбавлением минерального состава питательной среды в 2 и 4 раза были соответственно в 1,5…2,6 и 2,3…6,4 раза меньше. Повышение концентрации в питательной среде ауксина ИМК от 0,5 до 1,0 мг/л способствовало увеличению количества (в 1,4…1,8 раза) и уменьшению средней длины (в 1,3…1,7 раза) корней женских растений R. chamaemorus в культуре in vitro, а также увеличению суммарной длины корней формы Карельская (в 1,3 раза).
Полный текст
Введение
Морошка приземистая (Rubus chamaemorus L.) – хозяйственно ценный в пищевом и лекарственном отношении лесной ягодный вид, пользующийся определенным спросом среди потребителей плодово-ягодной продукции. В составе плодов морошки содержится значительное количество антиоксидантов, флавоноидов и фенольных соединений, сахара, бензойная и аскорбиновая кислоты, ряд полезных микро- и макроэлементов. Плоды, листья и корни применяются для восстановления обмена веществ и лечения большого количества заболеваний. Ягоды используются для приготовлении джемов, варенья, компотов, выпечки, конфет, кондитерских изделий и др. (Boxall et al., 2003; Савельева, 2005; Барнаулов, Поспелова, 2013; Величко и др., 2016; Puupponen-Pimiä et al., 2021).
В природе ареал произрастания R. chamaemorus распространяется на Северную Америку и Евразию (включая территорию в России на всем ее широтном протяжении). Популяции вида встречаются на верховых болотах и в заболоченных хвойных лесах, однако в естественных условиях среды имеют довольно низкую урожайность (Косицын, 2001; Thiem, 2003). В разных странах исследователи отмечали возможность и перспективы культивирования R. chamaemorus в условиях выработанных торфяных месторождений (Kokko et al., 2004; Bussieres et al., 2015; Тяк, 2016). Создание ягодных плантаций на таких землях может способствовать значительному повышению урожайности, восстановлению сокращающихся запасов лесных и болотных ягодников, а также снижению негативного влияния вследствие оставления неиспользуемых земель без рекультивации (Тяк и др., 2016). В России плантации с посадками морошки в настоящее время имеются в Архангельской области, республике Карелия, Ханты-Мансийском АО – Югре.
С помощью традиционных способов размножения ягодных растений не представляется возможным обеспечить требуемое для плантационного выращивания количество и качество посадочного материала. В целях промышленного культивирования следует использовать метод микроклонального размножения, который позволяет быстро, в короткие сроки и вне сезона вырастить большое число оздоровленных и генетически однородных растений (Бутенко, 1999; Тихонович, Проворов, 2015). Несмотря на имеющийся опыт различных исследователей по выращиванию R. chamaemorus в культуре in vitro (Концевая и др., 1999; Thiem, 2001; Martinussen et al., 2004; Debnath, 2007; Зонтиков и др., 2021), необходимо совершенствование технологии клонирования вида с учетом генетических особенностей для форм северно-российского происхождения, включая подбор оптимального состава питательной среды и росторегулирующих веществ.
Цель исследований – изучение влияния концентрации минеральных солей в составе питательной среды и концентрации ауксина ИМК на образование корней женских растений R. chamaemorus северно-российского происхождения в культуре in vitro.
Материалы и методы
В качестве объектов исследования использовали женские растения R. chamaemorus форм Архангельская, Вологодская, Карельская и Ханты-Мансийская, отобранных в местах естественного произрастания в соответствующих регионах Российской Федерации (Верхнетоемский район Архангельской области, Сямженский район Вологодской области, Сегежский район Республики Карелия, Ханты-Мансийский район Ханты-Мансийского АО – Югры). Исследования по микроклональному размножению растений проводили с использованием общепринятых методик (Тихонович, Проворов, 2015) на базе Северного (Арктического) федерального университета им. М.В. Ломоносова и Вологодской ГМХА им. Н.В. Верещагина в 2020…2023 гг. Растения-регенеранты культивировали в пробирках на питательной среде Мурасиге-Скуга (МС) (Murashige, Skoog, 1962) с разбавлением минеральных солей бидистилированной водой в 2 и 4 раза, при фотопериоде 16 ч света / 8 ч темноты, температуре воздуха +23…+25°C и влажности воздуха 75…80%. На этапе пролиферации использовали 6-бензиламинопурил (6-БАП) в концентрациях 1,0…2,0 мг/л.
На этапе укоренения микропобегов in vitro в качестве регулятора роста использовали индолилуксусную кислоту (ИМК) в концентрациях 0,5 и 1,0 мг/л. Учитывали число и длину корней в расчете на одно растение. Опыты проводили с 10-кратной повторностью, по 15 пробирочных растений в каждой. Для статистической обработки экспериментальных данных использовали программы Microsoft Office Excel 2016 и AGROS v2.11. Оценку достоверности полученных данных проводили с помощью наименьшей существенной разности на 5% уровне значимости (НСР05) и двухфакторного дисперсионного анализа (фактор A – состав питательной среды, фактор B – концентрация регулятора роста).
Результаты и их обсуждение
В ходе исследований на этапе укоренения микропобегов in vitro выявлено, что наибольшее количество корней у женских растений R. chamaemorus формировалось на питательной среде МС и варьировало в среднем от 5,3 до 7,4 шт., тогда как на среде МС 1/2 данный показатель был меньше в 1,5…1,6 раза, а на среде МС 1/4 – в 2,5…2,6 раза. С повышением в питательной среде концентрации ауксина ИМК от 0,5 до 1,0 мг/л количество корней женских растений R. chamaemorus значительно увеличивалось: у формы Архангельская – в среднем в 1,4 раза, у формы Вологодская – в 1,6 раза, у форм Карельская и Ханты-Мансийская – в 1,8 раза (таблица 1).
Таблица 1 – Количество корней женских растений R. chamaemorus в культуре in vitro в зависимости от концентрации минеральных солей в составе питательной среды и концентрации ауксина ИМК, шт.
Питательная среда | Концентрация ИМК, мг/л | Среднее | |
0,5 | 1,0 | ||
Форма Архангельская | |||
МС | 4,2 | 6,3 | 5,3 |
МС 1/2 | 3,1 | 4,0 | 3,6 |
МС 1/4 | 2,0 | 2,8 | 2,4 |
Среднее | 3,1 | 4,4 | - |
НСР05 фактор A = 0,69 фактор B =0,56, общ. = 0,78 | |||
Форма Вологодская | |||
МС | 4,5 | 7,3 | 5,9 |
МС 1/2 | 3,0 | 5,2 | 4,1 |
МС 1/4 | 1,8 | 2,3 | 2,1 |
Среднее | 3,1 | 4,9 | - |
НСР05 фактор A = 0,76, фактор B = 0,62, общ. = 0,85 | |||
Форма Ханты-Мансийская | |||
МС | 5,2 | 9,6 | 7,4 |
МС 1/2 | 3,2 | 6,0 | 4,6 |
МС 1/4 | 2,1 | 3,5 | 2,8 |
Среднее | 3,5 | 6,4 | - |
НСР05 фактор A = 0,77, фактор B = 0,81, общ. = 0,93 | |||
Форма Карельская | |||
МС | 4,9 | 8,2 | 6,6 |
МС 1/2 | 3,0 | 5,3 | 4,2 |
МС 1/4 | 1,9 | 3,8 | 2,9 |
Среднее | 3,3 | 5,8 | - |
НСР05 фактор A = 0,79, фактор B = 0,88, общ. = 1,01 | |||
Средняя длина корней у женских растений исследуемых форм R. chamaemorus в культуре in vitro значительно уменьшалась при снижении концентрации минерального состава в питательной среде: на МС она варьировала в среднем от 3,8 до 4,5 см, тогда как на среде МС 1/2 была меньше в 1,5…1,6 раза, на МС 1/4 – в 2,4…2,5 раза. При повышении в питательной среде концентрации ауксина ИМК от 0,5 до 1,0 мг/л существенно средняя длина корней растений R. chamaemorus у форм Архангельская, Вологодская и Карельская уменьшалась в 1,3…1,4 раза, у формы Ханты-Мансийская – в 1,7 раза (таблица 2).
Таблица 2 – Средняя длина корней женских растений R. chamaemorus в культуре in vitro в зависимости от концентрации минеральных солей в составе питательной среды и концентрации ауксина ИМК, см
Питательная среда | Концентрация ИМК, мг/л | Среднее | |
0,5 | 1,0 | ||
1 | 2 | 3 | 4 |
Форма Архангельская | |||
МС | 5,2 | 3,8 | 4,5 |
МС 1/2 | 3,1 | 2,4 | 2,8 |
МС 1/4 | 2,2 | 1,5 | 1,9 |
Среднее | 3,5 | 2,6 | - |
НСР05 фактор A = 0,84, фактор B = 0,69, общ. = 0,96 | |||
Форма Вологодская | |||
МС | 4,6 | 3,1 | 3,9 |
МС 1/2 | 2,9 | 2,2 | 2,6 |
МС 1/4 | 1,8 | 1,5 | 1,7 |
Среднее | 3,1 | 2,3 | - |
НСР05 фактор A =0,79, фактор B = 0,53, общ. = 0,82 | |||
Форма Ханты-Мансийская | |||
МС | 5,0 | 2,9 | 4,0 |
МС 1/2 | 3,2 | 1,9 | 2,6 |
МС 1/4 | 2,0 | 1,2 | 1,6 |
Среднее | 3,4 | 2,0 | - |
НСР05 фактор A = 0,90, фактор B = 0,85, общ. = 1,03 | |||
Форма Карельская | |||
МС | 4,3 | 3,3 | 3,8 |
МС 1/2 | 2,9 | 2,0 | 2,5 |
МС 1/4 | 1,6 | 1,3 | 1,5 |
Среднее | 2,9 | 2,2 | - |
НСР05 фактор A = 0,79, фактор B = 0,68, общ. = 0,96 | |||
Суммарная длина корней у женских растений R. chamaemorus исследуемых форм в культуре in vitro была наибольшей на питательной среде МС и варьировала в среднем от 21,7 до 26,9 см. При разбавлении минерального состава питательной среды значения данного показателя были значимо меньше: на среде МС 1/2 – в 2,3…2,5 раза, на среде МС 1/4 – в 6,3…6,4 раза (таблица 3).
Таблица 3 – Суммарная длина корней женских растений R. chamaemorus в культуре in vitro в зависимости от концентрации минеральных солей в составе питательной среды и концентрации ауксина ИМК, см
Питательная среда | Концентрация ИМК, мг/л | Среднее | |
0,5 | 1,0 | ||
1 | 2 | 3 | 4 |
Форма Архангельская | |||
МС | 21,8 | 23,9 | 22,9 |
МС 1/2 | 9,6 | 9,6 | 9,6 |
МС 1/4 | 4,4 | 4,2 | 4,3 |
Среднее | 11,9 | 12,6 | - |
НСР05 фактор A = 0,87 фактор B = 0,90, общ. = 1,10 | |||
Форма Вологодская | |||
МС | 20,7 | 22,6 | 21,7 |
МС 1/2 | 8,7 | 11,4 | 10,1 |
МС 1/4 | 3,2 | 3,5 | 3,4 |
Среднее | 10,9 | 12,5 | - |
НСР05 фактор A = 0,92, фактор B = 0,85, общ. = 1,03 | |||
Форма Ханты-Мансийская | |||
МС | 26,0 | 27,8 | 26,9 |
МС 1/2 | 10,2 | 11,4 | 10,8 |
МС 1/4 | 4,2 | 4,2 | 4,2 |
Среднее | 13,5 | 14,5 | - |
НСР05 фактор A = 1,13, фактор B = 1,23, общ. = 1,36 | |||
Форма Карельская | |||
МС | 21,1 | 27,1 | 24,1 |
МС 1/2 | 8,7 | 10,6 | 9,7 |
МС 1/4 | 3,0 | 4,9 | 4,0 |
Среднее | 10,9 | 14,2 | - |
НСР05 фактор A = 1,26, фактор B = 0,96, общ. =1,12 | |||
У растений R. chamaemorus форм Архангельская, Вологодская и Ханты-Мансийская статистически значимых различий в суммарной длине корней in vitro в зависимости от концентрации в питательной среде ауксина ИМК не выявлено, при этом у формы Карельская при концентрации ИМК 1,0 мг/л суммарная длина корней была в среднем в 1,3 раза больше, чем при концентрации 0,5 мг/л.
Заключение
Таким образом, при микроклональном размножении женских растений R. chamaemorus форм северно-российского происхождения на этапе укоренения in vitro количество и длина корней на питательной среде МС были существенно больше, чем на средах МС 1/2 и МС 1/4. Повышение в питательной среде концентрации ауксина ИМК от 0,5 до 1,0 мг/л способствовало увеличению количества и уменьшению средней длины корней у женских растений R. chamaemorus в культуре in vitro, вследствие чего суммарная длина корней у формы Карельская была больше, а у форм Архангельская, Вологодская и Ханты-Мансийская не имела заметных различий. Результаты исследований могут быть применены в дальнейшей работе по ускоренному получению посадочного материала морошки приземистой.
Финансирование
Работа выполнена за счет средств Программы развития университета в рамках Программы стратегического академического лидерства «Приоритет — 2030».
Конфликт интересов: авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Об авторах
Александр Михайлович Антонов
ФГАОУ ВО «Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова»
Email: a.antonov@narfu.ru
кандидат сельскохозяйственных наук, доцент, заведующий кафедрой ландшафтной архитектуры и искусственных лесов
Россия, набережная Северной Двины, 17, г. АрхангельскСергей Сергеевич Макаров
ФГАОУ ВО «Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова»; ФГБОУ ВО «Российский государственный аграрный университет – МСХА имени К.А. Тимирязева»
Автор, ответственный за переписку.
Email: makarov_serg44@mail.ru
доктор сельскохозяйственных наук, заведующий кафедрой декоративного садоводства и газоноведения, ФГБОУ ВО «Российский государственный аграрный университет – МСХА имени К.А. Тимирязева»; профессор кафедры ландшафтной архитектуры и искусственных лесов, ФГАОУ ВО «Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова»
Россия, набережная Северной Двины, 17, г. Архангельск; ул. Тимирязевская, 49, г. МоскваЕлена Ивановна Куликова
ФГБОУ ВО «Вологодская государственная молочнохозяйственная академия имени Н.В. Верещагина»
Email: elena-kulikova@list.ru
кандидат сельскохозяйственных наук, доцент, заведующий кафедрой растениеводства, земледелия и агрохимии
Россия, ул. Шмидта, 2, с. Молочное, г. Вологда, Вологодская обл.Ирина Борисовна Кузнецова
ФГБОУ ВО «Костромская государственная сельскохозяйственная академия»
Email: sonneraiser@yandex.ru
кандидат сельскохозяйственных наук, доцент, доцент кафедры агрохимии, биологии и защиты растений
Россия, Учебный городок, 34, п. Караваево, Костромской р-н, Костромская обл.Антон Игоревич Чудецкий
ФГБОУ ВО «Российский государственный аграрный университет – МСХА имени К.А. Тимирязева»
Email: a.chudetsky@mail.ru
кандидат сельскохозяйственных наук, доцент кафедры декоративного садоводства и газоноведения
Россия, ул. Тимирязевская, 49, г. МоскваАндрей Николаевич Кульчицкий
ФГАОУ ВО «Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова»
Email: 5060637@mail.ru
студент магистратуры кафедры ландшафтной архитектуры и искусственных лесов
Россия, набережная Северной Двины, 17, г. АрхангельскСписок литературы
- Барнаулов О.Д., Поспелова М.Л. Лекарственные свойства фруктов и ягод. СПб.: Информ-Навигатор. 2013. 256 с.
- Бутенко Р.Г. Биология клеток высших растений in vitro и биотехнологии на их основе. М.: ФБК-Пресс. 1999. 160 с.
- 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. EDN WCYKRT
- 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: 10.31857/S0002188121060144. EDN OOALRQ
- Концевая И.И., Шалупаев М.П., Яцына А.А. Использование культуры тканей для размножения редкого ягодного растения Беларуси – морошки приземистой // Лес, наука, молодежь: материалы Международной научной конференции. Гомель, 1999. Т. 2. С. 227–228.
- Косицын В.Н. Морошка: биология, ресурсный потенциал, введение в культуру: моногр. М.: ВНИИЛМ, 2001. 140 с.
- Савельева И.Б. Лесные целители. Клюква, брусника, морошка, черника. СПб.: Невский проспект. 2005. 160 с.
- Тихонович И.А., Проворов Н.А. Сельскохозяйственная биотехнология и биоинженерия: учеб. / Под ред. В.С. Шевелухи. М.: URSS. 2015. 715 с. EDN YNIPNV
- Тяк Г.В. «Золото Севера» – на садовые участки // Питомник и частный сад. 2016. № 6 (42). С. 16-19.
- Тяк Г.В., Курлович Л.Е., Тяк А.В. Биологическая рекультивация выработанных торфяников путем создания посадок лесных ягодных растений // Вестник Казанского гос. аграрного ун-та. 2016. Т. 11, № 2. С. 43-46. doi: 10.12737/20633ю EDN WHQVNF
- Boxall P.C., Murray G., Unterschultz J.R., Boxall P.C. Non-timber forest products from the Canadian boreal forest: an exploration of aboriginal opportunities // Journal of Forest Economics. 2003. Vol. 9, N 2. P. 75–96. doi: 10.1078/1104-6899-00027
- Bussieres J., Rochefort L., Lapointe L. Cloudberry cultivation in cutover peatland: improved growth on less decomposed peat // Canadian Journal of Plant Science. 2015. Vol. 95, N 3. P. 479-489. doi: 10.4141/CJPS-2014-299
- Debnath S.C. A two-step procedure for in vitro multiplication of cloudberry (Rubus chamaemorus L.) shoots using bioreactor // Plant Cell, Tissue and Organ Culture. 2007. Vol. 88. P. 185-191. doi: 10.1007/s11240-006-9188-x
- 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.
- Martinussen I., Nilsen G., Svenson L., Junttila O., Rapp K. In vitro propagation of cloudberry (Rubus chamaemorus) // Plant Cell, Tissue and Organ Culture. 2004. Vol. 78. P. 43-49. doi: 10.1023/B:TICU.0000020392.85854.28. EDN FMHKZN
- Murashige T., Skoog F. A revised medium for rapid growth and bioassays with tobacco tissue cultures // Physiologia Plantarum. 1962. Vol. 3, № 15. P. 473-497. doi: 10.1111/j.1399-3054.1962.tb08052.x
- Puupponen-Pimiä R., Nohynek L., Suvanto J., Salminen J.-P., Seppänen-Laakso T., Tähtiharju J., Honkapää K., Oksman-Caldentey K.-M. Natural antimicrobials from cloudberry (Rubus chamaemorus) seeds by sanding and hydrothermal extraction // ACS Food Science & Technology. 2021. Vol. 1, N 5. P. 917−927. doi: 10.1021/acsfoodscitech.0c00109
- Thiem B. Micropropagation of cloudberry (Rubus chamaemorus L.) by Initiation of axillary shoots // Acta Societatis Botanicorum Poloniae. 2001. Vol. 70, N 1. P. 11-16. doi: 10.5586/asbp.2001.002
- Thiem B. Rubus chamaemorus L. – a boreal plant rich in biologically active metabolites: a review // Biological Letters. 2003. Vol. 40, N 1. P. 3-13.
Дополнительные файлы
