Применение наночастиц металлов при размножении Ribes atropurpureum C.A. Mey. и её гибридов зелёными черенками

Полный текст

Введение

Красная смородина – ценная ягодная культура в Сибири, которая в отличие от чёрной смородины возделывается в меньшем объеме, преимущественно распространена в приусадебном садоводстве. Промышленное возделывание ограничено (Коновалова, 1990; Креселюк, 1990; Поликарпова, Пилюгина, 1991; Сазонова, 2015; Атрощенко, Шеров-Игнатьев, 2017; Атрощенко, Голод , 2019; Столяров, 2018; Васильев, Гасымов, 2023). Многие используемые сорта созданы на основе европейских сортов, которые не обладают в достаточной мере адаптированностью к местным климатическим условиям. Они страдают от низких температур, их ритмы сезонного развития не соответствуют длительности вегетационного периода и теплообеспеченности для Сибири. Вместе с тем, в Сибири естественно произрастают несколько дикорастущих, устойчивых к местному климату, видов красной смородины. Это Ribes atropurpureum C.A. Meyer, Ribes spicatum E. Robson (Ribes hispidulum (Jancz.) Pojark.) Ribes altissimum (Jancz.) Turcz. ex Pojark. В ЦСБС СО РАН и других учреждения Сибири А.Б. Горбуновым, Т.А. Недовесовой (2020), В.Д. Федоровским (2001) О.Д. Голяевой (2020), В.Н. Сорокопудовым и Е.А. Мулькумовой (2003), проведены исследования по интродукции и селекции этих видов. Одним из наиболее перспективных объектов для интродукции и селекции в Сибири является R. atropurpureum. Данный вид встречается в черновой тайге, в горно-лесном поясе под пологом осиново-пихтового и кедрово-пихтового леса, в речных поймах и по руслам ручьев, сочетает ряд хозяйственно-ценных признаков: высокую урожайность, крупноплодность, длиннокистность, повышенное содержание антоцианов, пектинов и витамина С в ягодах, а также устойчивость к мучнистой росе, столбчатой ржавчине, махровости и почковому клещу. (Голяева, Панфилова, 2015). Однако, несмотря на эти преимущества и значительный природный полиморфизм, R. atropurpureum относится к трудноокореняемым видам.

В связи с этим в работе были изучены не только данный вид, но и его межвидовые гибриды. Гибрид R. vulgare × R. atropurpureum характеризуется высокой завязываемостью плодов, а гибриды R. atropurpureum × R. hispidulum и R. hispidulum × R. atropurpureum отличаются еще более высоким содержанием аскорбиновой кислоты по сравнению с родительской формой R. atropurpureum и гибридом R. vulgare × R. atropurpureum (Горбунов, Недовесова, 2020).

Размножение растений черенками является одним из ключевых методов вегетативного воспроизводства, широко применяется в современном садоводстве и питомниководстве. Опыты по черенкованию красной смородины проводились в различных учреждениях (Бопп, Куприна, 2018; Павлова и др., 2018; Мистратова, 2020), было установлено, что при обработке черенков биопрепаратами в результате ускоряется процесс образования каллуса и увеличивается процент укоренения одревесневших черенков смородины (Никифоров, 2014). В экспериментах С.С. Савельева, О.С. Мишиной (2017) были использованы фиторегуляторы, среди которых препарат Циркон улучшал корнеобразовательную функцию у красной смородины по сравнению с контрольной группой обработанной только водой. В исследованиях С.Д. Расова, Т.В. Хуршкайнена (2005) в качестве стимулятора сочетающего ризогенную и фунгицидную функции, был использован препарат A-1, полученный из растительного сырья. Авторы отмечают относительно низкую укореняемость красной смородины (83,3%; 63,3%) по сравнению с чёрной смородиной (90,0%; 66,7%). В современных исследованиях, например, в работе О.В. Ладыженской и др (2021), также подтверждена высокая эффективность комбинации препаратов на основе Trichoderma viride и Pseudomonas fluorescens, которая позволила повысить укореняемость черенков сортов (Голландская розовая и Ненаглядная) красной смородины до 77…80%. В то же время, как показано в исследовании Н.А. Фадеевой и др. (2021), применение традиционных регуляторов роста, таких как «Корневин» и «Гетероауксин», показывают высокую результативность, обеспечивая приживаемость черенков красной смородины на уровне 93…97%.

И.М. Морозова и А.М. Кандеранда (2016) показали, что обработка стеблевых черенков сортов ‘Голландская красная’, ‘Ненаглядная’ и ‘Йонкер ван Тетс’ стимуляторами (Экосил, Эпин, Корневин, ИУК) приводит к повышению степени укоренения, причём сортовые различия играли значительную роль: наибольшая укореняемость наблюдалось у сорта ‘Голландская красная’. Аналогичные работы были проведены М.А. Атжыевой (2022) на тех же сортах, но с добавлением еще одного стимулятора – индолилуксусный эфир (ИУЭ), оказывающий сопоставимый эффект с другими стимуляторами.

В исследованиях А.Б. Горбунова и Т. Калуженковой (2007) было выявлено, что R. atropurpureum относится к трудноукореняющимся культурам. Наиболее результативным методом является зелёное черенкование, обеспечивающее до 60% укореняемости и формирование развитой корневой системы с ветвлением до V порядка. В контрольном варианте с обработкой водой укореняемость составила 48%. Среди регуляторов роста наибольший эффект дают гуминовое удобрение Теллура-М (1%) и органоминеральный препарат Артемия (1:1000), способствующие увеличению числа корней I…III порядков (Горбунов, Недовесова, 2020).

Исследования Н.А. Мистратовой (2020) подчёркивают важность подбора оптимальных субстратов и стимуляторов для повышения качества посадочного материала красной смородины. В условиях Красноярской лесостепи наибольшие показатели выхода стандартных саженцев обеспечивают комбинации органических субстратов с регуляторами корнеобразования.

Работы А.Ю. Павловой с соавторами (2018) и С.С. Савельева, О.С. Мишиной (2017) дополняют картину, указывая на значительный эффект фитогормонов в укоренении черенков разных видов рода Ribes, при этом эффективность зависит от фазы роста побегов и времени заготовки черенков.

Анализ литературных данных, представленный в обзоре Е.Н. Габибовой (2024), указывает, на то, что эффективность стимуляторов роста может существенно варьировать в зависимости от фазы вегетации и конкретного сорта, при этом в поздние сроки черенкования их применение становится технологически необходимым.  Внедрение новых технологий в сельское хозяйство позволяет расширить возможности вегетативного размножения растений. Особое внимание уделяется наночастицам металлов, применяемым в качестве компонентов стимуляторов укоренения. Их использование способствует активации ризогенеза и повышению качества посадочного материала.

Обзор Rico, C.M. et al (2011) показывает, что наночастицы (НЧ) способны проникать в ткани растений, участвовать в трансформациях и оказывать как стимулирующее, так и стрессовое воздействие. Наиболее активно изучаются НЧ TiO₂, ZnO, Fe₃O₄, Ag и Cu, среди которых наночастицы железа и цинка применяются в агробиотехнологии из-за доступности и биосовместимости.

Исследования, проведённые в Сибири, подтверждают эффективность применения НЧ биогенного ферригидрита (Feh) при размножении черенками. У чёрной смородины сортов `Селеченская` и `Лама` обработка ИУК в сочетании с НЧ  Feh, допированным Co, обеспечивала до 100% укоренения и улучшенное развитие корневой системы, что согласуется с данным полученными при использовании наночастиц оксида цинка (40 мг/л), которые также способствовали 100% укоренению, увеличению количества корней на 33% и их суммарной длины на 44% (Сучкова, Астафурова, 2017; Мистратова и др., 2019; Кириченко, Захарцева, 2022) Подобные результаты получены и на черенках степной вишни. Использование Feh, допированного кобальтом или кремнием, повышало укореняемость на 22…25% по сравнению с контролем (Бопп, 2025).

У ивы Ледебура было установлено, что НЧ Feh активизируют антиоксидантные ферменты, такие как Mn-супероксиддисмутаза, что связано с ускоренным корнеобразованием (Бопп и др., 2018). А при черенковании черемухи виргинской (Padus virginiana) наиболее высокие показатели укореняемости (до 90%) достигались при использовании Feh, допированного Co, особенно у трудноукореняемых сортов.

Применение наночастиц металлов, особенно в комплексе с фитогормонами, представляет собой эффективный подход для повышения укореняемости и качества саженцев. В данной работе мы использовании НЧ  Feh, допированного, Co и Si с целью для оценки их влияния на укореняемость R. atropurprureum и ее гибридов, несмотря на то, что гибриды обладают более высокой базовой укореняемостью, именно перспективные гибриды представляют наибольший интерес для  интродукции и селекции в Западной Сибири в целях повышения эффективности их размножения и качества корней системы под действием наночастиц, что критически важно для ускоренного внедрения в производство.

Материалы и методы

Опыт проведен в 2023…2024 гг. на экспериментальном участке лаборатории интродукции пищевых растений ЦСБС СО РАН (Новосибирск). Была изучена укореняемость зелёных черенков R. atropurpureum и ее гибридов R. vulgare × R. atropurpureum, R. hispidulum × R. atropurpruem, R. atropurpureum × R. hispidulum. Зелёные черенки нарезали с хорошо развитых однолетних приростов, длинной 15 см, оставляя 1…2 верхних листа. Нижний срез делали чистым ножом на расстоянии 0,3 см от почки. Для изучения влияния биогенного ферригидрита (Feh), допированного наночастицами кобальта (Co) и кремния (Si), черенки погружали в раствор с конечной концентрацией наночастиц 1 мг/л. Ферригидрит, допированный наночастицами, был получен по методике ФИЦ КНЦ СО РАН (Гуревич, Теремова, 2022). Мы остановились именно на этих 2 элементах поскольку в ряде работ выявили их наиболее стабильное и выраженное стимулирующее действие на ризогенез по сравнению с другими НЧ Feh, допированными другими металлами.  (Мистратова и др., 2019; Локтева, Чооду, 2024; Бопп, 2025 В отличие от НЧ Feh, допированные Сo и Si, НЧ Feh допированные (Al), марганца (Mn) и др. оказывали негативное или разнонаправленное влияние. В качестве контрольного варианта использовали обработку дистиллированной водой, без применения стимуляторов корнеобразования. Данный подход выбран на основании литературы, согласно которой черенки ряда видов смородины, в отличие от трудноукореняемых культур, способны успешно укореняться без фитогормонов, демонстрируя высокий процент укореняемости до 95% (Павлова и др., 2018). Для стабилизации коллоидного раствора использовали лимонную кислоту. Время экспозиции составляло 12 часов. Повторность 3-кратная, в каждом повторе высаживали по 30 черенков. Далее черенки высаживали в песчаный субстрат в парниковую теплицу с туманообразующей установкой. Схема посадки 10 × 10 см, черенки заглубляли под углом 45° на 10 см. В качестве контроля использовали дистиллированную воду. Осенью после окоренения (через 90 суток) подсчитывали процент укоренившихся черенков и параметры корневой системы. Учёт длины корней проводили с помощью линейки с точностью до 0,5 см, для чего черенок размещали на разметочной подложке со шкалой (1 см).  Измеряли число и длину корней 1-го порядка, а также оценивали объем корней 2-го порядка, по условной шкале с градацией на 4 категории, где 0 – отсутствие корней, I – единичные корни,
II – десять-двадцать корней, III – более двадцати корней.

Статистическую обработку выполняли в программе Microsoft Excel 2021. Публикация подготовлена с использованием материалов биоресурсной научной коллекции ЦСБС СО РАН «Коллекции живых растений в открытом и закрытом грунте» УНУ №USU 440534.

Результаты и их обсуждение

Была проведена оценка влияния НЧ Co и Si на укореняемость черенков R. atropurpureum и её гибридов (рисунок 1). Было установлено, что НЧ Feh, допированный Co и Si в концентрации 1 мг/л., оказывает выраженное влияние на укореняемость R. atropurpureum.

а – R. atropurpureum; б – R. atropurpureum × R. hispidulum; в – R. vulgare × R. atropurpureum

Рисунок 1 – Ribes atropurpureum и межвидовые гибриды

Так, в контроле при обработке зелёных черенков дистиллированной водой укореняемость составила 50%, при обработке раствором, содержащим НЧ Feh, допированный Co и Si, процент укореняемости возрастал до 73,3 и 63,3% соответственно. Кроме того, улучшилось качество корневой системы, средняя длина корней первого порядка в контроле составила 4,4 см, тогда как под влиянием НЧ Feh, допированный Co, она увеличилась до 5,5 см, а под влиянием Si увеличилась до 6,6 см. При этом число корней первого порядка существенно не изменилось по сравнению с контролем (таблица 1). Наиболее выраженное влияние наночастиц металлов мы наблюдали на корнях второго порядка. В контрольном варианте у черенков R. atropurprueum на корнях 1 порядка встречались единичные корни (менее 10 шт., I категория) 2 порядка у 43,5% укоренившихся черенков, у 23,9% черенков число корней 2 порядка на один корень 1 порядка составляло от 10 до 20 шт. (II категория), черенки с корнями первого порядка, на которых бы присутствовали корни второго порядка в числе более 20 шт. (III категория), отсутствовали. При этом 32,6% укоренившихся черенков вообще не имели корней 2 порядка (0 категория).

Таблица 1 – Средние показатели укореняемости и качества корневой системы черенков в зависимости от обработки наночастицами биогенного ферригидрита допированного кобальтом и кремнием за 2023…2024 гг.

В варианте с обработкой НЧ Feh, допированным Co, помимо увеличения процента укореняемости, возрастала доля корней 1 порядка II и III категории до 38,8% и 6,0% соответственно, а доля корней 0 категории уменьшилась на 7,2%. При обработке НЧ Feh, допированного Si доля корней I категории составляла 32,7%, II категории — 61,8%, III категория отсутствовала, тогда как доля корней 0 категории уменьшилось на 27,1% по сравнению с контролем.

У гибридов R. atropurpureum × R. hispidulum и R. vulgare × R. atropurpureum укореняемость черенков в контрольных вариантах была значительно выше по сравнению с R. atropurpureum, 86,7 и 100% соответственно. У черенков, обработанных НЧ Feh, допированного Co, укореняемость снизилась до 76,7%, а у черенков обработанных НЧ Feh, допированного Si до 73,3%. При этом средняя длина корней 1 порядка практически не изменялась, но незначительно возрастало их число на 1 черенок. В этом варианте НЧ Feh, допированного Co оказали выраженное негативное влияние на качество корневой системы, уменьшилась доля корней II категории на 24,1% доля корней III категории на 9,3%, при этом доля корней 0 возрастала с 3,9% до 20,3%. В варианте с НЧ Feh, допированного Si негативное влияние было значительно меньше по сравнению с НЧ Feh, допированного Co (таблица 1).

У гибрида R. vulgare × R. atropurpureum наблюдалось незначительное снижение укореняемости черенков в варианте обработки с НЧ Feh, допированного Co и Si по сравнению с контролем, укореняемость снизилась на 10 и 3,3% соответственно. При этом доля корней III категории в варианте обработки НЧ Feh, допированного Si уменьшилась с 30,3 до 14,3% по сравнению с контролем, а в варианте с НЧ Feh, допированного Co оставалась на уровне с контролем. При обработке НЧ Feh, допированного Cо общее состояние корневой системы ухудшилось, уменьшилась доля корней II и III категории и соответственно возросла доля корней I категории до 17,3%. В случае с НЧ Feh, допированного Si в этом варианте у гибридов R. vulgare × R. atropurpureum общее качество корневой системы также ухудшилось. Особенно сильное негативное влияние НЧ Feh, допированного Si оказал на число корней III категории, их количество снизилось на 16% (рисунок 2).

В нашей предыдущей работе (Локтева, Чооду, 2024) была изучена укореняемость 2 видов и гибридов черёмухи, черенки Padus avium укореняется хорошо, а Padus virginiana практически не укореняются зелёным черенком. При этом гибриды наследовали хорошую способность к укоренению черенков.

А – R. atropurpureum + H₂O (контроль); Б – R. atropurpureum × R. hispidulum + H₂O (контроль); В – R. vulgare × R. atropurpureum + H₂O (контроль); Г – R. atropurpureum + Feh + Co; Д – R. atropurpureum × R. hispidulum + Feh + Co; Е – R. vulgare × R. atropurpureum + Feh + Co; Ж – R. atropurpureum + Feh + Si; З – R. atropurpureum × R. hispidulum + Feh + Si; И – R. vulgare × R. atropurpureum + Feh + Si

Рисунок 2 – Диаграммы распределения долей черенков в зависимости от числа корней второго порядка

В случае с R. atropurpureum мы наблюдаем схожую закономерность: черенки её гибрида с сортом R. vulgare `Красная Андрейченко` даже в контрольном варианте укоренялись на 100%, тогда как укореняемость R. atropurpureum была всего 50%.  На примере черемухи было отмечено, что НЧ имеют разнонаправленное воздействие на укореняемость черенков: на трудноукореняемом сорте НЧ стимулировали укореняемость, а на сортах, которые хорошо укоренялись в контроле, НЧ оказывали угнетающее влияние. Наибольший положительный эффект наблюдался в варианте с обработкой НЧ Feh, допированный Co (рисунки 3…5).

В работе по изучению укореняемости чёрной смородины с использованием НЧ биогенного ферригидрита, допированного Co+ИУК (Мистратова, 2020) наблюдались схожие закономерности, выявленные при изучении укореняемости черенков черемухи (Локтева, Чооду, 2024).

Рисунок 3 – Окоренившиеся черенки R. atropurpureum обработанных НЧ Feh допированного: а – Co; б – Si; в – контроль

Рисунок 4 – Окоренившиеся черенки R. atropurpureum × R. hispidulum обработанных НЧ Feh, допированного а – Co; б – Si; в – контроль

Рисунок 5 – Окоренившиеся черенки R. vulgare × R. atropurpureum обработанных НЧ Feh, допированного: а – Co; б – Si; в – контроль

Здесь также черенки, обработанные НЧ FeH, допированным Co, показали достоверно более высокий процент укореняемости и более высокое качество корневой системы. На примере вишни степной также лучшие результаты были получены при использовании НЧ Feh, допированного Co и Si (Бопп, 2025).

Эффективность применения наночастиц подтверждена также в работах (на чёрной смородине, где наибольший эффект стимуляции был достигнут с НЧ Feh, допированного Co, что согласуется с нашими наблюдениями (Кириченко, Захарцева, 2022).

Сходные закономерности были зафиксированы и в работах, посвящённых укоренению черенков вишни (Бопп, 2025), винограда (Kara et al., 2025) и жимолости Бопп, 2024).

В то же время, в исследовании В.Л. Бопп (2024) сообщается о снижении процента укореняемости при использовании НЧ Feh, допированного Cо при обработке черенков жимолости, что, вероятно, свидетельствует о разнонаправленном влиянии НЧ Feh, допированного Co в зависимости от генотипа. Однако, несмотря на снижение процента укореняемости у черенков, обработанных раствором ИУК с Feh в чистом виде и допированным Mn и Co, было отмечено увеличение общего числа корней.

Положительное влияние наночастиц на укореняемость черенков, показанное в настоящем исследовании, согласуется с результатами применения НЧ Feh, допированного другими металлами, в частности серебра (Kara et al., 2025) и алюминия (Кириченко, Захарцева, 2022).

Заключение

Предварительная обработка зелёных черенков Ribes atropurpureum раствором наночастиц биогенного ферригидрита (Feh), допированного Co и Si в концентрации 1 мг/л, оказалась эффективным средством для трудноукореняемого вида и качества корневой системы. У данного вида укореняемость возросла с 50% (контроль) до 73,3% (Co) и 63,3 (Si), средняя длина корней первого порядка с 4,4 см. до 5,5 см (Co) и 6,6 см (Si), при неизменном числе корней первого порядка. Наиболее заметные изменения затронули ветвление: снизилась доля черенков без корней второго порядка (0-категория) на 7,2% с Co и на 27,1% с Si. При обработке НЧ Feh, допированного Co, дополнительно появилась III категория (6%) с более чем 20 корнями второго порядка.

Для межвидовых гибридов на фоне высокой базовой укореняемости (86,7…100%, контроль) обработка НЧ Feh, приводила к ее снижению (до 73,3…76,7%) и к ухудшению качества корневой системы: при действии Co уменьшилась доля корней II и III категории на 24,1% и 9,3% соответственно, возрастала доля 0-категории с 3,9 до 20,3%. У гибрида R. vulgare × R. atropurpureum при обработке Si доля III-категории снижалась с 30,3 до 14,3%. Под воздействием НЧ Feh, допированного Co, наблюдалось общее смещение в сторону более низких категорий качества (рост I категории до 17,3%). В целом отрицательный эффект у гибридов был более выражен с Co, тогда как Si проявлял мягко выраженное, но все же негативное действие на качественные показатели корнеобразования.

Таким образом, эффект наночастиц носит ярко выраженный генотипический и специфический характер и зависит от исходной способности к укоренению: у трудноукореняющихся генотипов (R. atropurpureum) НЧ Feh, допированного Co и Si (1 мг/л) целесообразны для повышения укореняемости и усиления ветвления корней второго порядка; у легкоукореняющихся гибридов их применение не рекомендуется без предварительной оптимизации, поскольку возможно снижение как укореняемости, так и качества корневой системы. На практике это означает, что обработка черенков НЧ Feh, допированного Co и Si может быть включена в технологию вегетативного размножения R. atropurpureum как эффективный способ повышения качества укоренившихся черенков, тогда как для гибридных форм требуется индивидуальный подбор условий. Перспективные направления дальнейших исследований: 1) оценка реакции в зависимости от дозы и длительности экспозиции каждого генотипа; 2) сравнение носителей и типов наночастиц; , а также изучение физиологических механизмов их воздействия; 3) изучение долговременной выживаемости, устойчивости и продуктивности укоренённых растений с оценкой возможной фитотоксичности и экологических рисков.

Финансирование

Исследование осуществлено в соответствии с государственным заданием ЦСБС СО РАН по проекту АААА-А21-121011290027-6 «Теоретические и прикладные аспекты изучения генофондов природных популяций растений и сохранения растительного разнообразия вне типичной среды обитания (ex situ)».

Конфликт интересов: авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Об авторах

Байыр-Белек Мергенович Чооду

Автор, ответственный за переписку.
Email: baiyr_94@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-0493-9798
SPIN-код: 3299-6466

аспирант

Анна Владимировна Локтева

Email: lokteva30@mail.ru
SPIN-код: 2968-4299

кандидат биологических наук

Алексей Борисович Горбунов

Email: alex_gordunov22@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-8102-0529
SPIN-код: 9026-1530

кандидат биологических наук

Список литературы

Дополнительные файлы

Доп. файлы

Действие

1. JATS XML

Скачать

2. Рисунок 1 – Ribes atropurpureum и межвидовые гибриды: а – R. atropurpureum; б – R. atropurpureum × R. hispidulum; в – R. vulgare × R. atropurpureum

Скачать (8MB)

Метаданные

3. Рисунок 2 – Диаграммы распределения долей черенков в зависимости от числа корней второго порядка. А – R. atropurpureum + H2O (контроль); Б – R. atropurpureum × R. hispidulum + H2O (контроль); В – R. vulgare × R. atropurpureum + H2O (контроль); Г – R. atropurpureum + Feh + Co; Д – R. atropurpureum × R. hispidulum + Feh + Co; Е – R. vulgare × R. atropurpureum + Feh + Co; Ж – R. atropurpureum + Feh + Si; З – R. atropurpureum × R. hispidulum + Feh + Si; И – R. vulgare × R. atropurpureum + Feh + Si

Скачать (93KB)

Метаданные

4. Рисунок 3 – Окоренившиеся черенки R. atropurpureum обработанных НЧ Feh допированного: а – Co; б – Si; в – контроль

Скачать (4MB)

Метаданные

5. Рисунок 4 – Окоренившиеся черенки R. atropurpureum × R. hispidulum обработанных НЧ Feh, допированного а – Co; б – Si; в – контроль

Скачать (4MB)

Метаданные

6. Рисунок 5 – Окоренившиеся черенки R. vulgare × R. atropurpureum обработанных НЧ Feh, допированного: а – Co; б – Si; в – контроль

Скачать (3MB)

Метаданные

Отказ от ответственности: заявления, мнения и данные, содержащиеся в публикации, принадлежат исключительно авторам и соавторам. ФГБНУ ВНИИСПК и редакция журнала снимают с себя ответственность за любой ущерб людям и/или имуществу в результате использования любых идей, методов, инструкций или продуктов, упомянутых в контенте.