CC BY
29
БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ
УДК 581.141.48.552: 582.975: 58.085
Н. И. Барышникова1, М. М. Ишмуратова1,2, Э. Н. Сулейманова3, Э. М. Газиева2, А. Р. Ишбирдин12, М. М. Черосов4,5
Биология семян и биотехнологические аспекты сохранения Valeriana alternifolia Ledeb.
'ФГБОУ ВО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова»,
г. Магнитогорск, Россия 2ФГБОУ ВО «Башкирский государственный университет», г. Уфа, Россия 3ФГБОУ ВО «Башкирский государственный медицинский университет», г. Уфа, Россия 4ФГБУН Институт биологических проблем криолитозоны СО РАН, г. Якутск, Россия 5ФГБОУ ВО Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова, г. Якутск, Россия
Аннотация. Сохранение природных популяций промысловых видов рода Valeriana должно быть связано не только с их мониторингом, но и с разработкой методов получения посадочного материала для дальнейшего выращивания, в том числе в условиях in vitro; плантационным выращиванием и введением видов в культуру, а также созданием банка семян ресурсных видов. Первостепенным остается изучение особенности биологии их семян. Цель работы - изучение особенностей биологии семян, карпологии и разработка биотехнологических приемов сохранения вида в условиях in vitro. Задачи исследования: изучить количественные и качественные морфологические признаки семян V. alternifolia, жизнеспособность при длительном хранении и сезонные ритмы прорастания семян, разработка протоколов клонального микроразмножения вида in vitro. Для анализа качественных и количественных морфологических признаков семена V. alternifolia были собраны в 5 ценопопуляциях в районах Центральной Якутии. Отбирали по 30 семян из смешанной пробы в каждой ценопопуляции. При анализе семян учитывали следую-
БАРЫШНИКОВА Надежда Ивановна - к. б. н., зав. кафедрой стандартизации, сертификации и технологии продуктов питания ФГБОУ ВО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова».
E-mail: barunya@mail.ru
BARYSHNIKOVA Nadezhda Ivanovna - Candidate of Biological Sciences, Head of the Department of standardization, certification and food technology in Nosov Magnitogorsk State Technical University.
ИШМУРАТОВА Майя Мунировна - д. б. н., профессор кафедры физиологии и общей биологии ФГБОУ ВО «Башкирский государственный университет», профессор кафедры стандартизации, сертификации и технологии продуктов питания ФГБОУ ВО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова».
E-mail: ishmuratova@mail.ru
ISHMURATOVA Maya Munirovna - Doctor of Biological Sciences,, Professor of Department of Physiology and General biology of Bashkir State University.
щие признаки: длину и ширину, индекс (отношение длины к ширине), форма, опушённость и цвет, массу 1000 шт. Для определения сезонных ритмов прорастания семена в течение трех лет проращивали в разное время года. При введении in vitro использовали семена. Питательной средой являлась модифицированная среда Мурасиге-Скуга с гормональными добавками. Выявлено, что семенная продуктивность V. alternifolia высокая. Семена мелкие, от продолговато-яйцевидных до яйцевидных, желто-коричневые или коричневые, с обеих сторон опушённые, длина в среднем 3,2 (2,0-5,0) мм, ширина в среднем 1,7 (1,2-2,7) мм, индекс в среднем 1,90 (1,15-2,71), средний вес 1000 шт. семян - 0,86±0,01 г. Размерные характеристики семянок (длина, ширина, индекс) обладают внутрипопуляционной изменчивостью низкого и среднего уровня, межпопуляционной изменчивостью низкого уровня. Семена характеризуются вынужденным типом покоя, сохраняют жизнеспособность при хранении более 5 лет и относятся к группе мезобиотиков. Для семян V. alternifolia характерна нормальная затухающая по годам кривая всхожести семян с пиком в весенний период. Valeriana alternifolia можно отнести к видам, способным образовывать кратковременный почвенный банк. Самоподдержание в ценопопуляциях V. alternifolia достигается разными способами: 1) вегетативное размножение (образование клонов); 2) семенное размножение за счет массового производства семян с весенним пиком их прорастания; 3) наличие кратковременного банка жизнеспособных семян в почве. Разработанные протоколы клонального микроразмножения V. alternifolia в культуре in vitro являются дополнительными методами сохранения вида ex situ при разработке видовой стратегии охраны и перспективны при плантационном выращивании вида.
Ключевые слова: лекарственные растения, Valeriana alternifolia, Якутия, репродуктивные характеристики, карпология, биология семян, культура in vitro, охрана биоразнообразия.
Авторы статьи выражают искреннюю признательность Е. А. Захаровой, А. А. Никифоровой, Р. Е. Винокуровой, П. А. Гоголевой, собравшим и предоставившим семена V. alternifolia в 2015 и 2017 гг.
DOI 10.25587/SVFU.2018.67.18652
СУЛЕЙМАНОВА Эльвира Нуритдиновна - к. б. н., ассистент кафедры биологии ФГБОУ ВО «Башкирский государственный медицинский университет».
E-mail: e_suleymanova@mail.ru
SULEYMANOVA Elvira Nuritdinovna - Candidate of Biology Sciences, Assistant of the Department of biology of the Bashkir State Medical University.
ГАЗИЕВА Эльмира Минихановна - аспирант кафедры физиологии и общей биологии ФГБОУ ВО «Башкирский государственный университет».
E-mail: ishmuratova@mail.ru
GAZIEVA Elmira Minihanovna - Postgraduate student of the Department of physiology and the General biology of the Bashkir state University.
ИШБИРДИНАйрат Римович - д. б. н., профессор кафедры физиологии и общей биологии ФГБОУ ВО «Башкирский государственный университет», профессор кафедры стандартизации, сертификации и технологии продуктов питания ФГБОУ ВО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова».
E-mail: ishbirdin@mail.ru
ISHBIRDIN Airat Rimovich - doctor of biology sciences, professor of department of physiology and General biology in Bashkir State University, professor of Department of standardization, certification and food technology in Nosov Magnitogorsk State Technical University.
ЧЕРОСОВ Михаил Михайлович - д. б. н., профессор, в. н. с. Института биологических проблем криолитозоны Сибирского отделения Российской академии наук, зав. каф. экологии ИЕН ФГБОУ «Северо-восточный федеральный университет имени М.К. Аммосова»
E-mail: cherosov@mail.ru
CHEROSOV Mikhail Mikhailovich - Doctor of Biology Sciences, Head and Lead Researcher of the institute of biological problems of the cryolithozone of the Siberian branch of the Russian Academy of Sciences, head of Department of ecology in North-Eastern Federal University in Yakutsk.
Н. И. Барышникова, М. М. Ишмуратова, Э. Н. Сулейманова, Э. М. Газиева, А. Р. Ишбирдин, М. М. Черосов. БИОЛОГИЯ СЕМЯН И БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ СОХРАНЕНИЯ VALERIANA ALTERNIFOLIA
LEDEB.
N. I. Baryshnikova1, M. M. Ishmuratova1,2, E. N. Sulejmanova3, E. M. Gazieva2, A. R. Ishbirdin12, M. M. Cherosov4 5
Biology of Seeds and Biotechnological Aspects of the Conservation Valeriana alternifolia Ledeb.
'Nosov Magnitogorsk State Technical University, Magnitogorsk, Russia 2Bashkir State University, Ufa, Russia 3Bashkir State Medical University, Ufa, Russia 4Siberian branch of the Russian Academy of Sciences, Yakutsk, Russia 5M.K. Ammosov North-Eastern Federal University, Yakutsk, Russia
Abstract. Conservation of the resource species populations of the Valeriana genus is provided not only by monitoring them, but also by development of reproduction methods and plantation cultivation. It is important to multiply in vitro, plantation cultivation, selection, the creation of a seed bank of resource species. The main object is study of the seeds biology. The aim of the work is to study features of seed biology, carpology and development of biotechnological methods of species conservation under in vitro conditions. Objectives of the study are: to analyze the quantitative and qualitative morphological features of V. alternifolia seeds, viability in long-term storage and seasonal rhythms of seed germination, development of clonal micropropagation protocols of the species in vitro. V. alternifolia seeds were collected in 5 cenopopulations in the areas of Central Yakutia. We selected 30 seeds from a mixed sample in each cenopopulation. The following characteristics of seeds were taken into account: length and width, index (ratio of length to width), shape, pubescence, color, mass of 1000 pieces. To determine the seasonal rhythms of germination, the seeds were germinated for three years in different times of the year. When the in vitro introduction of the nutrient medium was a modified Murashige-Skuga medium with hormonal supplements. It was revealed that seed productivity of V. alternifolia is high. Seeds are small, from oblong-ovate to ovate, yellow-brown or brown, pubescent on both sides, average length 3.2 (2.0-5.0) mm, average width 1.7 (1.2-2.7 ), the mean seed index is 1.90 (1.15-2.71), the average weight of 1000 seeds is 0.86 ± 0.01 g. The dimensional characteristics of a seed (length, width, index) have a low and medium intrapopulation variability, interpopulation variability of these signs is low. Seeds have an involuntary type of rest, they remain viable for more than 5 years and belong to the group of mesobiotics. The V. alternifolia seeds are characterized by normal germination curve with peak during the spring. When stored, the germination decreases. Valeriana alternifolia can be attributed to species capable of creating a short-term soil bank of seeds. Self-maintenance in populations of V. alternifolia is achieved in various ways: 1) vegetative reproduction (formation of clones); 2) high seed productivity with spring germination of seeds; 3) the presence of a short-term bank of viable seeds in the soil. The developed clonal micropropagation protocols of V. alternifolia in in vitro culture are additional methods of ex situ conservation. The in vitro method is an element of the species protection strategy and is promising for plantation cultivation.
Keywords: medicinal plants, Valeriana alternifolia, Yakutia, reproductive characteristics, carpology, seed biology, in vitro culture, biodiversity protection.
The authors would like to express their sincere gratitude to E.A. Zakharova, A.A. Nikiforova, R.E. Vinokurova, and P.A. Gogoleva who had collected and presented the V. alternifolia seeds over the period from 2015 to 2017.
Введение
Многие виды рода Valeriana ряда efficinales широко используются в качестве дополнительного источника сырья Valeriana officinalis L. седативного действия. В медицинской практике Valeriana alternifolia Ledeb. (валериана очереднолистная) в том числе применяется аналогично V. officinalis [1-5].
В связи с интенсивным использованием промысловых лекарственных видов растений перед исследователями ставится проблема сохранения их естественных популяций. Важными в решении этих вопросов являются разработка методов получения посадочного
материала для дальнейшего выращивания, в том числе с использованием биотехнологических подходов; плантационное выращивание, введение видов в культуру [6], а также создание банка семян ресурсных видов. Для видов, размножаемых семенами при плантационном выращивании и при введении в культуру in vitro, первостепенным остается изучение особенности биологии их семян [7].
В районах Центральной Якутии (Республики Саха (Якутия)) нами исследованы растительные сообщества с участием V. alternifolia, проведена оценка популяционных и ресурсных характеристик вида [8, 9]. Установлено, что вид обладает широким эколого-ценотическим ареалом и встречается в местообитаниях с различным режимом увлажнения - от пойменных лугов (порядок Hordeetalia brevisubulati Kononov in Kononov et al. 1986 класс Hordeetea brevisubulati Mirkin 1986) до остепненных лугов и опушек (порядок Festucetalia lenensis Mirkin in Gogoleva et al. 1987 класс Cleistogine tea squarrosae Mirkin et al. 1986). Эксплуатационные запасы сырья вида в РС (Я) невелики даже в оптимальных для роста условиях, которые складываются в пойменных ценозах.
На основании вышеизложенного считаем необходимым изучение изменчивости количественных и качественных морфологических признаков семян, исследование особенностей биологии семян Valeriana alternifolia, включающих изучение жизнеспособности семян при длительном хранении, лабораторной и полевой всхожести, сезонных ритмов прорастания семян, поскольку к сегодняшнему дню сведения об особенностях жизнеспособности семян некоторых видов рода Valeriana, в т. ч. и V. alternifolia [11, 13], отрывочны и противоречивы. Эти сведения являются первостепенными при разработке технологий плантационного выращивания и при введении вида в культуру in vitro.
Цель работы - изучение особенностей биологии семян, карпологии и разработка биотехнологических приемов сохранения V. alternifolia в условиях in vitro.
Материалы и методы исследования
Объект исследования
Valeriana alternifolia - замещающийся двулетник, кистекорневое травянистое растение с монокарпическими полурозеточными побегами, ди- и трициклического типа, размножается семенами и вегетативно.
В 2007 г. при проведении экспедиционных выездов в районы Центральной Якутии исследовано пять ценопопуляций (ЦП) V. alternifolia: 1 ЦП - Чурапчинский р-н, пойма р. Туйма (26.07.2007); 2 ЦП - местность Бахсы (26.07.2007); 3 ЦП - остепненные луга, берег р. Амга, Таттинский р-н, окрестности с. Харбалах (27.07.2007); 4 ЦП - побережье р. Амга (левый берег), Таттинский р-н (29.07.2007); 5 ЦП - левый берег р. Амга, вблизи поселка Чычымах (31.07.2007). В этих ценопопуляциях были собраны семена.
В 2017 г. семена V. alternifolia были собраны в Усть-Майском районе с. Кюпцы в долине р. Алдан (07.2017) и в Таттинском районе в окрестностях с. Ытык-Кёль (07.2017).
Для сравнительного анализа качественных и количественных характеристик использованы семена (семянки/плоды) растений различных популяций V. alternifolia, обитающих в Центральной Якутии (ЦП № 1-5), а также семена из гербарных образцов Ботанического института им. В.Л. Комарова РАН (LE) различного периода сбора из районов Забайкалья (образцы № 6, 7), Якутии (образец № 8), Прибайкалья (образец № 9).
Исследования морфологических качественных и количественных признаков семян
Для морфологического анализа отбирали по 30 семян из смешанной пробы не менее, чем с 20 растений каждой ценопопуляции. При анализе семян учитывали следующие признаки: длину и ширину (мм), индекс (отношение длины к ширине), форму, опушён-ность и цвет. Линейные измерения проводили с использованием мерной лупы (х10) (ГОСТ 8309-57). Определяли массу 1000 шт. семян (г).
Лабораторные и полевые исследования
Семена хранили при комнатной температуре в бумажных пакетиках. В эксперименте
Н. И. Барышникова, М. М. Ишмуратова, Э. Н. Сулейманова, Э. М. Газиева, А. Р. Ишбирдин, М. М. Черосов. БИОЛОГИЯ СЕМЯН И БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ СОХРАНЕНИЯ VALERIANA ALTERNIFOLIA LEDEB.
использовали только зрелые и выполненные семена. Лабораторную всхожесть семян определяли в соответствии с имеющимися методиками [10]. Сезонные ритмы прорастания семян определяли по имеющимся методикам [11]. Число семян в опыте варьировало от 50 до 200 шт. Семена проращивали в чашках Петри на влажной фильтровальной бумаге на свету при комнатной температуре +20-24 оС. Семена проращивали в 2008-2011 годах в разное время года: осенью - в сентябре и ноябре; зимой - в декабре, январе, феврале; весной - в марте и апреле; летом - в июне.
В лабораторных и полевых условиях для определения жизнеспособности семян использован показатель всхожести (%).
Метод культуры in vitro
Работы, связанные с изучением особенностей размножения вида в культуре in vitro, выполняли в различные периоды - в 2007-2009 гг. и в 2015-2018 гг.
В качестве эксплантов для введения в культуру in vitro использовали семена. В качестве питательной среды использовали модифицированную питательную среду Мурасиге-Скуга (Murashige-Skoog) (МС) [12] с гормональными добавками 6-бензиламинопурин (6-БАП), индолил-3-уксусной кислоты (ИУК) в различных концентрациях, pH 5,5-5.8.
Первичный материал обрабатывали вариационно-статистическими методами. Для каждого количественного признака определяли среднее арифметическое значение, ошибку, среднее квадратичное отклонение, коэффициент вариации. Достоверность различий средних значений оценивали по критерию Стьюдента.
Результаты исследования
Репродуктивные характеристики V. alternit'olia. Карпология
Сроки вегетации V. alternifolia короткие, в то же время цветение и плодоношение растянутое. В пределах особи одновременно можно наблюдать цветки в стадии бутонизации и раскрытия, а также семена различной степени зрелости. В популяциях также можно одновременно наблюдать плодоносящие и цветущие особи. Цветет V. alternifolia в июне - июле, плодоносит - с конца июня до начала августа. Семенная продуктивность высокая.
Размерные характеристики семян V. alternifolia представлены в табл. 1. Семена характеризуются в среднем следующими размерами: длина 3,2 (2,8-3,7) х ширина 1,7 (1,5-1,9) мм. Самые мелкие семена обнаружены на растениях в 1 ЦП (Чурапчин-ский р-н, пойма р. Туйма), самые крупные - в 4 ЦП (побережье р. Амга (левый берег), Таттинский р-н). Размерные показатели семян гербарных образцов растений, обитающих в Забайкалье 3,1 (3,11-3,18) х 1,8 (1,64-1,87) мм, обитающих в Прибайкалье - 3,4 х 1,7 мм. В анализированных выборках показатели длины и ширины семян могут меняться в 2-2,5 раза.
Уровень внутрипопуляционной изменчивости исследованных признаков в диапазоне от 6,46% до 18,44%. Межпопуляционная изменчивость морфологических признаков семян V. alternifolia характеризуется низким уровнем (6,01-8,36 %).
Индекс семян (отношение длины к ширине) является показателем, отражающим их форму. В среднем индекс семян V. alternifolia составляет 1,9, средние значения показателя в пределах выборок 1,7-2,04. Минимальные и максимальные значения индекса зрелых семян V. alternifolia в выборках составляют 1,15 и 2,71 соответственно, т. е. форма семян может быть от округлой до яйцевидной и продолговато-яйцевидной.
Таким образом, семена V. alternifolia мелкие, характеризуются следующими признаками: длина в среднем 3,2 (2,0-5,0) мм, ширина в среднем 1,7 (1,2-2,7) мм, индекс в среднем 1,90 (1,15-2,71), от почти округлых до продолговато-яйцевидных, цвет - желто-коричневый или коричневый, семена с обеих сторон опушённые, средняя масса 1000 шт. семян - 0,86 ±0,01 г.
Таблица 1
Характеристика семян Valeriana alternifolia различных мест сбора
Признак Ценопопуляции (РЯ) Гербарные образцы (LE)
1 ЦП 2 ЦП 3 ЦП 4 ЦП 5 ЦП № 6 Забайкалье № 7 Забайкалье № 8 Якутия № 9 Прибайкалье
Длина семян, мм M±m Min Max CV,% 2,82±0,04 2,00 3,30 8,46 3,06±0,06 2,60 3,80 10,48 3,08±0,04 2,80 3,60 6,95 3,67±0,05 2,90 4,10 7,45 3,35±0,05 2,90 3,80 7,52 3,11±0,06 2,60 4,00 9,37 3,18±0,12 2,90 5,00 15,71 3,42±0,06 2,90 4,00 9,29 3,44±0,04 3,00 3,90 6,46
Ширина семян, мм M±m Min Max CV,% 1,46±0,02 1,20 1,70 7,92 1,57±0,03 I,30 2,00 II,29 1,77±0,04 I,40 2,10 II,27 1,90±0,03 1,60 2,30 8,56 1,82±0,03 1.30 2,00 8.31 1,87±0,07 1,30 2,70 18,44 1,64±0,05 1,30 2,00 12,16 1,70±0,02 1,50 2,00 7,97 1,70±0,03 1,40 2,10 9,73
Индекс семян M±m Min Max CV,% 1,93±0,03 1,43 2,31 8,23 1,97±0,04 1,53 2,62 12,32 1,76±0,04 1,43 2,40 13,95 1,94±0,04 I,45 2,38 II,23 1,85±0,04 1,61 2,62 10,46 1,70±0,05 1,15 2,08 12,54 1,94±0,06 1,63 2,50 12,16 2,02±0,02 1,71 2,31 6,71 2,04±0,04 1,52 2,71 9,45
Биология семян
Исследования особенностей биологии (жизнеспособность, сезонные ритмы прорастания, типы и глубина покоя и др.) семян некоторых видов рода Valeriana (V officinalis, V. dubia, V. wolgensis, V. alternifolia) свидетельствуют, что перечисленные характеристики семян могут быть использованы в качестве дополнительных таксономических признаков для дифференциации видов [11].
Семена V. alternifolia, собранные в 2007 г., сохраняли высокие показатели лабораторной всхожести до 2011 г. (табл. 2). После трех лет хранения в комнатных условиях всхожесть их незначительно снижалась. Относительно низкая полевая всхожесть (1-5%) этих семян сохраняется более 5 лет.
Семена V. alternifolia, собранные в естественных местах обитания в июле 2015 г. в наших экспериментах при хранении в комнатных условиях, через год и более также демонстрировали высокие показатели всхожести - 69,0-71,0%. Семена, собранные в 2017 г., осенью характеризовались высокой жизнеспособностью (72,0-90,0% всхожести). При весеннем посеве всхожесть этих семян составила около 20,0%. По-видимому, погодно-климатические условия года, в котором созревали семена, влияют на показатели всхожести семян.
Семена V. alternifolia характеризуются вынужденным типом покоя и не нуждаются в привлечении методов стратификации и скарификации. Энергия прорастания семян низкая, максимальная приходится на 10-й день после замачивания.
Динамика сезонных ритмов прорастания семян V. alternifolia представлена в табл. 2.
Сроки прорастания семян растянуты, что, по-видимому, связано с разнокачествен-ностью семян в выборке.
Н. И. Барышникова, М. М. Ишмуратова, Э. Н. Сулейманова, Э. М. Газиева, А. Р. Ишбирдин, М. М. Черосов. БИОЛОГИЯ СЕМЯН И БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ СОХРАНЕНИЯ VALERIANA ALTERNIFOLIA
LEDEB.
Таблица 2
Сезонные ритмы прорастания семян Valeriana alternifolia (2008-2011 гг.)
Дата сбора (месяц, год) Сроки проведения опыта Лабораторная всхожесть семян, %
Min значение Max значение CV, % Среднее арифметическое ± ошибка
VII 2007 осень, 2008 г. 44,0 62,0 17,1 51,0±8,7
VII 2007 зима, 2008-2009 гг. 21,5 75,8 43,8 51,7±22,7
VII 2007 весна, 2009 г. 81,0 84,0 2,6 82,5±2,1
VII 2007 лето, 2009 г. 26,0 75,0 55,5 41,2±22,7
VII 2007 осень, 2009 г. 9,0 14,0 30,7 11,5±3,5
VII 2007 зима, 2009-2010 гг. 5,0 44,0 74,5 26,7±19,9
VII 2007 весна, 2010 г. 13,0 39,0 48,6 27,0±13,1
VII 2007 лето, 2010 г. 12,0 30,0 45,1 25,0±5,0
VII 2007 зима, 2010-2011 гг. 5,0 13,0 21,1 10,0±6,1
VII 2007 весна, 2011 г. 8,0 13,7 16,0 12,0±1,5
Максимальные пики прорастания семян V. alternifolia отмечаются в весенние периоды (2009 г. - 82,5%; 2010 г. - 27,0%; 2011 г. - 12,0%). В последующие сезоны показатели всхожести снижаются, что свидетельствует о постепенной потере жизнеспособности семян после трех лет хранения. Для V. alternifolia характерна нормальная затухающая кривая всхожести семян с пиком в весенний период.
Таким образом, по показателям жизнеспособности семян V. alternifolia можно отнести к группе мезобиотиков (семена сохраняют жизнеспособность более 3 лет). Valeriana alternifolia относится к видам, способным образовывать кратковременный почвенный банк.
В естественных местах обитания, по-видимому, семена прорастают в весенне-летний период, с максимумом, приходящимся на последующий после плодоношения год, что находит отражение в возрастных спектрах ценопопуляций (отсутствие проростков и преобладание ювенильных особей на момент проведения исследований).
Представляет интерес дальнейшее изучение биологии семян V. alternifolia, поскольку сведения о биологии семян видов рода Valeriana, имеющиеся в литературе, отрывочны и противоречивы. В работе В. В. Семеновой и П. С. Егоровой [13] отмечается, что свежесобранные семена V. alternifolia имеют высокую лабораторную всхожесть 38,5077,25%, но быстро снижают ее и через год полевая всхожесть семян полностью теряется.
Кроме этого работы, направленные на изучение биологии семян, являются основой при разработке видовых стратегий охраны растений и разработке мер сохранения видов в условиях in situ и ex situ.
Клональное микроразмножение V. alternifolia in vitro
В настоящее время отмечают повышение спроса на сырье лекарственных растений и истощение их природных популяций [14], в связи с чем действенной мерой сохранения ресурсов лекарственных растений признано введение видов в культуру и их плантационное выращивание.
В последние годы биотехнология сохранения редких и ресурсных видов растений интенсивно развивается и является дополнением существующих методов сохранения биоразнообразия ex situ, в т. ч. и при разработке видовых стратегий охраны, что актуально в том числе и для видов рода Valeriana [15-16].
В культуре in vitro семена V. alternifolia продемонстрировали высокие показатели всхожести (70,8%) и стерильности экспланта (100,0%). Через три месяца культивирования
растения V. alternifolia, находящиеся в имматурном (11,8%) и виргинильном (88,2%) возрастных состояниях, использовали для мультипликации побегов. Для мультипликации побегов использованы питательные среды МС с 0,1-0,5 мг/л ИУК и 0,1-1,0 мг/л БАП в качестве гормональных добавок. В течение одного пассажа коэффициент мультипликации составил 4-6.
К настоящему времени разработаны протоколы клонального микроразмножения V. alternifolia в культуре in vitro с использованием приема культивирования - активация существующих меристем.
Заключение
Valeriana alternifolia - представитель ряда officinales рода Valeriana, ресурсный, промысловый вид, является дополнительным источником сырья V. officinalis. Для сохранения естественных популяций вида первостепенным является разработка методов получения посадочного материала для дальнейшего выращивания. Сведения о биологии семян V. alternifolia являются основой при создании банка семян, разработке технологий искусственного выращивания вида, в том числе и с использованием культуры in vitro.
Семенная продуктивность V. alternifolia высокая. Семена мелкие, от продолговато-яйцевидных до яйцевидных, желто-коричневые или коричневые, с обеих сторон опушенные, длина в среднем 3,2 (2,0-5,0) мм, ширина в среднем 1,7 (1,2-2,7) мм, индекс в среднем 1,90 (1,15-2,71), средний вес 1000 шт. семян - 0,86±0,01 г. Размерные характеристики семян (длина, ширина, индекс) обладают внутрипопуляционной изменчивостью низкого и среднего уровня, межпопуляционной изменчивостью низкого уровня. Семена характеризуются вынужденным типом покоя, сохраняют жизнеспособность при хранении более 5 лет и относятся к группе мезобиотиков. Для семян V. alternifolia характерна нормальная, затухающая по годам кривая всхожести семян с пиком в весенний период. Valeriana alternifolia можно отнести к видам, способным образовывать кратковременный почвенный банк.
Самоподдержание в ценопопуляциях V. alternifolia достигается разными способами: 1) вегетативное размножение (образование клонов); 2) семенное размножение за счет массового производства семян с весенним пиком их прорастания; 3) наличие кратковременного банка жизнеспособных семян в почве.
Разработанные протоколы клонального микроразмножения V. alternifolia в культуре in vitro являются дополнительными методами сохранения вида ex situ при разработке видовой стратегии охраны и перспективны при плантационном выращивании вида. Эксплантами могут служить семена, используемый прием клонального микроразмножения - активания существующих меристем.
Л и т е р а т у р а
1. Атлас лекарственных растений Якутии. Т. 1. - Якутск: ЯФ Изд-ва СО РАН, 2003. - 194 с.
2. Ломагина З. В., Данчул Т. Ю. Семейство Valerianaceae Batch // Растительные ресурсы СССР: Цветковые растения их химический состав, использование. Семейства Caprifoliaceae-Plantaginaceae.
- Л., 1990. - С. 20-30.
3. Минаева В. Г. Лекарственные растения Сибири. - Новосибирск: Наука, 1991. - 430 с.
4. Семенова В. В., Данилова Н. С., Андросова Д. Н. Лекарственные растения сердечно-сосудистого действия в природных сообществах и коллекциях Якутского ботанического сада // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. - 2014.
- № 98. - С. 233-243.
5. Фармакогнозия. Лекарственное сырье растительного и животного происхождения / Под ред. Г. П. Яковлева. - СПб: СпецЛит, 2006. - 808 с.
6. Сацыперова И. Ф., Рабинович А. М. Проект общесоюзной программы исследований по интродукции лекарственных растений // Растительные ресурсы. - 1990. - Т. 26. Вып. 4. - С. 587-597.
7. Mukherjee D., Chakraborty S. Studies on ecology, habitats diversification and seed germination behavior
Н. И. Барышникова, М. М. Ишмуратова, Э. Н. Сулейманова, Э. М. Газиева, А. Р. Ишбирдин, М. М. Черосов. БИОЛОГИЯ СЕМЯН И БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ СОХРАНЕНИЯ VALERIANA ALTERNIFOLIA LEDEB.
of Valeriana jatamansi Jones: A critical endangered plant // International Journal of Agricultural. - May, 2014. Vol. 4 (5). - Pp. 203-209.
8. Ишмуратова М. М., Ишбирдин А. Р., Черосов М. М., Барышникова Н. И., Сулейманова Э. Н. Эколого-фитоценотические, популяционные, ресурсные характеристики Valeriana alternifolia Ledeb. // Вестник СВФУ. - 2017. - № 6 (62). - С. 18-25.
9. Ишмуратова М. М., Ишбирдин А. Р., Черосов М. М., Барышникова Н. И., Сулейманова Э. Н. Эколого-фитоценотические, популяционные и репродуктивные характеристики, биология семян, культура in vitro Valeriana alternifolia // Растения в холодных регионах: сб. материалов всероссийской научно-практической конференции, Якутск, 20-21 октября 2016 г. (Сетевое электронное издание). -Якутск: Издательский дом СВФУ, 2017. - С. 249-259.
10. Фирсова М. К. Методы определения качества семян. - М.: Сельхозлитература, 1959. - 350 с.
11. Ишмуратова М. М., Ткаченко К. Г. Семена травянистых растений: особенности латентного периода, использование в интродукции и размножении in vitro. - Уфа: Гилем, 2009. - 115 с.
12. Murashige T., Skoog F. A revised medium for rapid growth and bioassays with tobacco tissue cultures // Physiol. Plant. 1962. - Vol. 15, N 13. - P. - 473-497.
13. Семенова В. В., Егорова П. С. Поливариантность онтогенеза Valeriana alternifolia Ledeb. и структура ее природных ценопопуляций в Якутии. - Новосибирск: Наука, 2013. - 111 с.
14. Kling J. Protecting medicine's wild pharmacy // Nature plants. - 2016. - Vol. 2. № 5. - Pp. 160-164.
15. Барышникова Н. И. Эколого-фитоценотическая характеристика, ценопопуляционный анализ и опыт введения в культуру Valeriana tuberosa L. и Valeriana dubia Bunge в степном Зауралье Республики Башкортостан: Автореф. дисс. ... канд. биол. наук. - Уфа, 2005. - 22 с.
16. Bhat B., Sharma VD. In vitro propagation of the Garden Heliotrope Valeriana officinalis L.: Influence of pre-chilling and light on seed germination // Indian Journal of Experimental Biology. - March 2015. -Vol.53. - pp. 184-188.
R e t e r e n c e s
1. Atlas lekarstvennyh rastenij Yakutii. T. 1. - YAkutsk: YAF Izd-va SO RAN, 2003. - 194 s.
2. Lomagina Z. V., Danchul T. Yu. Semejstvo Valerianaceae Batch // Rastitel'nye resursy SSSR: Cvetkovye rasteniya ih himicheskij sostav, ispol'zovanie. Semejstva Caprifoliaceae-Plantaginaceae. - L., 1990. - S. 20-30.
3. Minaeva V. G. Lekarstvennye rasteniya Sibiri. - Novosibirsk: Nauka, 1991. - 430 s.
4. Semenova V. V., Danilova N. S., Androsova D. N. Lekarstvennye rasteniya serdechno-sosudistogo dejstviya v prirodnyh soobshchestvah i kollekciyah YAkutskogo botanicheskogo sada // Politematicheskij setevoj ehlektronnyj nauchnyj zhurnal Kubanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. - 2014. - № 98. - S. 233-243.
5. Farmakognoziya. Lekarstvennoe syr'e rastitel'nogo i zhivotnogo proiskhozhdeniya / Pod red. G. P. YAkovleva. - SPb: SpecLit, 2006. - 808 s.
6. Sacyperova I. F., Rabinovich A. M. Proekt obshchesoyuznoj programmy issledovanij po introdukcii lekarstvennyh rastenij // Rastitel'nye resursy. - 1990. - T. 26. Vyp. 4. - S. 587-597.
7. Mukherjee D., Chakraborty S. Studies on ecology, habitats diversification and seed germination behavior of Valeriana jatamansi Jones: A critical endangered plant // International Journal of Agricultural. -May, 2014. Vol. 4 (5). - Pp. 203-209.
8. Ishmuratova M. M., Ishbirdin A. R., Cherosov M. M., Baryshnikova N. I., Sulejmanova Eh. N. Ehkologo-fitocenoticheskie, populyacionnye, resursnye harakteristiki Valeriana alternifolia Ledeb. // Vestnik SVFU. - 2017. - № 6 (62). - S. 18-25.
9. Ishmuratova M. M., Ishbirdin A. R., Cherosov M. M., Baryshnikova N. I., Sulejmanova Eh. N. Ehkologo-fitocenoticheskie, populyacionnye i reproduktivnye harakteristiki, biologiya semyan, kul'tura in vitro Valeriana alternifolia // Rasteniya v holodnyh regionah: sb. materialov vserossijskoj nauchno-prakticheskoj konferencii, YAkutsk, 20-21 oktyabrya 2016 g. (Setevoe ehlektronnoe izdanie). - YAkutsk: Izdatel'skij dom SVFU, 2017. - S. 249-259.
10. Firsova M. K. Metody opredeleniya kachestva semyan. - M.: Sel'hozliteratura, 1959. - 350 s.
11. Ishmuratova M. M., Tkachenko K. G. Semena travyanistyh rastenij: osobennosti latentnogo perioda, ispol'zovanie v introdukcii i razmnozhenii in vitro. - Ufa: Gilem, 2009. - 115 s.
12. Murashige T., Skoog F. A revised medium for rapid growth and bioassays with tobacco tissue cultures // Physiol. Plant. 1962. - Vol. 15, N 13. - P. - 473-497.
13. Semenova V. V., Egorova P. S. Polivariantnost' ontogeneza Valeriana alternifolia Ledeb. i struktura ee prirodnyh cenopopulyacij v Yakutii. - Novosibirsk: Nauka, 2013. - 111 s.
14. Kling J. Protecting medicine's wild pharmacy // Nature plants. - 2016. - Vol. 2. № 5. - Pp. 160-164.
15. Baryshnikova N. I. Ehkologo-fitocenoticheskaya harakteristika, cenopopulyacionnyj analiz i opyt vvedeniya v kul'turu Valeriana tuberosa L. i Valeriana dubia Bunge v stepnom Zaural'e Respubliki Bashkortostan: Avtoref. diss. ... kand. biol. nauk. - Ufa, 2005. - 22 s.
16. Bhat B., Sharma Vd. In vitro propagation of the Garden Heliotrope Valeriana officinalis L.: Influence of pre-chilling and light on seed germination // Indian Journal of Experimental Biology. - March 2015. -Vol.53. - pp. 184-188.
^iMSr^Sr
