CC BY
1
2024 Т. 54 № 1 / Техника и технология пищевых производств / Food Processing: Techniques and Technology
ISSN 2074-9414 (Print) ISSN 2313-1748 (Online)
https://doi.org/10.21603/2074-9414-2024-1-2488 Оригинальная статья
https://elibrary.ru/LJEWUM https://fptt.ru
Клональное микроразмножение лесных ягодных
растений рода Rubus
<S>
С. С. Макаров1'2'* , М. Т. Упадышев1 , Н. Р. Сунгурова2 , О. Н. Тюкавина2 , Б. И. Куликова3, И. Б. Кузнецова4
1 Российский государственный аграрный университет - МСХА имени К. А. Тимирязева1*^, Москва, Россия 2 Северный (Арктический) федеральный университет имени М. В. Ломоносова****, Архангельск, Россия 3 Вологодская государственная молочнохозяйственная академия имени Н. В. Верещагина?*^, Вологда, Россия 4 Костромская государственная сельскохозяйственная академия****, Караваево, Россия
Поступила в редакцию: 11.04.2023 *С. С. Макаров: makarov_serg44@mail.ru,
Принята после рецензирования: 01.05.2023 https://orcid.org/0000-0003-0564-8888
Принята к публикации: 04.06.2023 М. Т. Упадышев: https://orcid.org/0000-0003-1069-3771
Н. Р. Сунгурова: https://orcid.org/0000-0002-8464-4596 О. Н. Тюкавина: https://orcid.org/0000-0003-4024-6833 И. Б. Кузнецова: https://orcid.org/0000-0001-5011-3271
© С. С. Макаров, М. Т. Упадышев, Н. Р. Сунгурова, О. Н. Тюкавина, Е. И. Куликова, И. Б. Кузнецова, 2024
Аннотация.
Морошка приземистая и княженика арктическая - лесные ягодные растения рода Rubus семейства Rosaceae. Они обладают высокой пищевой и лекарственной ценностью, но в природе имеют низкую урожайность, а некоторые популяции находятся на грани исчезновения. Для получения большого количества оздоровленного посадочного материала этих растений целесообразно использовать экономически эффективные биотехнологические методы размножения. Необходимо совершенствовать технологии клонального микроразмножения морошки приземистой и княженики арктической для сортов и форм российского происхождения. Цель исследования - изучение влияния стерилизующих агентов на приживаемость эксплантов и концентрации регуляторов роста в составе питательной среды на органогенез растений Rubus chamaemorus L. и Rubus arcticus L. в культуре in vitro.
Объектами исследования являлись растения-регенеранты R. chamaemorus (формы Архангельская и Вологодская) и R. arcticus (сорта София и Галина). Провели биохимический анализ состава плодов. Изучили влияние стерилизующих агентов и времени экспозиции на жизнеспособность эксплантов, а также состава питательной среды и концентрации росторегулирующих веществ на образование микропобегов и корней in vitro.
Наибольшую приживаемость эксплантов R. arcticus и R. chamaemorus из латеральных почек (80-96 %) отметили после стерилизации растворами азотнокислого серебра 0,2 % и препарата Лизоформин 3000 5 % в течение 15 мин, из этиолированных побегов (79-100 %) - азотнокислого серебра 0,2 %, препаратов Ника-2 0,01 % и Лизоформин 3000 5 % в течение 10 мин. Наибольшую суммарную длину микропобегов (19,4-22,7 см) у R. chamaemorus выявили при добавлении в питательную среду МС цитодефа 0,1 мг/л, корней (46,0-56,6 см) - при добавлении индолилуксуной кислоты 0,5 мл/л. Максимальные значения суммарной длины микропобегов (22,4-22,8 см) и корней (86,6-89,3 см) у R. arcticus отметили при тех же концентрациях росторегулирующих веществ на среде МС 1/2.
Использование регуляторов роста цитодеф и индолилуксуной кислоты при клональном микроразмножении морошки приземистой и княженики арктической позволит получить большое количество высококачественного посадочного материала для плантационного выращивания.
Ключевые слова. Rubus arcticus L., Rubus chamaemorus L., ягоды, растения, клональное микроразмножение, in vitro, биохимический состав, стерилизация, органогенез
Финансирование. Работа выполнена за счет средств Программы развития университета в рамках Программы стратегического академического лидерства «Приоритет-2030» (соглашение № 075-15-2023-220 от 16.02.2023).
Для цитирования: Клональное микроразмножение лесных ягодных растений рода Rubus / С. С. Макаров [и др.] // Техника и технология пищевых производств. 2024. Т. 54. № 1. С. 60-70. https://doi.org/10.21603/2074-9414-2024-1-2488
https://doi.org/10.21603/2074-9414-2024-1-2488 Original article
https://elibrary.ru/LJEWUM Available online at https://fptt.ru/en
Clonal Micropropagation of Wild Berry Plants of the Genus Rubus
Sergey S. Makarov1'2'*©, Mikhail T. Upadyshev1 , Natalia R. Sungurova2 , Olga N. Tyukavina2 , Elena I. Kulikova3, Irina B. Kuznetsova4
1 Russian State Agrarian University - Moscow Timiryazev Agricultural Academy^**, Moscow, Russia
2 M. V. Lomonosov Northern (Arctic) Federal UniversityArkhangelsk, Russia
3 N. V. Vereshchagin Vologda State Dairy Farming AcademyR0R, Vologda, Russia
4 Kostroma State Agricultural Academyfxxt, Karavaevo, Russia
Received: 11.04.2023 *Sergey S. Makarov: makarov_serg44@mail.ru,
Revised: 01.05.2023 https://orcid.org/0000-0003-0564-8888
Accepted: 04.06.2023 Mikhail T. Upadyshev: https://orcid.org/0000-0003-1069-3771
Natalia R. Sungurova: https://orcid.org/0000-0002-8464-4596 Olga N. Tyukavina: https://orcid.org/0000-0003-4024-6833 Irina B. Kuznetsova: https://orcid.org/0000-0001-5011-3271
© S.S. Makarov, M.T. Upadyshev, N.R. Sungurova, O.N. Tyukavina,
E.I. Kulikova, I.B. Kuznetsova, 2024
Abstract.
Cloudberry (Rubus chamaemorus L.) and arctic raspberry (Rubus arcticus L.) are highly nutritional and medicinal but low-yield berries, with some populations being on the verge of extinction. Micropropagation biotechnologies are cost-effective and may provide healthy and plentiful planting material for these valuable berries. Clonal micropropagation of cloudberry and arctic raspberry requires new methods adapted for Russian varieties. This research featured the effect of sterilizing agents on the survival rate of explants of R. chamaemorus and R. arcticus, as well as the effect of growth regulators in the nutrient medium on their organogenesis in vitro.
Berries obtained from regenerant plants of R. chamaemorus (Arkhangelsk and Vologda varieties) and R. arcticus (Sofia and Galina varieties) underwent a biochemical analysis. Further research involved the effect of sterilizing agents and exposure time on the viability of explants, as well as the effect of the nutrient medium composition and the concentration of growth regulators on the development of microshoots and roots in vitro.
In case of lateral buds, the highest survival rate of both types of explants (80-96%) belonged to the samples sterilized with 0.2% silver nitrate and 5% Lysoformin 3000 for 15 min. In case of etiolated shoots (79-100%), it was the samples treated with 0.2% silver nitrate, 0.01% Nika 2, and 5% Lysoformin 3000 for 10 min. The maximal total length of microshoots in R. chamaemorus (19.4-22.7 cm) was registered at 0.1 mg/L Cytodef in the Murashige and Skoog medium. The maximal total length of roots (46.0-56.6 cm) was obtained when the medium contained 0.5 mL/L indolylacetic acid. As for R. arcticus, the maximal total lengths of microshoots (22.4-22.8 cm) and roots (86.6-89.3 cm) occurred at the same concentrations of growth regulators on 1/2 Murashige and Skoog medium.
In this research, Cytodef and indolylacetic acid applied in the process of clonal micropropagation of R. chamaemorus and R. arcticus made it possible to increase the yield of high-quality planting material for commercial plantations.
Keywords. Rubus arcticus L., Rubus chamaemorus L., berries, plants, clonal micropropagation, in vitro, biochemical composition, sterilization, organogenesis
Funding. The research was part of the University Development Program, Strategic Academic Leadership Program Priority-2030 (Agreement No. 075-15-2023-220 dated 02/16/2023).
For citation: Makarov SS, Upadyshev MT, Sungurova NR, Tyukavina ON, Kulikova EI, Kuznetsova IB. Clonal Micropropagation of Wild Berry Plants of the Genus Rubus. Food Processing: Techniques and Technology. 2024;54(1):60-70. (In Russ.). https:// doi.org/10.21603/2074-9414-2024-1-2488
Введение обыкновенная (Rubus idaeus L.), костяника каменистая
В природных условиях таежной зоны европейской (Rubus saxatilis L.) и ежевика сизая (Rubus caesius L.).
части России широко представлены такие лесные ягод- Данные ягодные растения активно культивируются
ные растения рода Rubus семейства Rosaceae, как малина в виде гибридных сортов. Реже встречаются морошка
приземистая (КиЪт скашавтогш L.) и княженика арктическая (КиЪш агсИси$ L.), которые обладают высокой пищевой и лекарственной ценностью. Однако эти ягоды в природе имеют низкую урожайность, а их запасы сокращаются из-за природно-климатических изменений и неконтролируемого антропогенного воздействия. Некоторые популяции находятся на грани исчезновения [1, 2].
Морошка приземистая (К. скатавтогш) - многолетнее травянистое двудомное растение с однолетними надземными простыми прямостоячими побегами высотой 5-30 см и длинным корневищем (до 10 м), живущим до 10 лет. Стебель прямостоячий, высота 2-20 см. Листья с прилистниками, простые, черешковые, складчатые, округло-почковидные. К. скатавтогш - гипоарктический вид, широко распространенный в Евразии и Северной Америке. В России морошка встречается в широтном протяжении по всей территории - от Карелии и Калининградской области до Тихоокеанского побережья. Северная граница ареала находится на архипелаге Северная Земля, а южная проходит через Смоленскую, Московскую, Ярославскую, Ивановскую и Нижегородскую области. Морошка произрастает на верховых болотах и заболоченных участках торфа - 2,1-4,5) хвойных лесов [3-5].
Плод морошки - сборная костянка (многокостянка) округло-продолговатой формы массой 1-2 г (иногда встречаются ягоды весом до 5,5 г). В процессе созревания плод меняет цвет от ярко-красного и непрозрачного до янтарно-желтого и прозрачного. Ягоды морошки отличаются высоким содержанием антиоксидантов, содержат в среднем 13,6 % сухого вещества, 5,7 % сахаров (глюкоза и фруктоза), большое количество флавоноидов, фенольных соединений, аскорбиновой кислоты (до 150 мг/100 г), бензойной кислоты (около 50 мг/100 г), микро- и макроэлементов. В народной медицине плоды, листья и корни используются при лечении почечнокаменной болезни, нарушении обмена веществ, авитаминозе, туберкулезе и простуде. Плоды являются противоцинготным и потогонным средством. Настой листьев может использоваться как кровоостанавливающее средство при внутренних кровотечениях, мочегонное при болезнях мочевого пузыря и других урологических заболеваний, а также как противовоспалительное, вяжущее и ранозаживляющее средство. Ягоды используют в пищу как в свежем виде, так и замораживают, сушат и замачивают для длительного хранения. Они применяются при приготовлении пирогов, пирожных, джемов, компотов, конфет, добавок к йогуртам и кондитерским изделиям и др. Листья в смеси с другими растениями используют для приготовления чаев и травяных сборов [5-9].
Княженика арктическая или поленика (К. атсИст) -многолетнее корневищное растение с длинными и глубоко ветвящимися (10-25 см параллельно земной поверхности) шнуровидными корнями. Надземные побеги образуются из вертикально направленных подзем-
ных побегов, которые формируются из находящихся на корнях почек и выходят на поверхность почвы. Функцию отсутствующих корневых волосков выполняет микориза. Подземные части растений княженики живут в течение многих лет, тогда как надземная часть ежегодно отмирает. Листья с прилистниками, тонкие, темно-зеленого цвета, тройчатые, морщинистые, на длинных черешках. Цветки имеют ярко-розово-алый оттенок. Является самобесплодным растением. R. arcticus - бореально-гипоарктический вид, встречающийся в холодной и умеренной зонах в северных широтах в странах Скандинавии, Северной Америки, Прибалтики и северных районах России. Произрастает в сфагновых, осоково-сфагновых и осоково-разнотравных лесах, в лесотундровых редколесьях и тундре, по заболоченным лесным опушкам, на болотах по кочкам, на сыроватых просеках, вырубках и гарях [2, 10, 11].
Плод княженики - сборная костянка со средней массой 1-2 г. Зрелые плоды имеют малиново-красноватый оттенок и вкус, напоминающий землянику и ананас. Плоды содержат до 7 % сахаров (фруктоза и глюкоза), 200 мг/100 г витамина C, органические кислоты, пектины, ароматические и дубильные вещества, полифенолы и антоцианы. В народной медицине настой из плодов княженики используется в качестве жаропонижающего и противоцинготного средства, при почечнокаменной болезни, подагре, гастрите, анемии, стоматите, бронхиальной астме и респираторных заболеваниях. Листья используют для заживления ран при ревматизме. Ягоды княженики подлежат как употреблению в пищу в свежем виде, так и сушке и заморозке. Используются для приготовления варенья, джемов, морсов, компотов, наливок и ликеров [10-12].
Помимо пищевого и фармацевтического использования, морошка и княженика находят применение в производстве косметики и декоративном садоводстве.
Зарубежный и отечественный опыт возделывания морошки и княженики на выработанных торфяных месторождениях свидетельствует о перспективах их выращивания для биологической рекультивации земель. Использование сортов способствует повышению круп-ноплодности, урожайности, зимостойкости и устойчивости к неблагоприятным факторам окружающей среды в сравнении с естественными популяциями. Однако при культивировании морошки обычно удается собирать 400-600 кг/га, а в урожайные годы до 3 т/га, тогда как сбор ягод княженики урожайных сортов может составлять от 800 до 1000 кг/га [2, 13-15]. В России растет спрос на ягодную продукцию этих видов среди потребителей, а некоторые сельскохозяйственные предприниматели начинают внедрять посадки с их участием на ягодных плантациях (Архангельская, Ярославская и Костромская области, Республика Карелия, Ханты-Мансийский и Ямало-Ненецкий автономные округа, Хабаровский край). Традиционные способы размножения ягодных растений не позволяют получать
требуемое для выращивания на плантациях количество посадочного материала.
При промышленном культивировании лесных ягодных растений следует применять метод клонального микроразмножения, который позволяет ускоренно получать большое количество генетически однородного оздоровленного посадочного материала. Различными исследователями со всего мира проводились работы по микроклонированию R. chamaemorus и R. arcticus [16, 17]. Учеными применялись разные растворы для стерилизации эксплантов (этанол 70 %, гипохлорит 2 %), питательные среды (Мурасиге и Скуга, Дебната и Макрея, Кворина и Лепуавра) и регуляторы роста для образования микропобегов и корней (6-бензиламинопурин, тидиазурон, кинетин, зеатин, индолилмасляная, индолилуксусная, нафтилуксусная, 2,4-дихлорфеноксиуксусная и гиббереллиновая кислоты). Однако требуется усовершенствование технологий с учетом генетических особенностей для форм и сортов российского происхождения.
Цель исследования - изучение влияния стерилизующих агентов и времени экспозиции на приживаемость эксплантов растений морошки приземистой и княженики арктической, а также концентрации росторе-гулирующих веществ в составе питательной среды на органогенез растений в культуре in vitro.
Объекты и методы исследования
Исследования по выращиванию растений в культуре in vitro проводили на базе Вологодской ГМХА имени Н. В. Верещагина и Северного (Арктического) федерального университет имени М. В. Ломоносова в 2018-2022 гг. в соответствии с общепринятыми методиками клонального микроразмножения [18-20]. Объектами исследования являлись растения Rubus arcticus L. (сорт София шведской селекции, сорт Галина российской селекции) и Rubus chamaemorus L. (формы Архангельская и Вологодская, отобранные в местах естественного произрастания). Предварительно определили биохимический состав ягод изучаемых растений по общепринятым методикам [21].
Перед введением в культуру in vitro экспланты, полученные из апикальных меристем растений, стерилизовали с помощью растворов гипохлорита натрия (5 %), пергидроля (10 %), сулемы (0,2 %), азотнокислого серебра (0,2 %) и дезинфицирующих средств Ника-2 (0,01 %) и Лизоформин 3000 (5 %) в течение 3, 5, 10 и 15 мин. Приживаемость эксплантов определяли как соотношение числа выживших к общему числу стерилизуемых. Культивирование растений проводили на питательной среде по прописи МС, в том числе в модификации МС 1/2, в условиях световой комнаты при освещении 3-5 тыс. лк и 16-часовом фотопериоде с поддержанием необходимых температуры (+23-25 °C) и влажности воздуха (75-80 %). На этапе пролиферации побегов в качестве регулятора роста группы цитокининов использовали цитодеф
в концентрациях 0,1 и 0,2 мг/л. На этапе индукции ризогенеза побегов (укоренение микропобегов in vitro) в качестве росторегулирующего вещества группы ауксинов использовали индолилуксуную кислоту в концентрациях 0,5 и 1,0 мг/л. Учитывали число и длину микропобегов и корней в расчете на одно растение. Повторность опытов 10-кратная, 15 пробирочных растений в каждой. Достоверность различий между данными вариантами оценивали с помощью наименьшей существенной разности для 5 %-го уровня значимости (НСР05) и двухфакторного дисперсионного анализа, где один из факторов влияния - состав питательной среды (ф. А), а другой - концентрация регулятора роста (ф. Б).
Результаты и их обсуждение
По результатам анализа биохимического состава плодов исследуемых растений Rubus arcticus L. и Rubus chamaemorus L. выявлено большое содержание в них таких элементов, как калий (17,9-20,1 мг/г), фосфор (3,4-3,8 мг/г), магний (3,0-3,4 мг/г), кальций (1,5-1,7 мг/г) и натрий (0,4-0,45 мг/г). Также ягоды содержат в меньшем количестве целый ряд других полезных элементов (магний, цинк, железо, медь, барий и др.) (табл. 1).
При стерилизации эксплантов из латеральных почек R. arcticus и R. chamaemorus наибольшую эффективность показали растворы азотнокислого серебра 0,2 % и средства Лизоформин 3000 5 % в течение 15 мин, где процент жизнеспособных эксплантов достигал
Таблица 1. Содержание подвижной формы химических элементов в абсолютно сухих образцах плодов лесных ягодных растений рода Rubus
Table 1. Active chemical elements in dried Rubus berries
Элементы Содержание подвижной формы элементов, мкг/г
Rubus arcticus L. Rubus chamaemorus L.
Алюминий 6,9 6,2
Иод 0,30 0,28
Бор 27,60 24,63
Железо 26,8 24,0
Кадмий 0,20 0,18
Калий 20 069,1 17 919,0
Кальций 1743,6 1557,0
Кремний 9,6 8,6
Магний 3399,7 3035,0
Марганец 136,8 122,0
Медь 11,80 10,54
Натрий 449,9 402,0
Никель 2,70 2,37
Свинец 2,10 1,92
Стронций 6,2 5,5
Фосфор 3781,9 3377,0
Хром 2,60 2,34
Цинк 38,1 34,0
87-96 и 80-90 % соответственно. При использовании в течение 15 мин сулемы 0,2 % жизнеспособность экс-плантов составила 62-68 %, препарата Ника-2 0,01 % -60-70 %. При времени экспозиции 10 мин в вариантах с нитратом серебра 0,2 % экспланты оказались жизнеспособными (58-64 %), в других вариантах их жизнеспособность не превышала 60 %. При стерилизации эксплантов из этиолированных побегов наиболее высокая жизнеспособность у всех сортов и форм ягодных растений наблюдалась при экспозиции 10 мин в вариантах с использованием азотнокислого серебра 0,2 % (100 %) и дезинфицирующих средств Лизофор-мин 3000 5 % (96-98 %) и Ника-2 0,01 % (79-84 %). Жизнеспособность этого типа эксплантов при использовании в такой же экспозиции других исследуемых стерилизующих агентов (гипохлоритом натрия 5 %, пергидроль 10 %, сулема 0,2 %) не превышала 75 %. Количество жизнеспособных эксплантов Я. скашав-твтт и Я. атсксш при обработке исследуемыми веществами в течение 3 и 5 мин было низким (не более 35 %) (табл. 2 и 3).
При клональном микроразмножении на этапе пролиферации большее число микропобегов Я. агсИсш'
(в среднем у сорта София 6,4 шт., у сорта Галина 8,0 шт.) формировалось на питательной среде МС 1/2, тогда как на питательной среде МС оно было в 1,6-1,7 раза меньше (табл. 4). С повышением в питательной среде концентрации цитодефа от 0,1 до 0,2 мг/л число микропобегов растений княженики арктической сорта София in vitro увеличивалось в среднем в 1,2 раза, у сорта Галина в 1,3 раза.
Показатели средней длины микропобегов растений R. arcticus исследуемых сортов в культуре in vitro, в зависимости от питательной среды, не имели статистически значимых различий. Повышение в составе питательной среды концентрации цитодефа от 0,1 до 0,2 мг/л способствовало уменьшению средней длины микропобегов растений в 1,8-2,0 раза (табл. 5).
Суммарная длина микропобегов R. arcticus на питательной среде МС 1/2 достигала у сорта София в среднем 19,4 см, у сорта Галина 20,5 см, что больше (в 1,4-1,8 раза), чем на среде МС. При концентрации в питательной среде цитодефа 0,1 мг/л суммарная длина микропобегов in vitro у R. rcticus сортов София и Галина была в 1,4-1,5 раза больше, чем при концентрации 0,2 мг/л (табл. 6).
Таблица 2. Влияние стерилизующих агентов на жизнеспособность эксплантов, %, Rubus arcticus L.
в культуре in vitro
Table 2. Effect of sterilizing agents on viability of expiants, %, of Rubus arcticus L. in vitro
Сорт Стерилизующий агент Время экспозиции, мин
3 5 10 15
Экспланты из латеральных почек
София Гипохлорит натрия 5 % 6 24 32 64
Пергидроль 10 % 8 13 23 41
Сулема 0,2 % 4 12 40 68
Азотнокислое серебро 0,2 % 1 9 58 94
Ника-2 0,01 % 6 8 52 68
Лизоформин 3000 5 % 7 12 45 86
Галина Гипохлорит натрия 5 % 8 15 50 38
Пергидроль 10 % 10 18 28 40
Сулема 0,2 % 10 20 46 64
Азотнокислое серебро 0,2 % 2 12 64 96
Ника-2 0,01 % 1 24 56 66
Лизоформин 3000 5 % 0 14 57 90
Этиолированные побеги
София Гипохлорит натрия 5 % 4 35 75 59
Пергидроль 10 % 9 32 66 48
Сулема 0,2 % 12 30 60 40
Азотнокислое серебро 0,2 % 5 20 100 45
Ника-2 0,01 % 6 25 82 54
Лизоформин 3000 5 % 3 28 98 50
Галина Гипохлорит натрия 5 % 8 30 56 54
Пергидроль 10 % 5 18 58 62
Сулема 0,2 % 9 16 42 32
Азотнокислое серебро 0,2 % 5 18 100 74
Ника-2 0,01 % 3 15 84 56
Лизоформин 3000 5 % 4 22 97 67
При клональном микроразмножении R. chamaemorus на питательной среде МС у растений формировалось большое число микропобегов (в среднем у формы Архангельская 7,0 шт., у формы Вологодская 7,4 шт.). На среде МС 1/2 данный показатель
был в 1,2—1,4 раза меньше (табл. 7). При повышении в питательной среде концентрации цитодефа от 0,1 до 0,2 мг/л увеличивалось число микропобегов у растений Я. chamaemorus формы Архангельская в среднем в 1,7 раза, у формы Вологодская в 1,3 раза.
Таблица 3. Влияние стерилизующих агентов на жизнеспособность эксплантов, %, Rubus chamaemorus L. в культуре in vitro Table 3. Effect of sterilizing agents on viability of expiants, %, of Rubus chamaemorus L. in vitro
Форма Стерилизующий агент Время экспозиции, мин
3 5 10 15
Экспланты из латеральных почек
Архангельская Гипохлорит натрия 5 % 8 20 30 60
Пергидроль 10 % 6 12 20 38
Сулема 0,2 % 2 10 37 66
Азотнокислое серебро 0,2 % 3 8 59 90
Ника-2 0,01 % 4 10 54 70
Лизоформин 3000 5 % 3 11 47 82
Вологодская Гипохлорит натрия 5 % 10 14 52 41
Пергидроль 10 % 8 16 26 46
Сулема 0,2 % 6 18 44 62
Азотнокислое серебро 0,2 % 4 10 62 87
Ника-2 0,01 % 2 21 52 60
Лизоформин 3000 5 % 2 12 54 80
Этиолированные побеги
Архангельская Гипохлорит натрия 5 % 6 30 71 56
Пергидроль 10 % 8 32 65 46
Сулема 0,2 % 10 28 58 38
Азотнокислое серебро 0,2 % 3 17 100 42
Ника-2 0,01 % 4 24 80 50
Лизоформин 3000 5 % 1 30 96 52
Вологодская Гипохлорит натрия 5 % 7 25 60 60
Пергидроль 10 % 4 16 56 58
Сулема 0,2 % 8 18 44 34
Азотнокислое серебро 0,2 % 3 14 100 78
Ника-2 0,01 % 2 13 79 55
Лизоформин 3000 5 % 2 20 96 63
Таблица 4. Число микропобегов, шт., растений Rubus arcticus L. в культуре in vitro в зависимости от состава питательной среды и концентрации цитодефа
Table 4. Microshoots, pcs., of Rubus arcticus L. in vitro at different nutrient media and Cytodef concentrations
Таблица 5. Средняя длина микропобегов, см, растений Rubus arcticus L. в культуре in vitro в зависимости от состава питательной среды и концентрации цитодефа
Table 5. Average length of microshoots, cm, of Rubus arcticus L. in vitro at different nutrient media and Cytodef concentrations
Состав питательной среды Концентрация цитодефа, мг/л Среднее
0,1 0,2
Сорт София
МС 3,8 4,2 4,0
МС 1/2 5,6 7,1 6,4
Среднее 4,7 5,7 -
НСР05 ф. А = 0,84, ф. Б = 0,96, общ. = 1,10
Сорт Галина
МС 4,1 5,5 4,8
МС 1/2 6,9 9,1 8,0
Среднее 5,5 7,3 -
НСР05 ф. А = 0,80, ф. Б = 0,92, общ. = 1,07
Состав питательной среды Концентрация цитодефа, мг/л Среднее
0,1 0,2
Сорт София
МС 3,4 1,9 2,7
МС 1/2 4,0 2,3 3,2
Среднее 3,7 2,1 -
НСР05 ф. А = 0,74, ф. Б = 0,80, общ. = 0,92
Сорт Галина
МС 4,2 1,8 3,0
МС 1/2 3,3 2,0 2,7
Среднее 3,8 1,9 -
НСР05 ф. А = 0,81, ф. Б = 0,93, общ. = 0,99
Таблица 6. Суммарная длина микропобегов, см, растений Rubus arcticus L. в культуре in vitro в зависимости от состава питательной среды и концентрации цитодефа
Table 6. Total length of microshoots, cm, of Rubus arcticus L. in vitro at different nutrient media and Cytodef concentrations
Состав питательной среды Концентрация цитодефа, мг/л Среднее
0,1 0,2
Сорт София
МС 13,0 8,0 10,5
МС 1/2 22,4 16,3 19,4
Среднее 17,7 12,2 -
НСР05 ф. А = 1,69, ф. Б = 1,83, общ. = 1,94
Сорт Галина
МС 17,2 9,9 14,6
МС 1/2 22,8 18,2 20,5
Среднее 20,0 14,1 -
НСР05 ф. А = 1,72, ф. Б = 1,90, общ. = 2,01
Таблица 8. Средняя длина микропобегов, см, растений Rubus chamaemorus L. в культуре in vitro в зависимости от состава питательной среды и концентрации цитодефа
Table 8. Average length of microshoots, cm, of Rubus chamaemorus L. in vitro at different nutrient media and Cytodef concentrations
Состав питательной среды Концентрация цитодефа, мг/л Среднее
0,1 0,2
Форма Архангельская
МС 3,8 1,5 2,7
МС 1/2 2,6 1,9 2,3
Среднее 3,2 1,7 -
НСР05 ф. А = 0,65, ф. Б = 0,73, общ. = 0,82
Форма Вологодская
МС 3,6 1,5 2,6
МС 1/2 2,9 1,2 2,1
Среднее 3,3 1,4 -
НСР05 ф. А = 0,71, ф. Б = 0,80, общ. = 0,90
Средняя длина микропобегов у исследуемых форм R. chamaemorus в культуре in vitro была больше на питательной среде МС (в среднем 2,6-2,7 см), а на среде МС 1/2 она была в 1,2 раза меньше. Повышение в питательной среде концентрации цитодефа от 0,1 до 0,2 мг/л способствовало уменьшению средней длины микропобегов R. chamaemorus формы Архангельская в 1,9 раза, Вологодской в 2,4 раза (табл. 8).
Суммарная длина микропобегов R. chamaemorus в культуре in vitro на питательной среде МС составила у формы Архангельская в среднем 16,4 см, у формы Вологодская 17,8 см. Это больше (в 1,5 раза), чем на среде МС 1/2. При концентрации в питательной
Таблица 7. Число микропобегов, шт., растений Rubus chamaemorus L. в культуре in vitro в зависимости от состава питательной среды и концентрации цитодефа
Table 7. Microshoots, pcs., of Rubus chamaemorus L. in vitro at different nutrient media and Cytodef concentrations
Состав питательной среды Концентрация цитодефа, мг/л Среднее
0,1 0,2
Форма Архангельская
МС 5,1 8,9 7,0
МС 1/2 4,0 6,3 5,2
Среднее 4,6 7,6 -
НСР05 ф. А = 0,92, ф. Б = 1,00, общ. = 1,21
Форма Вологодская
МС 6,3 8,5 7,4
МС 1/2 5,4 7,1 6,3
Среднее 5,9 7,8 -
НСР05 ф. А = 0,85, ф. Б = 0,96, общ. = 1,17
Таблица 9. Суммарная длина микропобегов, см, растений Rubus chamaemorus L. в культуре in vitro в зависимости от состава питательной среды и концентрации цитодефа
Table 9. Total length of microshoots, cm, of Rubus chamaemorus L. in vitro at different nutrient media and Cytodef concentrations
Состав питательной среды Концентрация цитодефа, мг/л Среднее
0,1 0,2
Форма Архангельская
МС 19,4 13,4 16,4
МС 1/2 10,4 12,0 11,2
Среднее 14,9 12,7 -
НСР05 ф. А = 1,56, ф. Б = 1,65, общ. = 1,82
Форма Вологодская
МС 22,7 12,8 17,8
МС 1/2 15,7 8,5 12,1
Среднее 19,2 10,5 -
НСР05 ф. А = 1,33, ф. Б = 1,51, общ. = 1,73
среде цитодефа 0,1 мг/л суммарная длина микропобегов R. chamaemorus у формы Архангельская была в 1,2 раза, а у формы Вологодская в 1,8 раза больше, чем при концентрации 0,2 мг/л (табл. 9).
В ходе исследований по клональному микроразмножению на этапе укоренения микропобегов in vitro установлено, что на питательной среде МС 1/2 число корней R. arcticus исследуемых сортов составило в среднем 11,1-11,8 шт., что в 1,6-1,7 раза больше, чем на среде МС. С повышением концентрации ауксина индоли-луксуной кислоты от 0,5 до 1,0 мл/л число корней у R. arcticus сорта София увеличилось в среднем в 1,2 раза, тогда как у сорта Галина не изменилось (табл. 10).
Таблица 10. Число корней, шт., растений Rubus arcticus L. в культуре in vitro в зависимости от состава питательной среды и концентрации индолилуксуной кислоты
Table 10. Microshoots, pcs., of Rubus arcticus L. in vitro at different nutrient media and indolylacetic acid concentrations
Состав питательной среды Концентрация индолилуксуной кислоты, мл/л Среднее
0,5 1,0
Сорт София
МС 5,9 7,4 6,7
МС 1/2 10,3 11,9 11,1
Среднее 8,1 9,7 -
НСР05 ф. А = 0,98, ф. Б = 0,74, общ. = 1,12
Сорт Галина
МС 6,8 8,1 7,5
МС 1/2 12,4 11,1 11,8
Среднее 9,6 9,6 -
НСР05 ф. А = 0,95, ф. Б = 0,84, общ. = 1,09
Таблица 12. Суммарная длина корней, см, растений Rubus arcticus L. в культуре in vitro в зависимости от состава питательной среды и концентрации индолилуксуной кислоты
Table 12. Total length of microshoots, cm, of Rubus arcticus L. in vitro at different nutrient media and indolylacetic acid concentrations
Состав питательной среды Концентрация индолилуксуной кислоты, мл/л Среднее
0,5 1,0
Сорт София
МС 34,8 30,3 32,6
МС 1/2 85,5 63,1 74,3
Среднее 60,2 46,7 -
НСР05 ф. А = 10,60, ф. Б = 8,90, общ. = 11,30
Сорт Галина
МС 36,0 31,6 33,8
МС 1/2 89,3 55,5 72,4
Среднее 62,7 43,6 -
НСР05 ф. А = 10,10, ф. Б = 8,10, общ. = 11,50
Средняя длина корней растений R. arcticus в культуре in vitro на питательной среде МС 1/2 составила у исследуемых сортов в среднем 6,1-6,8 см, что в 1,3-1,4 раза больше, чем в варианте со средой МС. При увеличении концентрации ауксина индолилуксуной кислоты от 0,5 до 1,0 мл/л средняя длина корней у растений R. arcticus уменьшилась в среднем у сорта София в 1,5 раза, у сорта Галина в 1,4 раза (табл. 11).
Суммарная длина корней растений R. arcticus на питательной среде МС 1/2 достигла у сорта София в среднем 74,3 см, у сорта Галина 72,4 см. Это больше, чем в вариантах с МС, где она была в 2,1-2,3 раза меньше. Повышение концентрации в питательной среде
Таблица 11. Средняя длина корней, см, растений Rubus arcticus L. в культуре in vitro в зависимости от состава питательной среды и концентрации индолилуксуной кислоты
Table 11. Average length of microshoots, cm, of Rubus arcticus L. in vitro at different nutrient media and indolylacetic acid concentrations
Состав питательной среды Концентрация индолилуксуной кислоты, мл/л Среднее
0,5 1,0
Сорт София
МС 5,9 4,1 5,0
МС 1/2 8,3 5,3 6,8
Среднее 7,1 4,7 -
НСР05 ф. А = 1,10, ф. Б = 0,87, общ. = 1,23
Сорт Галина
МС 5,3 3,9 4,6
МС 1/2 7,2 5,0 6,1
Среднее 6,3 4,5 -
НСР05 ф. А = 0,99, ф. Б = 0,81, общ. = 1,17
Таблица 13. Число корней, шт., растений Rubus chamaemorus L. в культуре in vitro в зависимости от состава питательной среды и концентрации индолилуксуной кислоты
Table 13. Microshoots, pcs., of Rubus chamaemorus L. in vitro at different nutrient media and indolylacetic acid concentrations
Состав питательной среды Концентрация индолилуксуной кислоты, мл/л Среднее
0,5 1,0
Форма Архангельская
МС 7,8 9,3 8,6
МС 1/2 3,9 7,7 5,8
Среднее 5,9 8,5 -
НСР05 ф. А = 0,89, ф. Б = 0,72, общ. = 0,98
Форма Вологодская
МС 8,2 10,3 9,3
МС 1/2 4,2 6,9 5,6
Среднее 6,2 8,6 -
НСР05 ф. А = 0,93, ф. Б = 0,81, общ. = 1,03
ауксина индолилуксуной кислоты от 0,5 до 1,0 мл/л способствовало уменьшению суммарной длины корней R. arcticus исследуемых сортов в культуре in vitro в 1,4 раза (табл. 12).
При укоренении в культуре in vitro растений R. chamaemorus выявлено, что на питательной среде МС число корней у формы Архангельская составило в среднем 8,6 шт., у формы Вологодская 9,3 шт., что в 1,5-1,7 раза больше, чем на среде МС 1/2. При повышении в питательной среде концентрации ауксина индолилуксуной кислоты от 0,5 до 1,0 мл/л число корней у R. chamaemorus исследуемых форм увеличилось в 1,4 раза (табл. 13).
Таблица 14. Средняя длина корней, см, растений Rubus chamaemorus L. в культуре in vitro в зависимости от состава питательной среды и концентрации индолилуксуной кислоты
Table 14. Average length of microshoots, cm, of Rubus chamaemorus L. in vitro at different nutrient media and indolylacetic acid concentrations
Состав питательной среды Концентрация индолилуксуной кислоты, мл/л Среднее
0,5 1,0
Форма Архангельская
МС 5,9 2,8 4,4
МС 1/2 4,5 3,1 3,8
Среднее 5,2 3,0 -
НСР05 ф. А = 0,90, ф. Б = 0,79, общ. = 0,96
Форма Вологодская
МС 6,9 2,5 4,7
МС 1/2 4,1 3,0 3,6
Среднее 5,5 2,8 -
НСР05 ф. А = 0,97 ф. Б = 0,84, общ. = 1,01
Средняя длина корней растений R. chamaemorus формы Вологодская in vitro на питательной среде МС была в 1,3 раза больше, чем на среде МС 1/2, тогда как у формы Архангельская различия были не существенны. С увеличением концентрации ауксина индо-лилуксуной кислоты от 0,5 до 1,0 мл/л средняя длина корней R. chamaemorus у формы Архангельская in vitro уменьшилась в среднем в 1,7 раза, у формы Вологодская почти в 2 раза (табл. 14).
Суммарная длина корней растений R. chamaemorus в культуре in vitro на питательной среде МС достигла у формы Архангельская в среднем 36,0 см, у формы Вологодская 41,2 см, что в 1,7 и 2,2 раза соответственно больше, чем в вариантах со средой МС 1/2 (табл. 15).
При повышении в питательной среде концентрации индолилуксуной кислоты от 0,5 до 1,0 мл/л суммарная длина корней растений R. chamaemorus у формы Архангельская в культуре in vitro уменьшилась в 1,3 раза, у формы Вологодская в 1,6 раза.
Выводы
В результате проведенных исследований по кло-нальному микроразмножению хозяйственно ценных лесных ягодных растений рода Rubus установлено, что перед введением в культуру in vitro для стерилизации эксплантов Rubus arcticus L. и Rubus chamaemorus L. из латеральных почек растений эффективными стерилизующими агентами являются растворы азотнокислого серебра 0,2 % и дезинфицирующего средства Лизоформин 3000 5 % при времени экспозиции 15 мин, для стерилизации эксплантов из этиолированных побегов - растворы азотнокислого серебра 0,2 % и дезинфицирующих средств Лизоформин 3000 5 % и Ника-2 0,01 % при времени экспозиции 10 мин.
Таблица 15. Суммарная длина корней, см, растений Rubus chamaemorus L. в культуре in vitro в зависимости от состава питательной среды и концентрации индолилуксуной кислоты
Table 15. Total length of microshoots, cm, of Rubus chamaemorus L. in vitro at different nutrient media and indolylacetic acid concentrations
Состав питательной среды Концентрация индолилуксуной кислоты, мл/л Среднее
0,5 1,0
Форма Архангельская
МС 46,0 26,0 36,0
МС 1/2 17,6 23,9 20,8
Среднее 31,8 25,0 -
НСР05 ф. А = 4,80, ф. Б = 3,10, общ. = 5,30
Форма Вологодская
МС 56,6 25,8 41,2
МС 1/2 17,2 20,7 19,0
Среднее 36,9 23,3 -
НСР05 ф. А = 5,30, ф. Б = 4,01, общ. = 6,10
Число и длина микропобегов и корней R. chamaemorus форм Архангельского и Вологодского происхождения в культуре in vitro были наибольшими на питательной среде МС, тогда как аналогичные показатели у R. arcticus сортов София и Галина были больше на питательной среде МС 1/2. С увеличением в составе питательной среды концентрации цитодефа от 0,1 до 0,2 мг/л число микропобегов изучаемых форм R. chamaemorus повышалось в 1,3-1,7 раза, а суммарная длина микропобегов уменьшалась в 1,2-1,8 раза. При таком же повышении концентрации цитодефа в питательной среде число микропобегов у изучаемых сортов R. arcticus в культуре in vitro увеличивалось в 1,2-1,3 раза, тогда как суммарная длина микропобегов уменьшалась в 1,4-1,5 раза. С повышением в питательной среде концентрации ауксина индолилуксуной кислоты от 0,5 до 1,0 мл/л число корней у растений R. chamaemorus в культуре in vitro увеличивалось в 1,4 раза, а суммарная длина корней уменьшалась в 1,3-1,6 раза, тогда как число корней у R. arcticus не изменялось, а суммарная длина корней снижалась в 1,4 раза. В зависимости от сорта (у R. arcticus) или формы (у R. chamaemorus) статистически значимых различий биометрических показателей роста и развития растений при клональном микроразмножении не выявлено.
Критерии авторства
Все авторы внесли эквивалентный вклад в подготовку данной статьи.
Конфликт интересов
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Благодарности
Выражаем благодарность кандидату биологических наук Г. В. Тяк и академику РАН, доктору сельскохозяйственных наук С. А. Родину.
Conflict of interest
The authors declared no conflict of interests regarding the publication of this article.
Contribution
All the authors contributed equally to this article.
Acknowledgments
The authors express their gratitude to Galina V. Tyak, Cand.Sci.(Biol.), and Sergey A. Rodin, Dr.Sci.(Agri.), Member of the Russian Academy of Sciences.
References
1. Makarov SS, Bagayev ES, Tsaregradskaya SYu, Kuznetsova IB. Problems of use and reproduction of phytogenic food and medicinal forest resources on the forest fund lands of the Kostroma region. Russian Forestry Journal. 2019;372(6):118-131. (In Russ.). https://doi.org/10.17238/issn0536-1036.2019.6.118
2. Gudovskikh YuV, Egorova NYu, Egoshina TL. State of Rubus arcticus (Rosaceae) coenopopulations in Kirov region. Botanicheskii Zhurnal. 2020;105(8):779-793. (In Russ.). https://doi.org/10.31857/S0006813620080062
3. Verkhov N. Swamp guard. Ural Pathfinder. 2018;(12):12-15. (In Russ.). [Верхов Н. Болотный стражник // Уральский следопыт. 2018. № 12. С. 12-15.].
4. Markovskaya EF, Schmakova NYu, Morozova KV, Ermolaeva OV. Morphophysiological features of assimilation apparatus of Rubus chamaemorus (Rosaceae) leaves in West Svalbard. Botanicheskii Zhurnal. 2019;104(11-12):1740-1752. (In Russ.). https://doi.org/10.1134/S0006813619110115
5. Puupponen-Pimia R, Nohynek L, Suvanto J, Salminen J-P, Seppanen-Laakso T, Tahtiharju J, et al. Natural antimicrobials from cloudberry (Rubus chamaemorus) seeds by sanding and hydrothermal extraction. ACS Food Science and Technology. 2021;1(5):917-927. https://doi.org/10.1021/acsfoodscitech.0c00109
6. Velichko NA, Sharoglazova LP, Smolnikova YaV. The study of the lipid composition of fruits of representatives of the genus Rubus and evaluation of the prospects for their application in food technologies. Bulletin of KSAU. 2016;118(7):137-145. (In Russ.). [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. Т. 118. № 7. С. 137-145.]. https://elibrary.ru/WCYKRT
7. Afrin S, Giampieri F, Gasparrini M, Forbes-Hernandez TY, Varela-López A, Quiles JL, et al. Chemopreventive and therapeutic effects of edible berries: A focus on colon cancer prevention and treatment. Molecules. 2016;21(2). https:// doi.org/10.3390/molecules21020169
8. Pushnitsa AA, Bespalova VV. Effect of formulation components and technological processes on the quality of sweet jelly. News of Higher Educational Institutions. Arctic Region. 2018;(1):61-68. (In Russ.). [Пушница А. А., Беспалова В. В. Исследование влияния компонентов рецептуры и технологических процессов на качество желированных сладких блюд // Известия высших учебных заведений. Арктический регион. 2018. № 1. С. 61-68.]. https://elibrary.ru/ YZKHQT
9. Aguilera-Correa JJ, Fernández-López S, Cuñas-Figueroa ID, Pérez-Rial S, Alakomi H-L, Nohynek L, et al. Sanguiin H-6 fractionated from cloudberry (Rubus chamaemorus) seeds can prevent the methicillin-resistant Staphylococcus aureus biofilm development during wound infection. Antibiotics. 2021;10(12). https://doi.org/10.3390/antibiotics10121481
10. Karp K, Mand M, Starast M, Paal T. Nectar production of Rubus arcticus. Agronomy Research. 2004;2(1):57-61.
11. Ragnar M, Rytkonen P, Hedh J. Ákerbar. Luleá: Black Island Books; 2017. 169 p.
12. Luginina EA, Egoshina TL. Biochemical composition of fruits of wild growing berry plants. In: Weisfeld LI, Opalko AI, Bekuzarova SA. Temperate horticulture for sustainable development and environment. New York: Apple Academic Press; 2018. pp. 81-96. https://doi.org/10.1201/9781351249393
13. Boulanger-Pelletier J, Lapointe L. Fertilization stimulates root production in cloudberry rhizomes transplanted in a cutover peatland. Canadian Journal of Plant Science. 2017;97:1046-1056. https://doi.org/10.1139/cjps-2016-0235
14. Tyak GV, Kurlovich LE, Tyak AV. Biological recultivation of degraded peatlands by creating forest berry plants. Vestnik of the Kazan State Agrarian University. 2016;11(2):43-46. (In Russ.). https://doi.org/10.12737/20633
15. Tyak GV, Makarov SS, Kalashnikova EA, Tyak AV. Reproduction and cultivation of the arctic bramble (Rubus arcticus L.). Pomiculture and Small Fruits Culture in Russia. 2018;52:95-99. (In Russ.). [Размножение и культивирование княженики арктической (Rubus arcticus L.) / Г. В. Тяк [и др.] // Плодоводство и ягодоводство России. 2018. Т. 52. С. 95-99.]. https://elibrary.ru/XMSYKD
16. Kikowska M, Turowska N, Thiem B. Can in vitro cultures of protected plant species be a source of raw materials for phytochemical and biological studies? Farmacja Wspólczesna. 2019;12:210-217. (In Polish).
17. Zontikov DN, Zontikova SA, Malahova KV. Influence of the composition of nutrient media and growth regulators during clonal micropropagation of some economically valuable representatives of the genus Rubus L. Agrohimia. 2021;(6):36-42. (In Russ.). https://doi.org/10.31857/S0002188121060144
18. Makarov SS, Kuznetsova IB, Upadyshev MT, Rodin SA, Chudetsky AI. Clonal micropropagation of cranberry (Oxycoccus palustris Pers.). Food Processing: Techniques and Technology. 2021;51(1):67-76. (In Russ.). https://doi.org/ 10.21603/2074-9414-2021-1-67-76
19. Chudetsky AI, Rodin SA, Zarubina LV, Kuznetsova IB, Tyak GV. Clonal micropropagation and peculiarities of adaptation to ex vitro conditions of forest berry plants of the genus Vaccinium. Food Processing: Techniques and Technology. 2022;52(3):570-581. (In Russ.). https://doi.org/10.21603/2074-9414-2022-3-2386
20. Makarov SS, Upadyshev MT, Khamitov RS, Antonov AM, Kulikova EI, Kuznetsova IB. Prospects for industrial cultivation and biotechnological methods of propagation of wild berry plants. Moscow: Kolos-s; 2023. 153 p. (In Russ.). [Перспективы промышленного выращивания и биотехнологические методы размножения лесных ягодных растений / С. С. Макаров, М. Т. Упадышев, Р. С. Хамитов [и др.]. М.: Колос-с, 2023. 153 с.].
21. Akimov MYu, Bessonov VV, Kodentsova VM, Eller KI, Vrzhesinskaya OA, Beketova NA, et al. Biological value of fruits and berries of Russian production. Problems of Nutrition. 2020;89(4):220-232. (In Russ.). https://doi.org/10.24411/0042-8833-2020-10055
