Научная статья на тему 'ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСЛОВИЙ МУЛЬТИПЛИКАЦИИ И ДЛИТЕЛЬНОГО ПОДДЕРЖАНИЯ В КУЛЬТУРЕ INVITRO ОБРАЗЦОВ РАЗНОВОЗРАСТНОГО МАТЕРИАЛА ДУБА ЧЕРЕШЧАТОГО'

ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСЛОВИЙ МУЛЬТИПЛИКАЦИИ И ДЛИТЕЛЬНОГО ПОДДЕРЖАНИЯ В КУЛЬТУРЕ INVITRO ОБРАЗЦОВ РАЗНОВОЗРАСТНОГО МАТЕРИАЛА ДУБА ЧЕРЕШЧАТОГО Текст научной статьи по специальности «Сельское хозяйство, лесное хозяйство, рыбное хозяйство»

CC BY
166
37
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
QUERCUS ROBUR L / КЛОНАЛЬНОЕ МИКРОРАЗМНОЖЕНИЕ / IN VITRO / РЕГУЛЯТОРЫ РОСТА / АДЕНИН

Аннотация научной статьи по сельскому хозяйству, лесному хозяйству, рыбному хозяйству, автор научной работы — Гусева Оксана Юрьевна

В связи с невозможностью размножения взрослых деревьев дуба черешчатого традиционным черенкованием, весьма актуальным является применение метода культуры тканей с целью сохранения ценных экземпляров. Изучен регенерационный потенциал эксплантов дуба в зависимости от состава питательной среды и возраста исходного для клонального микроразмножения материала. При культивировании узловых сегментов на модифицированной среде BTM с аденином отмечались высокие показатели роста и жизнеспособность микропобегов в течение всего периода экспериментов (1-1,5 года), что позволяет рассматривать данный состав подходящим для поддержания постоянной коллекции in vitro селекционных объектов дуба черешчатого.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по сельскому хозяйству, лесному хозяйству, рыбному хозяйству , автор научной работы — Гусева Оксана Юрьевна

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

DETERMINATION OF THE CONDITIONS FOR MULTIPLICATION AND LONG-TERM SUPPORTING OF THE SAMPLES OF VARIOUSLY AGED OAK IN VITRO

Introduction. In recent decades, many scientists raise the problem of reducing the quality of oak forests. Rapid processes of weakening and drying of the stand are caused by a number of reasons: infection with pathogens, unfavourable environmental factors, and anthropogenic burden. Restoration of oak forests is a difficult task due to the lack of acorns of high breeding quality and a labor-intensive process of traditional vegetative propagation (cuttings). The method of clonal micropropagation is already widely used in the agriculture for the production of many sorts of herbaceous plants. However, for the majority woody species (English oak is included), this method of propagation is still not implemented into practice due to the lack of knowledge for the optimization of cultivation conditions in vitro. The study was conducted in order to select the growing medium for working out the multiplication stage with the possibility of a long-term storage of oak plantations in vitro. Objects and methods of research. The author used two-month-old seedlings and 20- and 40-year-old age trees for the study. Seven variants of BTM growing medium were tested for the induction of shoots and their multiplication. Results and discussion. Juvenile explants had a high regenerative capacity. However, the composition of the nutrient medium significantly affected the rate of development of axillary shoots. It was found that the primary shoots in explants of seedlings most actively developed in a nutrient medium BTM + 0.2 mg/l of BAP, 30 g/l of sucrose, 2 mg/l of ascorbic acid when using this composition during the entire period of shoot elongation (2 cycles of micro-cutting). At the stage of multiplication (all types of explants) as well as during the cultivation of adult oak segments, high morphogenic activity of regenerants was preserved by adding adenine (6-aminopurine) in the nutrient medium. Conclusion. Thus, the height of shoots during multiple passivation for juvenile and adult material had approximately the same values (27.0-32.0 mm), the differences were observed only in the value of multiplication coefficient (4.7 - for seedlings and 1.2-3.0 - for adult trees). Based on the results obtained, the most optimal composition of the modified nutrient medium is proposed for effective reproduction and maintenance of valuable samples of English oak in vitro.

Текст научной работы на тему «ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСЛОВИЙ МУЛЬТИПЛИКАЦИИ И ДЛИТЕЛЬНОГО ПОДДЕРЖАНИЯ В КУЛЬТУРЕ INVITRO ОБРАЗЦОВ РАЗНОВОЗРАСТНОГО МАТЕРИАЛА ДУБА ЧЕРЕШЧАТОГО»

ПРОБЛЕМЫ ЭКОЛОГИИ И РАЦИОНАЛЬНОГО ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЯ.

БИОТЕХНОЛОГИИ PROBLEMS IN ECOLOGY AND RATIONAL NATURE MANAGMENT. BIOTECHNOLOGIES

УДК 631.532.535

DOI: https://doi.Org/10.25686/2306-2827.2020.3.49

ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСЛОВИЙ МУЛЬТИПЛИКАЦИИ И ДЛИТЕЛЬНОГО ПОДДЕРЖАНИЯ В КУЛЬТУРЕ IN VITRO ОБРАЗЦОВ РАЗНОВОЗРАСТНОГО МАТЕРИАЛА ДУБА ЧЕРЕШЧАТОГО

О. Ю. Гусева

Всероссийский научно-исследовательский институт лесной генетики, селекции и биотехнологии, Российская Федерация, 394087, Воронеж, ул. Ломоносова, 105 E-mail: guseva.oks2017@yandex.ru

В связи с невозможностью размножения взрослых деревьев дуба черешчатого традиционным черенкованием, весьма актуальным является применение метода культуры тканей с целью сохранения ценных экземпляров. Изучен регенерационный потенциал эксплан-тов дуба в зависимости от состава питательной среды и возраста исходного для кло-нального микроразмножения материала. При культивировании узловых сегментов на модифицированной среде BTM с аденином отмечались высокие показатели роста и жизнеспособность микропобегов в течение всего периода экспериментов (1—1,5 года), что позволяет рассматривать данный состав подходящим для поддержания постоянной коллекции in vitro селекционных объектов дуба черешчатого.

Ключевые слова: Quercus robur L.; клональное микроразмножение; in vitro; регуляторы роста; аденин.

Введение. Состояние и качество дубрав как в России, так и во всём мире в последние годы вызывает всё большую тревогу. Отмечается общее снижение площадей дубовых лесов, ухудшается состояние постоянной лесосеменной базы, увеличивается доля менее продуктивных и биологически неустойчивых порослевых насаждений [1]. Так, начиная с 1973 года

по 1998 год дубравы европейской части России сократились в Центральном районе на 20 %, Волго-Вятском - на 40 %, Центрально-Чернозёмном регионе на 2 %, Поволжском - на 27 % [2]. Возобновление данной породы семенами имеет трудности из-за периодичного плодоношения деревьев. Дубравы же порослевого происхождения менее продуктивны, часто

© Гусева О. Ю., 2020.

Для цитирования: Гусева О. Ю. Определение условий мультипликации и длительного поддержания в культуре in vitro образцов разновозрастного материала дуба черешчатого // Вестник Поволжского государственного технологического университета. Сер.: Лес. Экология. Природопользование. 2020. № 3 (47). С. 49-57. DOI: https://doi.Org/10.25686/2306-2827.2020.3.49

низкого качества, деревья не имеют стержневой системы. Причём, каждое новое поколение поросли всё ближе располагается к поверхности почвы, что понижает их жизнеспособность [3].

Наблюдается постепенная смена дуба на другие, менее ценные породы. Большую роль в усыхании этого дерева играют листогрызущие вредители, засухи. Многие деревья испытывают негативное влияние антропогенного фактора [4]. Происходит трансформация дубовых лесов в смешанные лиственные насаждения без участия дуба, что носит необратимый характер. Выходом из сложившейся ситуации считают искусственное возобновление семенным путём, а также улучшение ведения лесного хозяйства [5].

Восстановление дубрав протекает сложно. Основная причина - недостаточное количество желудей высокого селекционного качества. Даже в годы обильного плодоношения урожайность обеспечивается всего 10-15 % деревьев, которые производят до 80 % от общего объёма желудей в популяции [6]. Трудности восстановления дуба связаны также с частичной потерей признаков при семенном размножении, периодичностью плодоношения, длительным онтогенезом, невозможностью долгосрочного хранения семян, сложностью черенкования деревьев старше десяти лет [7, 8], с климатическим и антропогенным факторами, нарушением технологий лесовыращивания [1, 9].

При отборе хозяйственно ценных форм необходимо сохранение ценных качеств материнского плюсового дерева, что достигается только путём вегетативного размножения [7], которое у дуба осуществляется весьма трудоёмко. При прививках часто происходит отторжение привоя. Кроме того, с увеличением возраста дерева возможность черенкования уменьшается. Одним из перспективных способов вегетативного размножения является метод клонального микроразмножения, который разрабатывают и для разных видов дуба [10].

Известно, что особую сложность представляет размножение взрослых деревьев дуба [11-13]. Уже на начальных этапах введения сегментов старых деревьев в культуру in vitro существуют трудности получения стерильных морфогенных эксплантов из-за наличия эндогенной инфекции, снижения регенерационного потенциала, увеличения содержания фенолов с возрастом дерева [13, 14]. Микропобеги, полученные от 100-300-летних дубов, обладают слабым ризогенным ответом. Отмечается низкая воспроизводимость результатов при микроразмножении дуба черешчатого, что объясняется различиями между генотипами. По этой причине рекомендовано использовать при введении в культуру in vitro большое количество клонов [14].

Все вышеописанные проблемы препятствуют созданию постоянной коллекции in vitro ценных генотипов дуба. Отдельные этапы клонального микроразмножения данной породы (в частности, микрочеренкование, ризогенез) до сих пор не отработаны как для взрослых деревьев, так и для ювенильного материала. Также в литературе отсутствуют работы по изучению длительного культивирования дуба in vitro [14].

Таким образом, основные достижения по микроклональному размножению дуба черешчатого получены преимущественно для ювенильного материала (сеянцы). Введение в культуру эксплантов взрослых деревьев до сих пор остаётся проблематичным (из-за сильной инфекции, высокого содержания фенолов, низкой регенера-ционной способности и др.).

Цель настоящего исследования - повышение морфогенетической активности у эксплантов дуба черешчатого на различных этапах клонального микроразмножения, а также определение условий их длительного поддержания в культуре in vitro.

В связи с этим были поставлены следующие задачи: 1) оптимизация состава базовой питательной среды BTM [15] для улучшения показателей роста побегов

(средней длины побега, коэффициента мультипликации) у культур дуба in vitro; 2) изучение влияния возраста исходного материала на регенерационный потенциал эксплантов дуба черешчатого в процессе многократных циклов микрочеренкования.

Объекты и методы исследования. В качестве объектов исследования были использованы побеги сеянцев (в возрасте двух месяцев), 20- и 40-летнего деревьев дуба черешчатого. Зелёные порослевые (водяные) побеги деревьев изолировались в период текущей вегетации (июнь).

Молодые побеги сеянцев были выбраны как модельный объект в подготовительном этапе отработки методики микроразмножения дуба для успешного клонирования зрелых плодоносящих деревьев. Кроме того, использование юве-нильного материала, обладающего относительно высокой (по сравнению с 20-тью 80-летними деревьями) регенерационной способностью, может позволить проведение исследований по тканевой и клеточной селекции с целью получения новых форм и отбора устойчивых линий.

Для индукции побегообразования и микрочеренкования эксплантов испытыва-лись семь вариантов питательной среды BTM с различным содержанием сахарозы, аскорбиновой кислоты (АК), с добавлением 6-БАП или без него, активированного угля (АУ), гибберелловой кислоты (ГК), аденина:

№ 1 - BTM + 0,2 мг/л БАП, 30 г/л сахарозы, 2 мг/л АК + 0,02 мг/л ГК;

№ 2 - BTM + 0,2 мг/л БАП, 30 г/л сахарозы, 2 мг/л АК + 0,04 мг/л ГК;

№ 3 - BTM + 0,2 мг/л БАП, 20 г/л сахарозы, 2 мг/л АК;

№ 4 - BTM + 0,2 мг/л БАП, 30 г/л сахарозы, 2 мг/л АК;

№ 5 - BTM без гормонов + 10 мг/л АУ, 2 мг/л АК;

№ 6 - BTM + 0,2 мг/л БАП, 30 г/л сахарозы, 2 мг/л АК, 20 мг/л аденина;

№ 7 - BTM без гормонов, 20 г/л сахарозы, 1 мг/л АК (использовался в качестве контроля на начальном этапе культивирования для ювенильного материала).

На этапе первичного морфогенеза для ювенильного материала использовали варианты сред № 1 - № 5, а также безгормональную среду № 7. Для изучения возможности длительного поддержания культур in vitro для эксплантов, полученных от сеянцев, на первых трёх циклах микрочеренкования применялись следующие сочетания сред: № 1+№ 4+№ 4, № 2+№ 4+№ 4, № 4+№ 4+№ 4, с четвёртого цикла - № 6 (с аденином). Для культур от 20 и 40-летних деревьев все опыты проводились с использованием варианта среды № 6, оказавшегося наиболее оптимальным для роста пазушных побегов у материала сеянцев.

Исследования осуществлялись в стандартных условиях культивирования in vitro (25±2 °С, фотопериод 16 ч день / 8 ч ночь, освещённость 2,0 клк) с интервалом субкультивирования один раз в две недели. Все опыты проводились в трёх по-вторностях (не менее 20 культур на один опыт). Статистическая обработка данных осуществлялась с помощью программы Stadia.

Результаты и обсуждение. Эксперименты по подбору оптимальных питательных сред для культивирования первичных эксплантов позволили достичь более высоких показателей роста пазушных побегов. Из пяти испытанных вариантов модифицированных питательных сред для культур из лесопаркового участка ВНИИЛГИСбиотех наиболее эффективным для развития пазушного побега оказалось чередование сред (по две недели) № 3 + № 4, № 4 + № 4 (Ьср.= 42,2 и 47,8 мм соответственно). Выявлено, что добавление в питательную среду гибер-релловой кислоты несколько тормозило рост побега (36,2-38,4 мм). На безгормональной среде с активированным углем средняя высота побегов составляла всего 22,4 мм. В контрольном варианте (№ 7) у большинства эксплантов морфогенез не наблюдался (лишь в редких случаях Ьср. побега достигала 10 мм), после чего культуры погибали (рис. 1-3).

60

S 50 Т

Ulli.

№1+№4 №2+№4 №3+№4 №4+№4 №5+№4 №7+№7

Рис. 1. Эффективность морфогенеза эксплантов сеянцев дуба на модифицированных средах ВТМ через

месяц культивирования

Рис. 2. Инициация пазушного побегообразования у эксплантов дуба (ювенильный материал) на модифицированной среде № 3 (ВТМ + 0,2 мг/л БАП, 20 г/л сахарозы, 2 мг/л аскорбиновой кислоты)

Рис. 3. Развитие пазушных побегов у первичных эксплантов от сеянцев дуба черешчатого на модифицированной питательной среде № 4 (слева) и № 5 (справа) через месяц культивирования. Среда № 4 - ВТМ + 0,2 мг/л БАП, 30 г/л сахарозы, 2 мг/л аскорбиновой кислоты, среда № 5 - ВТМ без гормонов + 10 мг/л активированного угля, 2 мг/л аскорбиновой кислоты

Высота побегов от первичных эксплантов взрослых деревьев дуба на питательной среде с аденином (№ 6) составляла 23-30 мм, что сопоставимо с показателями роста для ювенильных культур на

безгормональной среде с активированным углем ^ср. побегов = 22,4 мм). Данное явление, вероятно, связано со снижением регенерационного потенциала с возрастом исходного материала.

Рис. 4. Эффективность микрочеренкования первичных побегов сеянцев дуба на модифицированной среде

ВТМ через 1,5 месяца (3 циклов субкультивирования)

В результате первых трёх циклов микрочеренкования культуры сеянцев развивали примерно равные по высоте побеги (18,6-22,1 мм), независимо от состава питательных сред (рис. 4).

Показано, что добавление в питательную среду аденина (вариант среды ВТМ № 6) на этапе микрочеренкования позволило существенно повысить рост пазушных побегов в высоту. Так, у культур от сеянцев к концу 15-го цикла черенкования средняя высота побегов ^ср.) составляла 27,0 мм, коэффициент мультипликации (Кт) - 4,7 (на среде № 4 после третьего цикла Ыр. побега = 22,0 мм, а Кт=3,0). Также Кт удавалось повысить за счёт индукции образования на сегменте дополнительных пазуш-

ных и адвентивных побегов. Культуры, полученные от 20- и 40-летних деревьев, на среде № 6 не уступали по высоте побегов ювенильному материалу ^ср. 28,032,0 мм). В то же время не все сегменты, полученные от деревьев, обладали одинаковой морфогенетической активностью и смогли образовать новые пазушные побеги. Оставшиеся жизнеспособные культуры развивали побеги и Кт для них к третьему циклу микрочеренкования составил всего 1,2-1,4 (что значительно уступает значению Кт культур от сеянцев). Однако к шестому циклу коэффициент мультипликации повысился до 3,0 и сохранялся примерно на таком же уровне при дальнейшем пассировании эксплантов (см. табл., рис. 5, 6).

Эффективность многократного микрочеренкования культур ювенильного и взрослого материала дуба черешчатого на питательной среде с аденином

Исходный материал Цикл микрочеренкования hcp., мм Km

сеянцы 15 27,0±1,8 4,7±0,3

20-л. дерево (42/43) 3 28,0±5,3 1,4±1,5

40-л. дерево (7/42) 3 30,0±5,8 1,2±0,5

20-л. дерево (42/43) 6 28,0±2,2 3,0±1,3

40-л. дерево (7/42) 6 32,0±6,1 3,0±0,6

20-л. дерево (42/43) 9 26,0±1,3 2,8±1,0

40-л. дерево (7/42) 9 28,0±3,5 2,5±2,8

Примечание: 1 цикл - 2 недели; Кт - коэффициент мультипликации. Питательная среда № 4 -ВТМ + 0,2 мг/л БАП, 30 г/л сахарозы, 2 мг/л аскорбиновой кислоты; питательная среда № 6 - ВТМ + 0,2 мг/л БАП, 30 г/л сахарозы, 2 мг/л аскорбиновой кислоты, 20 мг/л аденина

б

Рис. 5. Инициация побегов у эксплантов, полученных от 20- (а) и 40-летнего (б) деревьев после 6-го цикла микрочеренкования на питательной среде № 6 (ВТМ + 0,2 мг/л БАП, 30 г/л сахарозы, 2 мг/л АК,

20 мг/л аденина)

Рис. 6. Культуры 20-летнего дерева дуба черешчатого, прошедшие 36 циклов микрочеренкования на питательной среде № 6 (ВТМ + 0,2 мг/л БАП, 30 г/л сахарозы, 2 мг/л АК, 20 мг/л аденина)

Аденин (6-аминопурин) - азотистое основание, входит в состав нуклеиновых кислот, АТФ и участвует во множестве физиологических процессов организма. Производные данного соединения - цито-кинины являются важнейшими регуляторами роста растений, стимулирующими деление клеток и рост пазушных побегов [16]. Результаты данной работы подтверждают выводы более ранних исследований, где уже отмечалось положительное влияние аденина на морфогенез культур дуба in vitro [14]. При добавлении в питательную среду данного вещества удаётся получить высокие жизнеспособные побеги с хорошо выраженными междоузлиями, что способствует их эффективному микрочеренкованию и повышению коэффициента мультипликации в процессе субкультивирования.

Выводы. Проведены исследования по изучению возможности длительного поддержания культур дуба черешчатого в условиях in vitro с целью сохранения ценных исходных экземпляров и их эффективного воспроизводства. Из 7-ми испытанных модифицированных сред BTM наиболее подходящим для роста побегов в процессе их многократного субкультивирования оказался вариант с 0,2 мг/л БАП, 30 г/л сахарозы, 2 мг/л аскорбиновой кислоты и 20 мг/л аденина. На данный момент культуры юве-нильного материала дуба прошли 36 циклов микрочеренкования (1,5 года), а взрослого -24 цикла (1 год). Работа будет продолжена с целью оптимизации дальнейших этапов клонального микроразмножения взрослых деревьев дуба черешчатого (в том числе адаптация и перевод растений-регенерантов в открытый грунт теплицы).

Благодарности. Автор выражает благодарность сотруднику ВНИИЛГИСбиотех Стародубце-вой Л.М. за помощь в сборе растительного материала.

a

Список литературы

1. Ширнин В. К. Проблемы восстановления дубрав Центрального Черноземья желудями улучшенной селекционной категории // Современная лесная наука: проблемы и перспективы. Мат. Всероссийской научно-практической конференции, 2022 дек. Воронеж: Истоки, 2017. С. 138-142.

2. Бугаев В.А., Мусиевский А.Л., Царалун-га В.В. Дубравы европейской части России // Лесной журнал. 2004. № 2. С. 7-13.

3. Моисеева Е.У., Воронин А.А. Морфологические особенности развития дуба черешчатого (Quercus robur L.), выращенного на различных почвенных субстратах // Universum: Химия и биология: электрон. научн. журн. 2014. № 4 (5). Available at: https://7universum.com/ru/nature/archive/item/1196

4. Ащеулов Д.И., Миленин А.И. Естественное возобновление древостоев в дубравах лесостепи // Лесотехнический журнал. 2012. № 4. С.33-41.

5. Чеботарева В.В., Чеботарев П.А., Сто-роженко В.Г. Тенденции естественной смены дубовых древостев на смешанные лиственные насаждения в зоне лесостепи (на примере древо-стоев Теллермановского опытного лесничества ИЛАН РАН) // Ульяновский медико-биологический журнал. 2017. № 2. С. 172-179.

6. Крюкова С.А., Ширнин В.К. Плодоношение дубрав и плюсовых деревьев дуба черешчатого // Лесотехнический журнал. 2016. № 2. С. 22-30.

7. Морозова Е.В., А.П. Иозус, Крючков С.Н. Особенности вегетативного размножения дуба че-решчатого для защитного лесоразведения в Степной зоне Европейской части России // Успехи современного естествознания. 2016. № 12. С. 309-313.

8. Царев А.П. Селекция и репродукция лесных древесных пород. М.: Логос, 2003. 520 с.

9. Oldfield S., Eastwood. A. The Red List of Oaks. Cambridge: Fauna & Flora International, 2007. 35 p.

10. Bilous S.Yu. Biotechnological aspects of reproduction of centuries-old oak Maksim Zaliznak in the in vitro culture // Люове i садово-паркове госпо-дарство. 2012. No. 2. Pp. 25-34.

11. Vieitez Ana M., Sanchez C., Amo-Marko J.B., Ballester A. Forced flushing of branch segments as a method for obtaining reactive explants of mature Quercus robur trees for micropropagation // Plant Cell Tissue Organ Cult. 1994. No. 37. P. 287-295.

12. Requirements for in vitro rooting of Quercus robur and Q. rubra shoots derived from mature trees / M.C. Sánchez, M.C. San-Jose, A. Ballester, et al. // Tree Physiol. 1996. No. 16. Pp. 673-680.

13. Mac An tSaoir S., O'Brien J. Ex-vitro growth studies of Quercus robur // Irish Foresty. 1999. Vol. 56, No. 2. P. 18-21.

14. Концевая И.И. Определение условий введения дуба черешчатого в культуру in vitro // Генетика и биотехнология XXI века. Фундаментальные и прикладные аспекты: мат. Междунар. науч. конф., 3-6 дек. Минск: Изд. Центр БГУ, 2008. С. 103-105.

15. Chalupa V. In vitro propagation of oak (Quercus robur L.) and linden (Tilia cordata Mill.) // Biologia Plantarum. 1984. No. 26. Pp. 374-377.

16. Князева Т.В. Регуляторы роста растений в Краснодарском крае. Краснодар: ЭДВИ, 2013. 128 с.

Статья поступила в редакцию 02.09.2020.

Принята к публикации 21.09.2020.

Информация об авторе

ГУСЕВА Оксана Юрьевна - младший научный сотрудник отдела лесной генетики и биотехнологии, Всероссийский научно-исследовательский институт лесной генетики, селекции и биотехнологии. Область научных интересов - физиология и биотехнология древесных пород. Автор семи научных публикаций.

UDC 631.532.535

DOI: https://doi.Org/10.25686/2306-2827.2020.3.49

DETERMINATION OF THE CONDITIONS FOR MULTIPLICATION AND LONG-TERM SUPPORTING OF THE SAMPLES OF VARIOUSLY AGED OAK IN VITRO

O. Iu. Guseva

All-Russian Research Institute of Forest Genetics, Selection and Biotechnology, 105 Lomonosova st., Voronezh, 394087 Russian Federation E-mail: guseva.oks2017@yandex.ru

Keywords: English oak (Quercus robur L.); clonal micropropagation; in vitro; growth regulators; adenine.

ABSTRACT

Introduction. In recent decades, many scientists raise the problem of reducing the quality of oak forests. Rapid processes of weakening and drying of the stand are caused by a number of reasons: infection with pathogens, unfavourable environmental factors, and anthropogenic burden. Restoration of oak forests is a difficult task due to the lack of acorns of high breeding quality and a labor-intensive process of traditional vegetative propagation (cuttings). The method of clonal micropropagation is already widely used in the agriculture for the production of many sorts of herbaceous plants. However, for the majority woody species (English oak is included), this method ofpropagation is still not implemented into practice due to the lack of knowledge for the optimization of cultivation conditions in vitro. The study was conducted in order to select the growing medium for working out the multiplication stage with the possibility of a long-term storage of oak plantations in vitro. Objects and methods of research. The author used two-month-old seedlings and 20- and 40-year-old age trees for the study. Seven variants of BTM growing medium were tested for the induction of shoots and their multiplication. Results and discussion. Juvenile explants had a high regenerative capacity. However, the composition of the nutrient medium significantly affected the rate of development of axillary shoots. It was found that the primary shoots in explants of seedlings most actively developed in a nutrient medium BTM + 0.2 mg/l of BAP, 30 g/l of sucrose, 2 mg/l of ascorbic acid when using this composition during the entire period of shoot elongation (2 cycles of micro-cutting). At the stage of multiplication (all types of explants) as well as during the cultivation of adult oak segments, high morphogenic activity of regenerants was preserved by adding adenine (6-aminopurine) in the nutrient medium. Conclusion. Thus, the height of shoots during multiple passivation for juvenile and adult material had approximately the same values (27.0-32.0 mm), the differences were observed only in the value of multiplication coefficient (4.7 - for seedlings and 1.2-3.0 - for adult trees). Based on the results obtained, the most optimal composition of the modified nutrient medium is proposed for effective reproduction and maintenance of valuable samples of English oak in vitro.

Acknowledgement. The author would like to thank the member of VNIILGISbiotekh L.M. Starodubtseva for the help in the plant material gathering

REFERENCES

1. Shirnin V. K. Problemy vosstanovleniya du-brav Tsentral'nogo Chernozem'ya zheludyami uluchshennoy selektsionnoy kategorii [Problems of restoration of Central Chernozem oak forests with acorns of improved breeding category]. Sovremennaya lesnaya nauka: problemy i perspektivy. Mat. Vse-rossiyskoy nauchno-prakticheskoy konferentsii, 20-22 dek, Voronezh [Modern Forest Science: problems and prospects. Proceedings of Russian scientific and practical conference, December 20-22, Voronezh]. Voronezh: Istoki, 2017. Pp. 138-142. (In Russ.).

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

2. Bugaev V.A., Musievskii A.L., Tsaralunga V.V. Dubravy evropeyskoy chasti Rossii [Oak forests

of European Russia]. Lesnoy zhurnal [Russian Forestry Journal]. 2004. No 2. P. 7-13. (In Russ.).

3. Moiseeva E.U., Voronin A.A. Morfologiches-kie osobennosti razvitiya duba chereshchatogo (Quercus robur L.), vyrashchennogo na razlichnykh poch-vennykh substratakh [Morphological peculiarities of English oak (Quercus robur L.) development grown on various soil substrates]. Universum: Chemistry and Biology: e-scientific journal. 2014. No 4 (5). URL: https://7universum.com/ru/nature/archive/item/1196 (In Russ.).

4. Ashcheulov D.I., Milenin A.I. Estestvennoe vozobnovlenie drevostoev v dubravakh lesostepi [Natu-

ral regeneration of forest stands in the oak groves of forest-steppe]. Lesotekhnicheskiy zhurnal [Forestry Engineering Journal]. 2012. No 4. Pp. 33-41. (In Russ.).

5. Chebotareva V.V., Chebotarev P. A., Storozhenko V.G. Tendentsii estestvennoy smeny dubovykh drevostev na smeshannye listvennye nasa-zhdeniya v zone lesostepi (na primere drevostoev Tellermanovskogo opytnogo lesnichestva ILAN RAN) [Trends of natural change of oak stands to mixed deciduous stands in the forest-steppe zone (on the example of stands of Tellermanovskoe experimental forestry of the Institute of Forest Science RAS]. Ul'yanovskiy mediko-biologicheskiy zhurnal [Ulyanovsk Medico-Biological Journal]. 2017. No 2. Pp. 172-179. (In Russ.).

6. Kriukova S.A., Shirnin V.K. Plodoneshenie dubrav i plusovykh derev'ev duba chereshchatogo [Fruit-bearing of oak groves and plus trees of English oak]. Lesotekhnicheskiy zhurnal [Forestry Engineering Journal]. 2016. No 2. Pp. 22-30. (in Russ.).

7. Morozova E.V., Iozus A.P., Kriuchkov S.N. Osobennosti vegetativnogo razmnozheniya duba chereshchatogo dlya zashchitnogo lesorazvedeniya v Stepnoy zone Evropeyskoy chasti Rossii [Peculiarities of vegetative propagation of English oak for protective afforestation in the Steppe zone of the European part of Russia]. Uspekhi sovremennogo estestvoznaniya [Advances in Current Natural Science]. 2016. No 12. Pp. 309-313. (In Russ.).

8. Tsarev A.P. Selektsiya i reproduktsiya lesnykh drevesnykh porod [Selection and reproduction of forest tree species]. Moscow: Logos, 2003. 520 p. (In Russ.).

9. Oldfield S., Eastwood. A. The Red List of Oaks. Cambridge: Fauna & Flora International, 2007. 35 p.

10. Bilous S. Yu. Biotechnological aspects of reproduction of centuries-old oak Maksim Zaliznak in vitro culture]. Lisove i sadovo-parkove gospodarstvo [Forestry and Landscape Management]. 2012. No. 2. Pp. 25-34.

11. Vieitez Ana M., Sanchez C., Amo-Marko J.B., Ballester A. Forced flushing of branch segments as a method for obtaining reactive explants of mature Quercus robur trees for micropropagation. Plant Cell Tissue Organ Cult. 1994. No. 37. Pp. 287-295.

12. Sánchez M.C., San-Jose M.C., Ballester A., Vieitez Ana M. Requirements for in vitro rooting of Quercus robur and Q. rubra shoots derived from mature trees. Tree Physiol. 1996. No. 16. Pp. 673-680.

13. Mac An tSaoir S., O'Brien J. Ex-vitro growth studies of Quercus robur. Irish Foresty. 1999. Vol. 56, No. 2. Pp. 18-21.

14. Kontsevaia I.I. Opredelenie usloviy vvedeni-ya duba chereshchatogo v kul'turu in vitro [Determination of the conditions for introduction of English Oak into in vitro]. Genetika i biotekhnologiya XXI veka. Fundamental'nye i prikladnye aspekty: mat. Mezhdunar. nauch. konf., 3-6 dek. Minsk. [Genetics and Biotechnology of XXI Century. Fundamental and applied aspects: proceedings of International. scientific conf., Dec. 3-6, Minsk]. Minsk: Izd. Tsentr BGU, 2008. Pp. 103-105. (In Russ.).

15. Chalupa V. In vitro propagation of oak (Quercus robur L.) and linden (Tilia cordata Mill.). Biologia Plantarum. 1984. No. 26. Pp. 374-377.

16. Kniazeva T.V. Regulyatory rosta rasteniy v Krasnodarskom krae [Plant growth regulators in the Krasnodar territory]. Krasnodar: EDVI, 2013. 128 p. (In Russ.).

The article was received 02.09.2020 Accepted for publication 21.09.2020

For eitation: Guseva O. Iu. Determination of the Conditions for Multiplication and long-Term Supporting of the Samples of Variously Aged Oak in vitro. Vestnik of Volga State University of Technology. Ser.: Forest. Ecology. Nature Management. 2020. No 3 (47). Pp. 49-57. DOI: https://doi.org/10.25686/2306-2827.2020.3.49

Information about the author

Oksana Iu. Guseva - Junior Researcher of the Department of Forest Genetics and Biotechnology, All-Russian Research Institute of Forest Genetics, Selection and Biotechnology. Research interests - physiology and biotechnology of woody species. Author of seven scientific publications.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.