Научная статья на тему 'ОПТИМИЗАЦИЯ КУЛЬТИВИРОВАНИЯ И АКТИВАЦИИ БИОЛОГИЧЕСКИХ АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ В УСЛОВИЯХ IN VITRO КАЛЛУСНОЙ КУЛЬТУРЫ БАЗИЛИКА ОБЫКНОВЕННОГО (OCIMUM BASILICUM)'

ОПТИМИЗАЦИЯ КУЛЬТИВИРОВАНИЯ И АКТИВАЦИИ БИОЛОГИЧЕСКИХ АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ В УСЛОВИЯХ IN VITRO КАЛЛУСНОЙ КУЛЬТУРЫ БАЗИЛИКА ОБЫКНОВЕННОГО (OCIMUM BASILICUM) Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

CC BY
113
20
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
БИОЛОГИЧЕСКИЕ АКТИВНЫЕ ВЕЩЕСТВА / КАЛЛУСНАЯ КУЛЬТУРА / БАЗИЛИК ОБЫКНОВЕННЫЙ / КУЛЬТИВИРОВАНИЕ / АКТИВАЦИЯ

Аннотация научной статьи по промышленным биотехнологиям, автор научной работы — Тихонов С. Л., Харапаев М. Н.

Каллусные клеточные культуры имеют широкий спектр применения в пищевой промышленности, фармакологии и фармации, сельском хозяйстве и биотехнологии. Цель исследования заключается в разработке оптимальной технологии культивирования и активации биологических веществ в условиях i n vitro каллусной культуры базилика обыкновенного ( Ocimum basilicum ). На первом этапе исследований разработана питательная среда для культивирования каллусной культуры, включающая, мас.%: нитрат аммония - 4,75; нитрат калия - 5,47; кальций хлористый 2-водный - 1,27; сульфат магния 7-водный - 1,06; дигидроортофосфат калия - 0,49; ЭДТА динатриевая соль - 0,1; сульфат железа 7-водный - 0,08; борная кислота - 0,02; сульфат магния 4-водный - 0,06; сульфат цинка 7-водный - 0,02; йодид калия - 0,002; молибдат натрия 2-водный - 0,001; сульфат меди 5-водный - 0,001; кобальт хлористый 2-водный - 0,001; глицин - 0,01; мезоинозит - 0,3; никотиновая кислота - 0,001; пиридоксин - 0,002; сахароза - 86,35; бензиламинопурин - 0,01; нафтилуксусная кислота - 0,003. На втором этапе разработана технология активации биологических активных веществ каллусной культуры при воздействии на биомассу синим светом интенсивностью 1500 люкс (светодиоды Quantum Line Samsung 281b) в режиме света/ темноты 24/24 ч. В результате выход биомассы базилика обыкновенного составил (24,44 ± 1,00) г/л. Количество вторичных метаболитов, мг/г сухой массы: розмариновая кислота (54,5 ± 2,0); цикориевая кислота (64,4 ± 1,9); эвгенол (0,50 ± 0,100); кофеиновая кислота (0,42 ± 0,1). Разработанная технология культивирования и активации биологических веществ позволяет получить образцы каллусной культуры базилика обыкновенного высокого качества вне зависимости от различных факторов окружающей среды, географических ограничений и сезонных изменений климата. Практические результаты исследований представляют интерес для пищевой промышленности.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по промышленным биотехнологиям , автор научной работы — Тихонов С. Л., Харапаев М. Н.

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

CULTIVATION OPTIMIZATION AND BIOLOGICAL ACTIVE SUBSTANCES ACTIVATION UNDER IN VITRO CALLUS CULTURE CONDITIONS OF BASIL (OCIMUM BASILICUM)

Callus cell cultures have a wide range of applications in the food industry, pharmacology and pharmacy, agriculture and biotechnology. The study aim is to develop an optimal technology for the cultivation and biological substances activation under in vitro callus culture conditions of basil ( Ocimum basilicum ). At the first research stage, a man developed a nutrient medium for culturing callus culture including, by weight %: ammonium nitrate - 4.75; potassium nitrate - 5.47; calcium chloride 2-aqueous - 1.27; magnesium sulfate 7-aqueous - 1.06; potassium dihydroorthophosphate - 0.49; EDTA disodium salt - 0.1; iron sul- fate 7-aqueous - 0.08; boric acid - 0.02; magnesium sulfate 4-aqueous - 0.06; zinc sulfate 7-aqueous - 0.02; potassium iodide - 0.002; sodium molybdate 2-aqueous - 0.001; copper sulfate 5-aqueous - 0.001; cobalt chloride 2-aqueous - 0.001; glycine - 0.01; mesoinosite - 0.3; nicotinic acid - 0.001; pyridoxine - 0.002; sucrose - 86.35; benzylaminopurine - 0.01; naphthylacetic acid - 0.003. The second stage consists of a technology development for activating biological active substances of callus culture when exposed to biomass with blue light intensity of 1500 lux (Samsung 281b Quantum Line LEDs) in light/dark mode 24/24 h. As a result, the basil biomass yield was (24.44 ± 1.00) g/l. The number of secondary metabolites was, mg/g of dry weight: rosemary acid (54.5 ± 2.0); chicory acid (64.4 ± 1.9); eugenol (0.50 ± 0.100); caffeic acid (0.42 ± 0.1). The developed technology of cultivation and biological substances activation enables to obtain callus culture samples of high-quality ordinary basil regardless of various environmental factors, geographical restrictions and seasonal climate changes. The practical research results are of interest to the food industry.

Текст научной работы на тему «ОПТИМИЗАЦИЯ КУЛЬТИВИРОВАНИЯ И АКТИВАЦИИ БИОЛОГИЧЕСКИХ АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ В УСЛОВИЯХ IN VITRO КАЛЛУСНОЙ КУЛЬТУРЫ БАЗИЛИКА ОБЫКНОВЕННОГО (OCIMUM BASILICUM)»

УДК 57.085.23

DOI 10.29141/2500-1922-2023-8-3-11 EDN UPLGWG

Оптимизация культивирования и активации биологических активных веществ в условиях in vitro каллусной культуры базилика обыкновенного (Ocimum basilicum)

С.Л. Тихонов1, М.Н. Харапаев2 н

1Уральский государственный аграрный университет, г. Екатеринбург, Российская Федерация 2Уральский государственный экономический университет, г. Екатеринбург, Российская Федерация

Реферат

Каллусные клеточные культуры имеют широкий спектр применения в пищевой промышленности, фармакологии и фармации, сельском хозяйстве и биотехнологии. Цель исследования заключается в разработке оптимальной технологии культивирования и активации биологических веществ в условиях in vitro каллусной культуры базилика обыкновенного (Ocimum basilicum). На первом этапе исследований разработана питательная среда для культивирования каллусной культуры, включающая, мас.%: нитрат аммония - 4,75; нитрат калия - 5,47; кальций хлористый 2-водный -1,27; сульфат магния 7-водный - 1,06; дигидроортофосфат калия - 0,49; ЭДТА дина-триевая соль - 0,1; сульфат железа 7-водный - 0,08; борная кислота - 0,02; сульфат магния 4-водный - 0,06; сульфат цинка 7-водный - 0,02; йодид калия - 0,002; молибдат натрия 2-водный - 0,001; сульфат меди 5-водный - 0,001; кобальт хлористый 2-водн-ый - 0,001; глицин - 0,01; мезоинозит - 0,3; никотиновая кислота - 0,001; пиридоксин -0,002; сахароза - 86,35; бензиламинопурин - 0,01; нафтилуксусная кислота - 0,003. На втором этапе разработана технология активации биологических активных веществ каллусной культуры при воздействии на биомассу синим светом интенсивностью 1500 люкс (светодиоды Quantum Line Samsung 281b) в режиме света/ темноты 24/24 ч. В результате выход биомассы базилика обыкновенного составил (24,44 ± 1,00) г/л. Количество вторичных метаболитов, мг/г сухой массы: розмариновая кислота (54,5 ± 2,0); цикориевая кислота (64,4 ± 1,9); эвгенол (0,50 ± 0,100); кофеиновая кислота (0,42 ± 0,1). Разработанная технология культивирования и активации биологических веществ позволяет получить образцы каллусной культуры базилика обыкновенного высокого качества вне зависимости от различных факторов окружающей среды, географических ограничений и сезонных изменений климата. Практические результаты исследований представляют интерес для пищевой промышленности.

Для цитирования: Тихонов С.Л., Харапаев М.Н. Оптимизация культивирования и активации биологических активных веществ в условиях in vitro каллусной культуры базилика обыкновенного (Ocimum basilicum) // Индустрия питания|Food Industry. 2023. Т. 8, № 3. С. 105-112. DOI: 10.29141/2500-1922-2023-8-3-11. EDN: UPLGWG.

Дата поступления статьи: 30 апреля 2023 г.

0 [email protected]

Ключевые слова:

биологические активные вещества; каллусная культура;

базилик обыкновенный;

культивирование;

активация

Cultivation Optimization and Biological Active Substances Activation Under In Vitro Callus Culture Conditions of Basil (Ocimum Basilicum)

Sergey L. Tikhonov1, Maxim N. Harapaev2H

1Ural State Agrarian University, Ekaterinburg, Russian Federation 2Ural State University of Economics, Ekaterinburg, Russian Federation H [email protected]

Abstract

Callus cell cultures have a wide range of applications in the food industry, pharmacology and pharmacy, agriculture and biotechnology. The study aim is to develop an optimal technology for the cultivation and biological substances activation under in vitro callus culture conditions of basil (Ocimum basilicum). At the first research stage, a man developed a nutrient medium for culturing callus culture including, by weight %: ammonium nitrate - 4.75; potassium nitrate - 5.47; calcium chloride 2-aqueous - 1.27; magnesium sulfate 7-aque-ous - 1.06; potassium dihydroorthophosphate - 0.49; EDTA disodium salt - 0.1; iron sulfate 7-aqueous - 0.08; boric acid - 0.02; magnesium sulfate 4-aqueous - 0.06; zinc sulfate 7-aqueous - 0.02; potassium iodide - 0.002; sodium molybdate 2-aqueous - 0.001; copper sulfate 5-aqueous - 0.001; cobalt chloride 2-aqueous - 0.001; glycine - 0.01; mesoinosite -0.3; nicotinic acid - 0.001; pyridoxine - 0.002; sucrose - 86.35; benzylaminopurine - 0.01; naphthylacetic acid - 0.003. The second stage consists of a technology development for activating biological active substances of callus culture when exposed to biomass with blue light intensity of 1500 lux (Samsung 281b Quantum Line LEDs) in light/dark mode 24/24 h. As a result, the basil biomass yield was (24.44 ± 1.00) g/l. The number of secondary metabolites was, mg/g of dry weight: rosemary acid (54.5 ± 2.0); chicory acid (64.4 ± 1.9); eugenol (0.50 ± 0.100); caffeic acid (0.42 ± 0.1). The developed technology of cultivation and biological substances activation enables to obtain callus culture samples of high-quality ordinary basil regardless of various environmental factors, geographical restrictions and seasonal climate changes. The practical research results are of interest to the food industry.

For citation: Sergey L. Tikhonov, Maxim N. Harapaev. Cultivation Optimization and Biological Active Substances Activation Under In Vitro Callus Culture Conditions of Basil (Ocimum Basilicum). Индустрия питания|Food Industry. 2023. Vol. 8, No. 3. Pp. 105-112. DOI: 10.29141/2500-1922-2023-8-3-11. EDN: UPLGWG.

Paper submitted: April 30, 2023

Keywords:

biological active substances; callus culture; common basil; cultivation; activation

Введение

Каллусные и суспензионные клеточные культуры имеют широкий спектр применения в пищевой промышленности, фармакологии и фармации, сельском хозяйстве и биотехнологии. Исследование культуры растительных тканей представляет собой важный метод в фундаментальной науке и коммерческом применении. У всех основных семейств наземных растений поврежденная ткань восстанавливается недифференцированными каллусными клетками. Эти клетки можно культивировать /п уИтго для биотехнологического использования. Почти любую часть растения возможно использовать для создания каллусных культур [1].

Образование каллуса объясняют две основные теории. Согласно исторически первой концепции, растительные дифференцированные тканевые клетки способны к дедифференцировке и регенерации поврежденной ткани или даже всего растения. Кроме того, клетки растений могут образовывать тотипотентные каллусные клетки [2]. Современный подход основывается на том, что растительные клетки не дедиффе-ренцируются, а каллус формируется из ранее существовавших стволовых клеток [3].

Молекулярные взаимодействия, приводящие к дифференцировке стволовых клеток и (или) дифференцировке/дедифференцировке сомати-

ческих клеток растений, до конца не изучены. Однако известно, что для процессов дедифферен-цировки решающее значение имеет экспрессия генов, связанных со стволовыми клетками [4].

Важно понимать, что каллусные культуры развиваются не из отдельных изолированных клеток, а из гетерогенных структурных тканей. В то же время каллусные культуры достаточно однородны для получения идентичных копий растений с желаемыми характеристиками. Для выращивания каллусных культур разного вида лабораторные условия неодинаковы и требуют индивидуальной разработки. Типичными питательными средами для выращивания каллуса являются среды Мурасиге - Скуга, Уайта и среда для древесных растений. Для стимуляции роста каллуса в среду необходимо добавлять специфические фитогормоны: ауксины, цито-кинины и гиббереллины. Немецкий ученый Т. Эфферт рекомендует использовать две среды: одну - для обеспечения хорошего роста клеток, другую - для образования вторичных метаболитов [1].

Применение каллусных культур имеет коммерческий потенциал в пищевой промышленности, производстве вторичных метаболитов для терапевтических целей, производстве терапевтических антител и других рекомбинантных белков, производстве сельскохозяйственных (методом регенерации каллусных клеток) и садовых растений.

Каллусные культуры базилика обыкновенного применяются в пищевой промышленности для производства ароматизаторов и эссенций. В химический состав растения входят ароматические соединения фенолы, которые могут быть использованы для придания вкуса и аромата различным продуктам питания. Кроме того, в состав каллусных культур входят флавонои-ды. Исследователи отмечают антиоксидантные свойства базилика обыкновенного и рекомендуют использовать его для производства функциональных продуктов питания. Как и любое растение, базилик обыкновенный содержит в своем составе пигменты: хлорофилл, кароти-ноиды и антоцианы [1]. Следовательно, каллус-ные культуры растения можно использовать для производства натуральных красителей и применять в рецептурах кондитерских изделий, напитков и молочных продуктов.

В табл. 1 приведен список фитохимических веществ, полученных из каллусов лекарственных растений.

Для оптимизации производства желаемых фитохимических веществ необходимо увеличение их биосинтеза, в то же время синтез нежелательных побочных продуктов должен быть сведен

Таблица 1. Фитохимические вещества каллусных культур [5-7] Table 1. Callus Cultures Phytochemicals [5-7]

Культура Фитохимическое вещество

Базилик Розмариновая кислота

Шалфей тысячелистный Розмариновая кислота

Женьшень Сапонины

Зверобой Гиперицин и гиперфорин

Соссюрея Флавоноиды

к минимуму. Решению этой проблемы способствует морфологическая дифференцировка [1].

Помимо вторичных метаболитов, в последние годы возрастающий интерес исследователей вызывают терапевтические антитела и другие рекомбинантные пептиды и белки, полученные в каллусных культурах. Методом биологической бомбардировки в клетки встраиваются гены, кодирующие специфические терапевтические антитела. Затем генетически модифицированные клетки можно использовать для регенерации целых растений под контролем фитогормонов. Работоспособность данного подхода подтверждена рядом исследований [8]. В настоящее время промышленная биотехнология культивирования каллусных культур и получения вторичных метаболитов в Российской Федерации ограничена. В ходе анализа патентной информации обнаружены аналоги, имеющие ряд недостатков: отсутствие данных об индексе роста биомассы каллуса, дороговизна компонентов питательной среды, а также использование фотопериода (чередования света и темноты) вместо непрерывного светового потока [9].

Таким образом, цель исследования заключается в разработке оптимальной технологии культивирования и активации биологических веществ в условиях /п vitro каллусной культуры базилика обыкновенного (Ос/тит basilicum).

В задачи исследования входит:

• разработка питательной среды для культивирования каллусной культуры;

• разработка технологии активации биологических активных веществ;

• оценка полученной каллусной культуры базилика обыкновенного: выход биомассы и химический состав.

Объекты и методы исследования

В качестве объектов исследования выступают технология культивирования в условиях /п vitm, а также высушенные образцы биомассы каллусной культуры базилика обыкновенного (Ocimum basilicum).

На первом этапе проводили стерилизацию первичного экспланта. Листовые пластины базилика обыкновенного подвергали стерилизации 10 % раствором пероксида водорода в условиях ламинар-бокса в течение 10 мин. По окончании стерилизации растительный материал промывали дистиллированной водой и выдерживали в течение 30 мин. Промытые листовые пластинки базилика обыкновенного разрезали скальпелем на сегменты размером 5x5 мм и перемещали в чашку Петри (диаметр 60 мм) для дальнейшего культивирования.

На втором этапе готовили контрольный и опытный образцы жидких питательных сред. В качестве контрольного образца применялась питательная среда на минеральной основе Му-расиге - Скуга (МС) с добавлением гидролизата казеина в количестве 5 мас.%, а также гормонов: 6-бензиламинопурина (6-БАП) в количестве 0,01 мас.% и нафтилуксусной кислоты (НУК) 0,003 мас.%. Состав опытного образца жидкой питательной среды представлен в табл. 2.

Все компоненты, за исключением витаминов и гормонов, разводили в 1 л дистиллированной воды и подвергали автоклавированию при температуре 120 °C в течение 20 мин. После остывания в питательную среду через мембранный фильтр добавляли витамины и гормоны.

На третьем этапе культивировали каллусную культуру базилика обыкновенного на контрольном и опытном образцах жидких питательных сред в стерильных условиях климатической камеры. На образцы воздействовали синим светом интенсивностью 1 500 люкс (светодиоды Quantum Line Samsung 281b) при температуре (25 ± 2) °C и влажности воздуха 60-70 %. Фотопериод свет/темнота для контрольного образца составлял 16/8 ч, для опытного свет подавали непрерывно (24/24 ч). Полученные каллусные клетки при пересеве делили на пять частей. Через 28 сут производили субкультивирование обоих образцов с целью увеличения биомассы каллуса. После субкультивирования проводили инокуляцию каллусной культуры базилика обыкновенного на контрольном и опытном образцах салициловой кислотой 10 мкМ концентрацией 0,64 мг/л и экстрагирование биологических активных веществ этиловым спиртом на водяной бане с применением обратного холодильника.

На четвертом этапе сравнивали индексы роста и химический состав контрольного и опытного образцов каллусной биомассы базилика обыкновенного. Для изучения ростовых характеристик отбирали устойчиво растущие каллусные культуры клеток. Определяли начальную массу культуры (до пересадки в чашку Петри) и массу

Таблица 2. Состав опытного образца питательной среды Table 2. Prototype Nutrient Medium Composition

Компонент питательной среды Количество, мас.%

Нитрат аммония 4,750

Нитрат калия 5,470

Кальций хлористый 2-водный 1,270

Сульфат магния 7-водный 1,060

Дигидроортофосфат калия 0,490

ЭДТА динатриевая соль 0,100

Сульфат железа 7-водный 0,080

Борная кислота 0,020

Сульфат магния 4-водный 0,060

Сульфат цинка 7-водный 0,020

Иодид калия 0,002

Молибдат натрия 2-водный 0,001

Сульфат меди 5-водный 0,001

Кобальт хлористый 2-водный 0,001

Глицин 0,010

Мезоинозит 0,300

Никотиновая кислота 0,001

Пиридоксин 0,001

Сахароза 86,350

Бензиламинопурин 0,010

Нафтилуксусная кислота 0,003

Итого 100,00

в процессе выращивания. На их основе рассчитывали прирост биомассы G¡ контрольного и опытного образцов за время выращивания по формуле

(М-Ма)

С,=

И

(1)

где M, - масса культуры через 7; 14; 21; 28 и 35 сут выращивания; М0 - начальная масса культуры.

Статистическую обработку проводили в авторской программе (свидетельство о регистрации программы для ЭВМ RU 2020610105). Химический состав образцов каллусной биомассы базилика обыкновенного анализировали в Едином лабораторном комплексе УрГЭУ с помощью ВЭЖХ на жидкостном хроматографе марки Agilent 1260 Infinity II (Германия). Схема исследований представлена на рис. 1.

Результаты исследований и их обсуждение Ростовые характеристики контрольного и опытного образцов каллусных культур клеток базилика обыкновенного представлены в табл. 3.

Экспериментальные данные показывают, что высокое и эффективное накопление (максимальный прирост) биомассы каллусных культур клеток базилика обыкновенного характерно для опытного образца. Наблюдается более высокое и эффективное наполнение биомассы в опытном образце без использования гидролизата казеина и с воздействием непрерывного синего света интенсивностью 1500 люкс в режиме свет/ темнота 24/24 ч. Выход биомассы в опытном образце увеличивается на 14,5 % по сравнению с контрольным образцом.

Для характеристики роста каллусных культур in vitro применяли показатель прироста биомассы. Результаты исследований контрольного и опытного образцов представлены на рис. 2.

Максимальный рост культур как контрольного, так и опытного образца наблюдается на 35-е сутки. Кривая роста имеет стандартную S-образную форму, ярко выражены ростовые фазы. Прирост биомассы каллусной культуры в контрольном образце составил 21,8 г, в опытном - 25,5 г.

На рис. 3 представлена сравнительная характеристика химического состава биологических активных веществ в контрольном и опытном образцах биомассы.

Таблица 3. Прирост биомассы каллусных культур клеток базилика обыкновенного Table 3. Callus Cultures Biomass Growth of Basil Cells

Рис. 1. Схема проведения исследований Figure 1. Research Scheme

Образец Условия культивирования Продолжительность цикла субкультивирования, сут Прирост биомассы, г

Опытный МС + салициловая кислота 0,64 мг/л + + непрерывный синий свет интенсивностью 1500 люкс в режиме свет/темнота 24/24 ч 35-42 24,5-25,5

Контрольный МС + гидролизат казеина + 6-БАП + НУК + + салициловая кислота 0,64 мг/л + синий свет интенсивностью 1500 люкс с фотопериодом 16/8 ч 35-42 20,9-21,8

25

л

£ 20 го

§ 15

t 10 <j

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

° с

о. 5

till

^ 30 В 25

ru

2 20

15

□ 10

ю

1

14

21

28

35

42

ItllS

14 21 28 35 42

Продолжительность культивирования, сут

Продолжительность культивирования, сут

б

Рис. 2. Динамика роста контрольного (а) и опытного (б) образцов Figure 2. Growth Dynamics of Control (a) and Experimental (b) Samples

Розмариновая кислота

Цикориевая кислота

Контрольный образец

Эвгенол Опытный образец

Кофейная кислота

Рис. 3. Состав биологических активных веществ в каллусных клетках Figure 3. Biologically Active Substances Composition in Callus Cells

Результаты проведенных исследований демонстрируют увеличение содержания вторичных метаболитов в опытном образце каллусной культуры клеток базилика обыкновенного по сравнению с контролем: - розмариновой кислоты - на 28,9%, цикориевой кислоты - на 37,0 %, эвгенола и кофейной кислоты - на 20 %.

Согласно литературным данным, полученные соединения обладают доказанной противоми-кробной активностью в отношении условно-патогенной бактерии рода P. aeruginosa. Бактерия является основным патогеном, инфицирующим организм людей с иммунодефицитом и легкие пациентов с муковисцидозом. Розмариновая кислота обладает ингибирующей активностью в отношении грибкового патогена A. niger, который является одним из наиболее плодовитых, широко распространенных и инвазивных известных грибковых патогенов растений и может вызывать тяжелые инфекции у людей [10].

В дальнейшем необходимо исследование полученных биологических активных веществ на биосовместимостью с эритроцитами человека, а также нетоксичность и умеренность потенциала в отношении ингибирования альфа-амилазы. Это позволит выпускать метаболические соединения растительного происхождения для фармацевтической промышленности с антимикробной, антидиабетической, антиоксидантной, противоопухолевой и противовоспалительной активностью.

Таким образом, доказана эффективность разработанного в ходе исследований состава питательной среды и технологии активации биологических активных веществ непрерывным синим светом интенсивностью 1500 люкс светодиода-ми Quantum Line Samsung 281b в режиме свет/ темнота 24/24 ч. В обоих образцах подтвержден синергетический эффект действия салициловой кислоты и синего света. Дополнительно следует

отметить техническое удешевление биотехнологии вследствие снижения себестоимости питательной среды за счет исключения гидролиза-та казеина.

Заключение

В ходе проведенных исследований достигнута поставленная цель: разработана оптимальная технология культивирования и активации биологических веществ в условиях in vitro каллусной культуры базилика обыкновенного (Ocimum basilicum). Для достижения поставленной цели разработана питательная среды для культивирования каллусной культуры. Максимальный прирост биомассы в опытном образце наблюдался на 35-е сутки - 25,5 г, что на 14,5 % выше по сравнению с контрольным образцом. Разработана технология активации биологических активных веществ путем воздействия в стерильных условиях климатической камеры непрерывным синим светом интенсивностью 1500 люкс (светоди-оды Quantum Line Samsung 281b) в режиме свет/ темнота 24/24 ч. Содержание биологических активных веществ составило, мг/г сухой массы: розмариновая кислота (54,5 ± 2,0); цикориевая кислота (64,4 ± 1,9); эвгенол (0,5 ± 0,1); кофейная кислота (0,42 ± 0,1). Сравнение результатов эксперимента для контрольного и опытного образцов предопределило выбор технологии культивирования и активации биологических активных веществ в условиях in vitro каллусной культуры базилика обыкновенного в пользу опытного образца. Использование предлагаемой технологии культивирования позволит реализовать коммерческий потенциал в области пищевой промышленности (синтез добавок и ингредиентов), биосинтеза биоактивных фитохимических веществ и терапевтических антител растительного происхождения.

Библиографический список

1. Efferth, T. Biotechnology Applications of Plant Callus Cultures. Engineering. 2019. Vol. 5. Iss. 1. Pp. 50-59. DOI: https://doi. org/10.1016/j.eng.2018.11.006.

2. Burris, J.N.; Mann, D.G.J.; Joyce, B.L., et al. An Improved Tissue Culture System for Embryogenic Callus Production and Plant Regeneration in Switchgrass (Panicum Virgatum L.). BioEnergy Research. 2019. Vol. 2. Iss. 4. Pp. 267-274. DOI: https://doi.org/10.1007/ s12155-009-9048-8.

3. Sugimoto, K.; Gordon, S.P.; Meyerowitz, E.M. Regeneration in Plants and Animals: Dedifferentiate, Transdifferentiation, or Just Differentiation? Trends in Cell Biology. 2021. Vol. 21. Iss. 4. Pp. 212-218. DOI: https://doi.org/10.1016/jj.tcb.2010.12.004.

4. Jiang, F.; Feng, Z.; Liu, H., et al. Involvement of Plant Stem Cells or Stem Cell-Like Cells in Dedifferentiate. Frontiers in Plant Science. 2015. Vol. 6. Article Number: 1028. DOI: https://doi.org/10.3389/ fpls.2015.01028.

5. Bais, H.P.; Walker, T.S.; Schweizer, H.P., et al. Root Specific Elicita-tion and Antimicrobial Activity of Rosmarinic Acid in Hairy Root Cultures of Ocimum Basilicum. Plant Physiology and Biochemistry. 2002. Vol. 40. Iss. 11. Pp. 983-995. DOI: https://doi.org/10.1016/ S0981-9428(02)01460-2.

6. Wu, J., Lin, L. Elicitor-Like Effects of Low-Energy Ultrasound on Plant (Panax Ginseng) Cells: Induction of Plant Defense Responses and Secondary Metabolite Production. Applied Microbiology and Biotechnology. 2002. Vol. 59. Iss. 1. Pp. 51-57. DOI: https://doi. org/10.1007/s00253-002-0971-2.

7. Liu, C.-Z.; Saxena, P.K. Saussurea Medusa Cell Suspension Cultures for Flavonoid Production. In: Protocols for In Vitro Cultures and Secondary Metabolite Analysis of Aromatic and Medicinal Plants. Humana Press, Totowa, NJ. 2009. Vol. 547. Pp. 53-59. DOI: https:// doi.org/10.1007/978-1-60327-287-2-4.

8. De Muynck, B.; Navarre, C.; Boutry, M. Production of Antibodies in Plants: Status after Twenty Years. Plant Biotechnology Journal. 2010. Vol. 8. Iss. 5. Pp. 529-563. DOI: https://doi.org/10.1111/jj.1467-7652.2009.00494.x.

9. Dyshlyuk, L.; Fedorova, A.; Loseva, A., et al. Callus Cultures of Thymus Vulgaris and Trifolium Pratense as a Source of Geroprotectors. Food Processing: Techniques and Technology. 2021. Vol. 51. Iss. 2. Pp. 423-432. DOI: https://doi.org/10.21603/2074-9414-2021-2-423-432.

10. Nazir, S.; Jan, H.; Zaman, G., et al. Synergistic Effects of Salicylic Acid and Light Stress on Bioactive Metabolites in Basil Callus Cultures. Biocatalysis And Agricultural Biotechnology. 2021. Vol. 37. Article Number: 102176. DOI: https://doi.org/10.1016/jj.bcab.2021.102176.

Bibliography

1. Efferth, T. Biotechnology Applications of Plant Callus Cultures. Engineering. 2019. Vol. 5. Iss. 1. Pp. 50-59. DOI: https://doi. org/10.1016/j.eng.2018.11.006.

2. Burris, J.N.; Mann, D.G.J.; Joyce, B.L., et al. An Improved Tissue Culture System for Embryogenic Callus Production and Plant Regeneration in Switchgrass (Panicum Virgatum L.). BioEnergy Research. 2019. Vol. 2. Iss. 4. Pp. 267-274. DOI: https://doi.org/10.1007/ s12155-009-9048-8.

3. Sugimoto, K.;Gordon, S.P.;Meyerowitz, E.M. Regeneration in Plants and Animals: Dedifferentiate, Transdifferentiation, or Just Differentiation? Trends in Cell Biology. 2021. Vol. 21. Iss. 4. Pp. 212-218. DOI: https://doi.org/10.1016/jj.tcb.2010.12.004.

4. Jiang, F.; Feng, Z.; Liu, H., et al. Involvement of Plant Stem Cells or Stem Cell-Like Cells in Dedifferentiate. Frontiers in Plant Science. 2015. Vol. 6. Article Number: 1028. DOI: https://doi.org/10.3389/ fpls.2015.01028.

5. Bais, H.P.; Walker, T.S.; Schweizer, H.P., et al. Root Specific Elicita-tion and Antimicrobial Activity of Rosmarinic Acid in Hairy Root Cultures of Ocimum Basilicum. Plant Physiology and Biochemistry. 2002. Vol. 40. Iss. 11. Pp. 983-995. DOI: https://doi.org/10.1016/ S0981-9428(02)01460-2.

6. Wu, J., Lin, L. Elicitor-Like Effects of Low-Energy Ultrasound on Plant (Panax Ginseng) Cells: Induction of Plant Defense Responses and Secondary Metabolite Production. Applied Microbiology and Biotechnology. 2002. Vol. 59. Iss. 1. Pp. 51-57. DOI: https://doi. org/10.1007/s00253-002-0971-2.

7. Liu, C.-Z.; Saxena, P.K. Saussurea Medusa Cell Suspension Cultures for Flavonoid Production. In: Protocols for In Vitro Cultures and Secondary Metabolite Analysis of Aromatic and Medicinal Plants. Humana Press, Totowa, NJ. 2009. Vol. 547. Pp. 53-59. DOI: https:// doi.org/10.1007/978-1-60327-287-2-4.

8. De Muynck, B.; Navarre, C.; Boutry, M. Production of Antibodies in Plants: Status after Twenty Years. Plant Biotechnology Journal. 2010. Vol. 8. Iss. 5. Pp. 529-563. DOI: https://doi.org/10.111Vj.1467-7652.2009.00494.x.

9. Dyshlyuk, L.; Fedorova, A.; Loseva, A., et al. Callus Cultures of Thymus Vulgaris and Trifolium Pratense as a Source of Geroprotectors. Food Processing: Techniques and Technology. 2021. Vol. 51. Iss. 2. Pp. 423-432. DOI: https://doi.org/10.21603/2074-9414-2021-2-423-432.

10. Nazir, S.; Jan, H.; Zaman, G., et al. Synergistic Effects of Salicylic Acid and Light Stress on Bioactive Metabolites in Basil Callus Cultures. Biocatalysis And Agricultural Biotechnology. 2021. Vol. 37. Article Number: 102176. DOI: https://doi.org/10.1016/jj.bcab.2021.102176.

Информация об авторах / Information about Authors

Тихонов

Сергей Леонидович

Tikhonov,

Sergey Leonidovich

Тел./Phone: +7 (912) 276-98-95 E-mail: [email protected]

Доктор технических наук, профессор, директор научно-образовательного центра

«Прикладные нанобиотехнологии»

Уральский государственный аграрный университет

620000, Российская Федерация, г. Екатеринбург, ул. Карла Либкнехта, 42

Doctor of Technical Sciences, Professor, Director of the Scientific and Educational Center "Applied Nanobiotechnologies"

Ural State Agrarian University, Ekaterinburg, Russian Federation 620000, Russian Federation, Ekaterinburg, st. Karl Liebknecht, 42

ORCID: https://orcid. org/0000-0003-4863-9834

Харапаев

Максим Николаевич

Harapaev, Maxim Nikolaevich

Твл./Phone: +7(982) 630-33-92 E-mail: [email protected]

Аспирант

Уральский государственный экономический университет

620144, Российская Федерация, г. Екатеринбург, ул. 8 Марта/Народной Воли, 62/45

Postgraduate Student

Ural State University of Economics

620144, Russian Federation, Ekaterinburg, 8 Marta/Narodnoy Voli St., 62/45 ORCID: https://orcid.org/0000-0001-5841-1791

Вклад авторов:

Тихонов С.Л. - идея и концепция исследования; определение целей и задач исследования; редактирование и правка текста; Харапаев М.Л. - проведение эксперимента, сбор и обработка данных; проведение статистического анализа данных, интерпретация результатов и предоставление обоснованных выводов; написание статьи.

Contribution of the Authors:

Tikhonov, Sergey L. - research idea and concept; defining goals and objectives; article editing and proofreading;

Kharapaev, Maxim N. - conducting experiment, collecting and processing data; conducting statistical data analysis; interpreting

the results and presenting well-founded conclusions; writing the article.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов. The authors declare no conflicts of interests.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.