CC BY
6
Лесной вестник /Forestry Bulletin, 2024. Т. 28. № 1. С. 89-96. ISSN 2542-1468 Lesnoy vestnik /Forestry Bulletin, 2024, vol. 28, no. 1, pp. 89-96. ISSN 2542-1468
Особенности клонального размножения... Ландшафтная архитектура
УДК 582.672:57.085.2 DOI: 10.18698/2542-1468-2024-1-89-96 Шифр ВАК 4.1.6; 1.5.9
ОСОБЕННОСТИ КЛОНАЛЬНОГО РАЗМНОЖЕНИЯ ПАВЛОВНИИ ВОЙЛОЧНОЙ (PAULOWNIA TOMENTOSA)
И.В. Ширнина, О.И. Молкановаи, О.С. Якимова, Д.А. Семенова
ФГБУН «Главный ботанический сад имени Н.В. Цицина Российской академии наук» (ГБС РАН), 127276, Москва, Ботаническая ул., д. 4
molkanova@mail.ru
Представленная статья посвящена оптимизации основных этапов технологии клонального микроразмножения павловнии войлочной (Paulownia tomentosa (Thunb.) Steud.), которая широко применяется в ландшафтном дизайне и садоводстве в теплых климатических зонах. Однако наблюдаемые в настоящее время процессы планетарного масштаба формируют тенденцию к глобальному потеплению климата, что, в свою очередь, обусловливает постепенное расширение ареала павловнии за счет освоения северных территорий. Установлено, что для стерилизации вегетативных почек лучшим является последовательное применение 2%-го раствора Фундазола (15 мин), 70%-го этанола (0,5 мин), и 7%-го гипохлорита кальция. Определено, что для инициации культуры оптимально использование питательной среды MS с добавлением гентами-цина в концентрации 100 мг/л. При этом рекомендованная длительность культивирования эксплантов составляет 7 сут. Выявлено, что на этапе собственно микроразмножения оптимальным является применение питательной среды MS, дополненной 1,5 мг/л 6-бензиламинопурином и 0,05 м/л индолилуксусной кислотой. Это позволяет получить максимальный коэффициент размножения — 9,58 ± 0,81. Установлено, что при укоренении регенерантов лучшей следует считать питательную среду 1/2 MS, содержащую 20 г/л сахарозы и 1,0 мг/л индолилмасляной кислоты. Для получения максимальной приживаемости P. tomentosa (100 %) рекомендуется использовать субстрат из торфа, песка и перлита в равных частях.
Ключевые слова: павловния войлочная, Paulownia tomentosa (Thunb.) Steud., микроразмножение, регуляторы роста, укоренение, адаптация
Ссылка для цитирования: Ширнина И.В., Молканова О.И., Якимова О.С., Семенова Д.А. Особенности клонального размножения павловнии войлочной (Paulownia tomentosa) // Лесной вестник / Forestry Bulletin, 2024. Т. 28. № 1. С. 89-96. DOI: 10.18698/2542-1468-2024-1-89-96
Павловния войлочная (Paulownia tomentosa (Thunb.) Steud.) — многолетнее высокорослое растение с сиреневыми цветками и крупными листьями. Естественный ареал распространения вида — Северная Америка, Европа, Азия [1-3]. Павловния войлочная произрастает на освещенных участках или в полутени, предпочитает хорошо дренированные почвы с нейтральной реакцией. В уходе проста и не капризна [3, 4]. Декоративный эффект обеспечивают крупные листья (до 50 см).
P. tomentosa относится к культурам, произрастающим в теплых климатических зонах [5], но ее культивирование возможно и в наших широтах [6, 7]. При этом тенденция потепления климата в настоящее время обусловливает постепенное расширение ареала выращивания павловнии в северные территории [8].
Культура может выдерживать непродолжительное воздействие низких температур (до -18 °С). После повреждения низкими температурами P. tomentosa способна к восстановлению за счет отрастания новых прикорневых побегов. Морозостойкость павловнии прямо коррелирует с возрастом растения [9].
© Автор(ы), 2024
Листья павловнии содержат 20 % белка, по биохимическому составу сходны с зеленью люцерны, поэтому павловния считается ценной кормовой культурой [10]. Экстракты, полученные из ее листьев, способствуют улучшению работы желудочно-кишечного тракта, мочеполовой и дыхательной систем [11, 12]. Из семян павловнии получают масло для использования в технических целях. В средние века при транспортировке фарфоровых изделий использовали семена павловнии в качестве уплотнителя [13].
В озеленении урбанизированных территорий P. tomentosa может быть использована в аллейных посадках и в качестве солитеров в регионах с соответствующими ее биологическим требованиям климатическими условиями [14].
P. tomentosa также можно рассматривать в качестве мелиоративной культуры. Промышленные посадки павловнии способны предотвратить эрозию почвы. Вегетативная масса и корневая система растения обогащают почву минеральными и органическими веществами [15].
В современном мире P. tomentosa является альтернативным источником сырья в биоэнергетике, поскольку его древесина достигает полной зрелости к девяти годам [16].
Древесина павловнии схожа с древесиной ореха. Порода очень легкая, мягкая (плотность 320 кг/м3) и при этом практически не подвержена гниению [17]. Применяется для производства очень тонкого шпона для изготовления визитных карточек, оснований ракеток настольного тенниса, деревянных башмаков и поплавков рыболовных сетей [1, 18].
В настоящее время потребление древесины павловнии продолжает увеличиваться вместе с ростом потребностей целлюлозно-бумажной промышленности [19], поэтому создание плантаций древесных пород экономически и экологически выгодно. При создании плантаций применяется преимущественно генеративный метод размножения, не обеспечивающий генетическую однородность посадочного материала и отличающийся длительностью периода ювенилизации [20-22]. Эффективно обеспечивает генетическую стабильность растений клональное микроразмножение [23].
Разработанные протоколы для регенерации микропобегов различных видов павловнии отличаются по типу используемых эксплантов для введения в культуру in vitro и концентрации применяемых регуляторов роста растений [24-26]. В некоторых работах [27, 28] показана зависимость эффективности микроклонального размножения от генотипической принадлежности вводимого объекта. При этом вариабельность клонов одного генотипа довольно высока [29-31], поэтому усовершенствование состава питательной среды для размножения P. tomentosa является актуальным [19, 32].
Цель работы
Цель работы — усовершенствование технологии клонального микроразмножения P. tomentosa для получения посадочного материала.
Материалы и методы
Исследования были проведены в 2018-2022 гг. в лаборатории биотехнологии растений Главного ботанического сада имени Н.В. Цицина Российской академии наук (ГБС РАН). В качестве объектов исследования использовали двухлетние маточные растения, пророщенные из семян, полученных из обменных фондов.
При введении в культуру in vitro в качестве исходного материала использовались изолированные апексы, вычленяемые из латеральных почек в период активного роста. Подготовка и введение в культуру in vitro проводились в лабораторных условиях согласно общепринятым приемам, в том числе разработанным в ГБС РАН [33]. Для поверхностной стерилизации последовательно применяли 2%-й раствор Фундазола, 70%-й раствор этанола (С2Н6О) и 7%-й раствор гипохлорита
кальция (Ca(ClO)2) или 7%-й раствор гипохлори-та натрия (NA(ClO)), экспозиция 5...10 мин. На этапе инициации была применена питательная среда MS (Murashige and Skoog, 1962) [34] с содержанием антибиотика гентамицина 100 мг/л.
На стадии собственно микроразмножения использовали среду MS, дополненную 6-БАП (6-бензиламинопурином) от 0,5 до 1,5 мг/л и 0,05 мг/л IAA (индолил-3-уксусной кислотой).
Укореняли микропобеги на питательной среде 1/2 MS, содержащей половину от общего минерального состава с пониженным содержанием сахарозы до 20 г/л, а также 1 мг/л IAA или 1 мг/л IBA (индолилмасляной кислоты). Через 14 дней культивирования учитывали число и длину корней, подсчитывали число укоренившихся растений, рассчитывали процент укоренения.
В лабораторных условиях регенеранты P. tomentosa выращивали при освещении 3000 лк и фотопериоде 16/8 ч., температуре 22.25 °С и влажности воздуха 70 %. Субкультивирование эксплантов проводили через 28 сут. при температуре 24 °С.
Исследования проводили в трех повторностях по 10 эксплантов в каждом варианте. В качестве контроля на всех этапах клонального микроразмножения использовали питательную среду MS.
При адаптации регенерантов к нестерильным условиям применяли три варианта почвенного субстрата: 1) торф, песок и перлит; 2) торф, песок и дерновую листовую землю; 3) песок, перлит и дерновую листовую землю. Все компоненты смешивали в пропорции 1:1:1. Перед высадкой растений субстраты стерилизовали 2 ч при температуре 90 °С. За контроль брали торф. Через 28 сут. подсчитывали приживаемость регенерантов.
Обработку результатов проводили с использованием программного обеспечения Microsoft Office 2010.
Результаты и обсуждение
Эффективность введения в культуру зависит от экспланта, стерилизующих веществ и правильно подобранных питательных сред. Не менее важны физические факторы — свет, температура и влажность воздуха [35, 36].
Поверхностная стерилизация тканей является первым шагом для получения асептических культур. Для предотвращения бактериального или грибного заражения в питательную среду должны быть введены антибиотики и фунгициды. Однако следует учесть, что предпочтительнее короткие обработки антибиотиками (10 сут.), чем их длительное применение при постоянном внесении в среду выращивания [23]. Загрязнение грибной инфекцией чаще всего преодолевается с помощью фунгицидов [29].
Экспозиция, мин
5 7 10
Экспозиция, мин
б
Рис. 1. Влияние типа стерилизующего раствора и экспозиции на получение стерильных и жизнеспособных эксплантов павловнии войлочной P. tomentosa: а — 7%-го раствора гипохлорита кальция (Ca(ClO)2); б — 7%-го раствора гипохлорита натрия (Na(ClO)) Fig. 1. Effect of the type of sterilising solution and exposure on obtaining sterile and viable expiants of P. tomentosa: а — 7% calcium hypochlorite solution (Ca(ClO)2); б — 7% sodium hypochlorite solution (Na(ClO))
а
На этапе введения в культуру in vitro применяли схемы стерилизации, отличающиеся по времени воздействия 7%-го раствора гипохлорита кальция (Ca(ClO)2) и 7%-го раствора гипохлорита натрия (NA(CIO)) — 5, 7 и 10 мин (рис. 1).
Использование в качестве стерилизующего агента 7%-го раствора гипохлорита натрия (NA(ClO)) не было эффективным, поскольку приводило к снижению жизнеспособности стерильных эксплантов.
Наиболее оптимальной была последовательная стерилизация: 2%-м раствором фунгицида Фундазол — 10 мин, 70%-м раствором этанола (С2Н6О) — 0,5 мин и 7%-м раствором гипохлорита кальция (Ca(ClO)2) — 7 мин. Количество стерильных жизнеспособных эксплантов составило 87,1 ± 1,57 %. Повышение экспозиции приводило не только к уменьшению уровня контаминации, но и к снижению жизнеспособности (52,5 ± 2,67 %).
Для инициации культуры применяли питательную среду MS, содержащую 100 мг/л антибиотика гентамицина. Частота регенерации — 75 %. Длительность субкультивирования на этапе инициации составляли 7 сут.
Значительное влияние на этапе собственно микроразмножения оказывает применение регуляторов роста. Наибольшие значения длины побегов, их количества, количества междоузлий и, соответственно, коэффициента размножения получили на питательных средах MS, с добавлением 1,5 мг/л 6-БАП и 0,05 мг/л IAA. Повышение содержания регуляторов роста в составе питательной среды привело к оводнению побегов и возможности возникновения сомаклональной изменчивости (таблица).
Влияние концентрации 6-БАП и IAA в среде MS на развитие павловнии войлочной P. tomentosa на этапе собственно
микроразмножения Effect of 6-BAP and IAA concentration in MS medium on the development of P. tomentosa paulownia at the stage of micropropagation
Концентрация, мг/л Количество побегов, шт. Длина побегов, мм Количество междоузлий, шт. Коэффициент размножения
6-БАП IAA
Контрольный вариант 1,00 i 0,00 25,1 i 5,2 3,50 i 0,56 3,50 i 0,13
0,5 - 1,02 i 0,23 16,52 i 8,07 3,33 i 0,12 3,36 i 0,11
1,0 - 1,10 i 0,30 33,83 i 2,73 3,89 i 0,36 4,28 i 0,13
1,5 - 1,72 i 0,49 15,94 i 7,08 4,20 i 0,44 7,23 i 0,21
1,5 0,05 2,62 i 0,33 30,30 i 11,12 3,65 i 1,19 9,58 i 0,81
По результатам исследований было установлено, что для культивирования P. tomentosa оптимальной является среда, содержащая 6-БАП в концентрации 1,5 мг/л и IAA (0,05 мг/л). Морфо-метрические показатели достоверно превышали данные, полученные на других вариантах питательных сред (число побегов 2,62, длина побега 30,3 мм, коэффициент размножения 9,58 ± 0,81).
Совместное использование цитокининов и ауксинов способствовало массовому образованию растений-регенерантов (до 12 шт. с одного экс-планта). Аналогичные результаты были получены
Ж
¡2 80 5
% 60
Ü
S 40
Q,
I 20 * 0
Контрольный IAA, 1 мг/л IBA, 1 мг/л вариант
Тип регулятора роста
Рис. 2. Влияние регуляторов роста IAA и IBA на укореняе-
мость павловнии войлочной P. tomentosa Fig. 2. Effect of IAA and IBA growth regulators on rooting of P. tomentosa
S 100
¡5 95
S3
§ 90
1 85
I. 80
75
Торф Торф, перлит, Торф, песок Песок, перлит
песок и дерновая и дерновая
1:1:1 листовая земля листовая земля
1:1:1 1:1:1 Тип почвенного субстрата
Рис. 3. Влияние состава субстрата при адаптации павловнии
войлочной P. tomentosa Fig. 3. Effect of substrate composition during adaptation of P. tomentosa
Инициация Собственно Укоренение Адаптация
размножение
Рис. 4. Стадии клонального микроразмножения павловнии войлочной P. tomentosa Fig. 4. Stages of clonal micropropagation of P. tomentosa
и другими учеными [9, 21]. Повышение концентрации цитокинина (до 2,0 мг/л) приводило к образованию каллуса, который часто способствует сомаклональной изменчивости. Для поддержания генетической стабильности P. tomentosa дальнейшее культивирование проводили на питательной среде MS, с добавлением 1,5 мг/л 6-БАП и 0,05 мг/л IAA.
На этапе укоренения исследовали влияние IAA и IBA на образование корней у регенерантов P. tomentosa (рис. 2).
Установлено, что различия между процентом укореняемости на всех питательных средах статистически значимы. Наибольший процент укореняемости наблюдали на среде 1/2 MS, с добавлением 1,0 мг/л IBA и снижением сахарозы до 20 г/л (99,98 %).
Для адаптации растений павловнии к условиям выращивания ex vitro использовали различные субстраты (рис. 3).
Нами было выявлено положительное влияние легкого субстрата (торф, перлит и песок в соотношении 1:1:1) на приживаемость P. tomentosa (100 %).
Каждые 4 сут. проводили опрыскивание препаратом Эпин-Экстра для полноценного развития растений (рис. 4).
На основе результатов проведенных исследований была оптимизирована технология клональ-ного микроразмножения P tomentosa.
Выводы
Проведенные исследования позволили усовершенствовать методику культивирования in vitro P. tomentosa. Эффективным методом введения в культуру in vitro является стерилизация, состоящая из последовательного применения 2%-го раствора Фундазола (15 мин), 70%-го этанола (0,5 мин), 7%-го гипохлорита кальция (7 мин). Для инициации культуры применение питательной среды MS с добавлением гентами-цина (100 мг/л) показало свою эффективность. Длительность одного пассажа — 7 сут. Частота регенерации — 75 %.
На этапе собственно микроразмножения оптимально применять питательную среду MS с добавлением 1,5 мг/л 6-БАП и 0,05 мг/л IAA. При укоренении эффект был получен от применения
1/2 MS, 1,0 мг/л IBA и 20 г/л сахарозы на формирование корневой системы у эксплантов.
В качестве субстрата при адаптации регенератов в условиях ex vitro оптимальным было применение субстрата из торфа, перлита и песка, смешанных в равных частях, который эффективно влияет на рост и развитие растений.
Таким образом, разработанная методика клонального микроразмножения дает возможность получить достаточное количество растений для промышленных высадок.
Работа выполнена в рамках Государственного задания ГБС РАН (№ 075- 00745-22-01).
Список литературы
[1] Ткаченко К.Н. Адамово дерево, или царственная пав-ловния // В мире растений, 2013. № 12. С. 26-29.
[2] Owfi R.E. Ecophysiological study ofPaulownia tomentosa // International J. of Current Research, 2021, v. 9 (12), pp. 63582-63591.
[3] Paulownia tomentosa (Thunb.) Steud. in Flora of China. URL: http://www.efloras.org/
florataxon.aspx?flora_id=2&taxon_id=200020800 (дата обращения 29.11.2023).
[4] Salkic B., Salkic A., Keran H., Nocajevic S., Salkic E., Imsirovic E. Production of Seedlings of Fast - Growth Tree of Paulownia elongata S. Y. Hu // New Perspectives in Agriculture and Crop Science, 2018, v. 1, pp. 1-8. DOI: 10.9734/bpi/npacs/v1
[5] Taxonomic Information on Cultivated Plants in GRIN-Global. URL: https://www.nordic-baltic-genebanks.org/gringlobal/taxon/abouttaxonomy?language =en&chapter=intro (дата обращения 29.11.2023).
[6] Jakubowski M. Cultivation potential and uses of paulownia wood: a review // Forests, 2022, v. 13 (5), pp. 1-15. https://doi.org/10.3390/f13050668
[7] Жиренко Д.И., Мезенцева Д.Д. Использование павловнии войлочной для озеленения населенных пунктов // Консолидация интеллектуальных ресурсов как фундамент развития современной науки: сб. статей V Международной научно-практической конференции, Петрозаводск, 26 августа 2021 г. Петрозаводск: Новая Наука, 2021. С. 77-80. ID: 46486011.
[8] Фирсов Г.А. Древесные экзоты и аборигены и изменения теплообеспеченности в Санкт-Петербурге // Бюллетень Главного ботанического сада, 2021. № 1. С. 30-39.
[9] Pasiecznik N. Paulownia tomentosa (paulownia): CABI Compendium. CABI International. URL: https:// www.cabidigitallibrary.org/doi/10.1079/cabicompendi-um.39100 (дата обращения 24.10.2022).
[10] Icka P., Damo R., Icka E. Paulownia Tomentosa, a Fast Growing Timber // Annals «Valahia» University of Targoviste — Agriculture, 2016, v. 10(1), pp. 14-19. D0I:10.1515/AGR-2016-0003.
[11] Qu F.J., Zhang X.Z., Yao M., Yang L., Chen H., Gong J., Ni S.F. The progress of pharmaceutical research on Paulownia Sieb. et Zuec // J. of Anhui Agricultural Sciences, 2011, v. 39 (32), pp. 19809-19810.
[12] He T., Vaidya B., Perry Z., Parajuli P., Joshee N. Paulownia as a Medicinal Tree: 204 Traditional Uses and Current Advances // J. of Medicinal Plants, 2016, v. 14(1),
pp. 1-15. DOI: 10.9734/EJMP/2016/25170.
[13] Chunchukov A., Yancheva S. Micropropagation of Paulownia species and hybrids // First National Conference of Biotechnology, 2014, v. 100 (4), pp. 223-230.
[14] Павловния в России. URL: https://paulownia-russia.com/ paulownia-in-russia-guide. (дата обращения 28.11.2023).
[15] Stepchich A. Environmental Aspects in Cultivation of Paulownia in Bulgaria. Book of Proceedings // VIII Int. Sci. Agriculture Symp. «Agrosym 2017», Jahorina, October 5-8, 2017 / Ed. D. Kovacevic. East Sarajevo: Faculty of Agriculture, 2017, pp. 1704-1709.
[16] Тыщенко Е.Л., Якуба Ю.Ф. Павловния войлочная как биоиндикатор степени загрязненности почв // Плодоводство и виноградство Юга России, 2014. № 26 (02). С. 18-27.
[17] Koman S. Quality characteristics of the selected variant of Paulownia tomentosa (Robust4) wood cultivated in Hungary // Maderas-Cienc Tecnol, 2022, v. 25, pp. 1-13. D0I:10.4067/S0718-221X2023005XXXXXX
[18] Rai A.K., Singh S.P., Luxmi C., Savita G. Paulownia for-tunei — а new fiber source 230 for pulp and paper // Indian Pulp Pap Tech Assoc, 2000, v. 12, pp. 51-56.
[19] Шурганов Б.В., Мишуткина Я.В., Нескородов Я.Б. Разработка эффективной системы регенерации Paulownia Shan Tong (P. fortunei x P. tomentosa) // Вестник Российского университета дружбы народов. Серия: Агрономия и животноводство, 2015. № 3. С. 47-55.
[20] Газизуллин А.Х. Современное состояние лесной биотехнологии в мире и в России // Вестник Казанского государственного аграрного университета, 2012. Т. 7. № 4(26). С. 94-98.
[21] Иванова А.В. Механизм стимулирования спроса на инновационные продукты лесных биотехнологий // Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика, 2017. № 1. С. 406-410
[22] Paulownia Pao Tong Z07 (Fortunei x Tomentosa x Kawaka-mi) «Superhybrid». URL: https://paulownia.pro/en/pau-lownia-pao-tong-z07 (дата обращения 29.11.2023).
[23] Ветчинкина Е.М., Ширнина И.В., Ширнин С.Ю., Мол-канова О.И. Сохранение редких видов растений в генетических коллекциях in vitro // Вестник Российского государственного университета им. И. Канта, 2012. № 7. С. 109-118.
[24] Chunchukov A., Yancheva S. Micropropagation of Paulownia species and hybrids // First National Conference of Biotechnology, Sofia, 2014, v. 100, book 4, pp. 223-230.
[25] Мурсалиева В.К., Нам С.В., Кожебаева Ж.С., Муханов Т.М., Иманбаева А.А. Микроклональное размножение редких видов и коллекционных растений Мангышлак-ского экспериментального ботанического сада. Алма-ты, 2020. С. 4-6.
[26] Clapa D., Fira A. Buduroi D., Simu M., Balcu Vasu L., Buduroi D. Improved in vitro propagation of Paulownia elongata, P. fortunei and its interspecific hybrid P. elongata x P. fortunei // Agricultural and Food Sciences, 2014, v. 74 (1), pp. 7-14.
DOI: https://doi.org/10.15835/buasvmcn-hort9732
[27] Жарасова Д.Н., Толеп Н.А.. Микроклональное размножение павловнии войлочной // Проблемы ботаники Южной Сибири и Монголии, 2022, Т. 21. № 1. C. 125-132.
[28] Shtereva L., Vassilevska-Ivanova R., Karceva T., Kraptchev B. Micropropagation of six Paulownia genotypes through tissue culture // J. of Central European Agriculture, 2014, v. 15 (4), pp. 147-156.
[29] Dimрs R.C, С^^^т G., Рrаkаsh RK. High йэддапсу аdvеntitiоus shооt rеgеnеrаtiоn from ехсisеd lеаvеs оf Раulоwniа sрр. raltm^d in vitr-о // Р1ай. СеИ Rероrts, 1996, v. 16, pp. 204-209.
[30] ^kti Z., Altinkut А., Kаzаn K., Bаjrоviс K., Gоzukirmizi N. High йщшпсу ркМ rеgеnеrаtiоn from по<Ш ехрlаnts оf Раulоwniа еlоngаtе // Р!ай bk>l., 2001, no. 3, pp. 113-115.
[31] Yang J.C., Chang S.H., Ho C.K. Micropropagation of Paulownia tаiwаniаnа from maturtissues // Ann. Sci. For., 1989, v. 46, pp. 165-167.
[32] Bergmann BA., Moon H.-K. In vitro adventitious shoot production inPaulownia // Plant Cell Reports, 1997, v. 16, pp. 315-319.
[33] Бутeнкo Р.Г. Культуpa изoлиpoвaнных ткaнeй и физиз-лoгия мopфoгeнeзa pacTeHm. М.: HayKa, 1964. 272 c.
[34] Murashige T., Skoog F. A revised medium for rapid growth and bio assays with tobacco tissue cultures // Plant Physiology, 1962, v. 15, pp. 473-497.
Сведения об авторах
[35] Калашникова Е.А. Влияние факторов гормональной и негормональной природы на морфогенетический потенциал интактных растений пшеницы в культуре in vitro // Сельскохозяйственная биотехнология, 2000. Т. 2. С. 71-80.
[36] Молканова О.И., Горбунов Ю.Н., Ширнина И.В., Егорова Д.А. Применение биотехнологических методов для сохранения генофонда редких видов растений // Ботанический журнал, 2020. Т. 105 (6). С. 610-619.
Ширнина Ирина Васильевна — науч. сотр. лаборатории биотехнологии растений, ФГБУН «Главный ботанический сад имени Н.В. Цицина Российской академии наук», ishirnina@list.ru
Молканова Ольга Ивановнаи — канд. с.-х. наук, вед. науч. сотр., заведующий лабораторией биотехнологии растений, ФГБУН «Главный ботанический сад имени Н.В. Цицина Российской академии наук», molkanova@mail.ru.
Якимова Ольга Сергеевна — инженер лаборатории биотехнологии растений, ФГБУН «Главный ботанический сад имени Н.В. Цицина Российской академии наук», yakimova@mail.ru.
Семенова Дарья Александровна — мл. науч. сотр. лаборатории биотехнологии растений, ФГБУН «Главный ботанический сад имени Н.В. Цицина Российской академии наук», dariaegor11@gmail.com.
Поступила в редакцию 20.01.2023.
Одобрено после рецензирования 19.05.2023.
Принята к публикации 21.12.2023.
FEATURES OF PAULOWNIA TOMENTOSA CLONAL PROPAGATION
I.V. Shirnina, O.I. Molkanova®, O.S. Yakimova, D.A. Semenova
The N.V. Tsitsin Main Botanical Garden of the Russian Academy of Sciences, 4, Botanicheskaya st., 127276, Moscow, Russia molkanova@mail.ru
Paulownia tomentosa (Thunb.) Steud. is a perennial tall and fast-growing deciduous plant with very large leaves and beautiful fragrant inflorescences, consisting of pale purple flowers. In North America, Europe and Asia it is used as a valuable garden and park plant. The technology of clonal micropropagation, including obtaining a sterile culture, propagation of regenerated plants, their following rooting and adaptation ex vitro, has been optimized for this species. During sterilization of vegetative buds, the optimal result was achieved by using calcium hypochlorite at a concentration of 7 %. The duration of exposure was 7 minutes. The optimal culture medium at the stage of micropropagation was MS (Murashige and Skoog, 1962) supplemented with 1,5 mg/L 6-BAP and 0,05 mg/L IAA. The multiplication rate was 9,58 ± 0,81. The regenerants most successfully rooted on 1/2 MS culture medium containing 1,0 mg/L IBA and 20,0 g/L sucrose. The maximum survival rate of P. tomentosa (100 %) obtained on a substrate consisting of peat, perlite and sand in a 1:1:1 ratio. The developed technology is the basis for obtaining homogenous planting material.
Keywords: Paulownia tomentosa (Thunb.) Steud., micropropagation, plant growth regulators, rooting, adaptation
Suggested citation: Shirnina I.V., Molkanova O.I., Yakimova O.S., Semenova D.A. Osobennosti klonal'nogo razmnozheniya pavlovnii voylochnoy (Paulownia tomentosa) [Features of Paulownia tomentosa clonal propagation]. Lesnoy vestnik / Forestry Bulletin, 2024, vol. 28, no. 1, pp. 89-96. DOI: 10.18698/2542-1468-2024-1-89-96
References
[1] Tkachenko K.N. Adamovo derevo, ili tsarstvennayapavlovniya [Adam's tree, or royal paulownia]. V mire rasteniy [In the world of plants], 2013, no. 12, pp. 26-29.
[2] Owfi R.E. Ecophysiological study of Paulownia tomentosa. International J. of Current Research, 2021, v. 9 (12), pp. 6358263591.
[3] Paulownia tomentosa (Thunb.) Steud. in Flora of China. Available at: http://www.efloras.org/florataxon.aspx?flora_id=2&tax-on_id=200020800 (accessed 29.11.2023).
[4] Salkic B., Salkic A., Keran H., Nocajevic S., Salkic E., Imsirovic E. Production of Seedlings of Fast - Growth Tree of Paulownia elongata S. Y. Hu. New Perspectives in Agriculture and Crop Science, 2018, v. 1, pp. 1-8. DOI: 10.9734/bpi/npacs/v1
[5] Taxonomic Information on Cultivated Plants in GRIN-Global. Available at: https://www.nordic-baltic-genebanks.org/grin-global/taxon/abouttaxonomy?language=en&chapter=intro (accessed 29.11.2023).
[6] Jakubowski M. Cultivation potential and uses of paulownia wood: a review. Forests, 2022, v. 13 (5), pp. 1-15. https://doi.org/10.3390/f13050668
[7] Zhirenko D.I., Mezentseva D.D. Ispol'zovaniye pavlovskoy voylochnoy dlya ozeleneniya naselennykh punktov [Use of tomen-tose paulownia for landscaping of populated areas]. Konsolidatsiya intellektual'nykh resursov kak fundament razvitiya sovre-mennoy nauki: sb. statey V Mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii [Consolidation of intellectual resources as the foundation for the development of modern science. Collection of articles of the V International scientific and practical conference]. Petrozavodsk, 2021, pp.77-80.
[8] Firsov G.A. Drevesnye ekzoty i aborigeny i izmeneniya teploobespechennosti v Sankt-Peterburge [Tree exotics and natives and changes in heat supply in St. Petersburg]. Byulleten' Glavnogo botanicheskogo sada [Bulletin of the Main Botanical Garden], 2021, no. 1, pp. 30-39.
[9] Pasiecznik N. Paulownia tomentosa (paulownia): CABI Compendium. CABI International. Available at: https://www.cabi-digitallibrary.org/doi/10.1079/cabicompendium.39100 (accessed 24.10.2022).
[10] Icka P., Damo R., Icka E. Paulownia Tomentosa, a Fast Growing Timber. Annals «Valahia» University of Targoviste — Agriculture, 2016, v. 10(1), pp. 14-19. DOI:10.1515/AGR-2016-0003
[11] Qu F.J., Zhang X.Z., Yao M., Yang L., Chen H., Gong J., Ni S.F. The progress of pharmaceutical research on Paulownia Sieb. et Zuec. J. of Anhui Agricultural Sciences, 2011, v. 39 (32), pp. 19809-19810.
[12] He T., Vaidya B., Perry Z., Parajuli P., Joshee N. Paulownia as a Medicinal Tree: 204 Traditional Uses and Current Advances. J. of Medicinal Plants, 2016, v. 14(1), pp. 1-15. DOI: 10.9734/EJMP/2016/25170
[13] Chunchukov A., Yancheva S. Micropropagation of Paulownia species and hybrids. First National Conference of Biotechnology, 2014, v. 100 (4), pp. 223-230.
[14] Pavlovniya v Rossii [Pavlovnia in Russia]. Available at: https://paulownia-russia.com/paulownia-in-russia-guide. (accessed 28.11.2023).
[15] Stepchich A. Environmental Aspects in Cultivation of Paulownia in Bulgaria. Book of Proceedings. VIII Int. Sci. Agriculture Symp. «Agrosym 2017», Jahorina, October 5-8, 2017 / Ed. D. Kovacevic. East Sarajevo: Faculty of Agriculture, 2017, pp. 1704-1709.
[16] Tyshchenko E.L., Yakuba Yu.F. Pavlovniya voylochnaya kak bioindikator stepeni zagryaznennostipochv [Paulownia tomentosa as a bioindicator of the degree of soil contamination]. Plodovodstvo i vinogradstvo Yuga Rossii [Fruit growing and viticulture of the South of Russia], 2014, no. 26 (02), pp. 18-27.
[17] Koman S. Quality characteristics of the selected variant of Paulownia tomentosa (Robust4) wood cultivated in Hungary. Maderas-Cienc Tecnol, 2022, v. 25, pp. 1-13. DOI:10.4067/S0718-221X2023005XXXXXX
[18] Rai A.K., Singh S.P., Luxmi C., Savita G. Paulownia fortunei — a new fiber source 230 for pulp and paper. Indian Pulp Pap Tech Assoc, 2000, v. 12, pp. 51-56.
[19] Shurganov B.V., Mishutkina Ya.V., Neskorodov Ya.B. Razrabotka effektivnoy sistemy regeneratsii Paulownia Shan Tong (P. fortunei x P. tomentosa) [Development of an effective regeneration system for Paulownia Shan Tong (P. fortunei x P. tomentosa)]. Vestnik Rossiyskogo universiteta druzhby narodov. Seriya: Agronomiya i zhivotnovodstvo [Bulletin of the Russian Peoples' Friendship University. Series: Agronomy and Animal Husbandry], 2015, no. 3, pp. 47-55.
[20] Gazizullin A.Kh. Sovremennoe sostoyanie lesnoy biotekhnologii v mire i v Rossii [Current state of forest biotechnology in the world and in Russia]. Vestnik Kazanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta [Bulletin of the Kazan State Agrarian University], 2012, t. 7, no. 4(26), pp. 94-98.
[21] Ivanova A.V. Mekhanizm stimulirovaniya sprosa na innovatsionnye produkty lesnykh biotekhnologiy [Mechanism for stimulating demand for innovative products of forest biotechnologies]. Aktual'nye napravleniya nauchnykh issledovaniy XXI veka: teoriya i praktika [Current directions of scientific research of the XXI century: theory and practice], 2017, no. 1, pp. 406-410.
[22] Paulownia Pao Tong Z07 (Fortunei x Tomentosa x Kawakami) «Superhybrid». Available at: https://paulownia.pro/en/paulow-nia-pao-tong-z07 (accessed 29.11.2023).
[23] Vetchinkina E.M., Shirnina I.V., Shirnin S.Yu., Molkanova O.I. Sokhranenie redkikh vidov rasteniy v geneticheskikh kollekt-siyakh in vitro [Preservation of rare plant species in genetic collections in vitro]. Vestnik Rossiyskogo gosudarstvennogo universiteta im. I. Kanta [Bulletin of the Russian State University. I. Kanta], 2012, no. 7, pp. 109-118.
[24] Chunchukov A., Yancheva S. Micropropagation of Paulownia species and hybrids. First National Conference of Biotechnology, Sofia, 2014, v. 100, book 4, pp. 223-230.
[25] Mursaliyeva V.K., Nam S.V., Kozhebayeva ZH.S., Mukhanov T.M., Imanbayeva A.A. Mikroklonal'noye razmnozheniye redkikh vidov i kollektsionnykh rasteniy Mangyshlakskogo eksperimental'nogo botanicheskogo sada [Microclonal propagation of rare species and collection plants of the Mangyshlak experimental botanical garden]. Almaty, 2020, p. 4-6.
[26] Clapa D., Fira A. Buduroi D., Simu M., Balcu Vasu L., Buduroi D. Improved in vitro propagation of Paulownia elongata, P. fortunei and its interspecific hybrid P. elongata x P. fortunei. Agricultural and Food Sciences, 2014, v. 74 (1), pp. 7-14. DOI: https://doi.org/10.15835/buasvmcn-hort9732
[27] Zharasova D.N., Tolep N.A.. Mikmklonal 'noye razmnozheniyepavlovnii voylochnoy [Microclonal propagation ofPaulownia tomentosa]. Problemy botanikov Yuzhnogo Sibiri i Mongolii [Problems of botany in Southern Siberia and Mongolia], 2022, v. 21, no. 1, pp. 125-132.
[28] Shtereva L., Vassilevska-Ivanova R., Karceva T., Kraptchev B. Micropropagation of six Paulownia genotypes through tissue culture. J. of Central European Agriculture, 2014, v. 15 (4), pp. 147-156.
[29] Dimps R.C., Chong-Jin G., Prakash P.K. High frequency adventitious shoot regeneration from excised leaves of Paulownia spp. cultured in vitro. Plant. Cell Reports, 1996, v. 16, pp. 204-209.
[30] Ipekci Z., Altinkut A., Kazan K., Bajrovic K., Gozukirmizi N. High frequency plant regeneration from nodal expiants of Paulownia elongate. Plant biol., 2001, no. 3, pp. 113-115.
[31] Yang J.C., Chang S.H., Ho C.K. Micropropagation of Paulownia taiwaniana from maturtissues. Ann. Sci. For., 1989, v. 46, pp. 165-167.
[32] Bergmann B.A., Moon H.-K. In vitro adventitious shoot production in Paulownia. Plant Cell Reports, 1997, v. 16, pp. 315-319.
[33] Butenko R.G. Kul 'tura izolirovannykh tkaney i fiziologiya morfogeneza rasteniy [Culture of isolated tissues and physiology of plant morphogenesis]. Moscow: Nauka, 1964, 272 p.
[34] Murashige T., Skoog F. A revised medium for rapid growth and bio assays with tobacco tissue cultures. Plant Physiology, 1962, v. 15, pp. 473-497.
[35] Kalashnikova E.A. Vliyanie faktorov gormonal'noy i negormonal'noy prirody na morfogeneticheskiy potentsial intaktnykh rasteniy pshenitsy v kul 'ture in vitro [Influence of factors of hormonal and non-hormonal nature on the morphogenetic potential of intact wheat plants in in vitro culture]. Sel'skokhozyaystvennaya biotekhnologiya [Agricultural biotechnology], 2000, t. 2, pp. 71-80.
[36] Molkanova O.I., Gorbunov Yu.N., Shirnina I.V., Egorova D.A. Primenenie biotekhnologicheskikh metodov dlya sokhraneniya genofonda redkikh vidov rasteniy [Application of biotechnological methods for preserving the gene pool of rare plant species]. Botanicheskiy zhurnal [Botanical Journal], 2020, t. 105 (6), pp. 610-619.
The work was carried out within the framework of the State assignment of the GBS RAS (No. 075-00745-22-01).
Authors' information
Shirnina Irina Vasil'evna — Researcher of Plant Biotechnology Laboratory, Tsitsin Main Botanical Garden of the Russian Academy of Sciences, ishirnina@list.ru
Molkanova Ol'ga IvanovnaH — Cand. Sci. (Agriculture), Leading researcher, Head of Plant Biotechnology Laboratory, Tsitsin Main Botanical Garden of the Russian Academy of Sciences, molkanova@mail.ru.
Yakimova Ol'ga Sergeevna — Engineer of Plant Biotechnology Laboratory, Tsitsin Main Botanical Garden of the Russian Academy of Sciences, yakimova@mail.ru.
Semenova Daria Aleksandrovna — Junior researcher of Plant Biotechnology Laboratory, Tsitsin Main Botanical Garden of the Russian Academy of Sciences, dariaegor11@gmail.com.
Received 20.01.2023. Approved after review 19.05.2023. Accepted for publication 21.12.2023.
Вклад авторов: все авторы в равной доле участвовали в написании статьи Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов
Authors' Contribution: All authors contributed equally to the writing of the article The authors declare that there is no conflict of interest
