ПРИМЕНЕНИЕ БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ДЛЯ СОХРАНЕНИЯ ФЛОРЫ СИБИРСКОГО ФЕДЕРАЛЬНОГО ОКРУГА Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ НАУКИ

УДК 502.75(571.1/.5)

ПРИМЕНЕНИЕ БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ДЛЯ СОХРАНЕНИЯ ФЛОРЫ СИБИРСКОГО ФЕДЕРАЛЬНОГО ОКРУГА

Дышлюк Любовь Сергеевна,

кандидат биологических наук, доцент кафедры бионанотехнологии

Веснина Анна Дмитриевна,

магистрант

Дмитриева Анастасия Игоревна,

кандидат технических наук, научный сотрудник

Милентьева Ирина Сергеевна,

кандидат технических наук, доцент кафедры бионанотехнологии

Величкович Наталья Сергеевна,

кандидат технических наук, доцент кафедры бионанотехнологии Кемеровский государственный университет (г. Кемерово)

Сохранение биоразнообразия является приоритетной задачей мирового масштаба, и биотехнологические методы играют важную роль в этом направлении за счёт создания новых и улучшения традиционных методов сохранения биоресурсов. Для сохранения и воспроизводства редких, вымирающих и лекарственных видов растений, создания альтернативных растительных источников биологически активных веществ актуально использовать методы микроклонального размножения. В данной статье приводится алгоритм работы по получению растений-регенерантов.

Ключевые слова: сохранение биоразнообразия, каллус, суспензионные клетки, растения, Сибирский федеральный округ.

BIOTECHNOLOGICAL METHODS APPLIED FOR THE FLORA CONSERVATION IN THE SIBERIAN FEDERAL DISTRICT

Dyshlyuk Lyubov Sergeevna,

Sc. D. of Biological Sciences, Associate Professor of the Department ofBionanotechnology

Vesnina Anna Dmitrievna,

graduate student

Dmitrieva Anastasia Igorevna,

Ph. D. of Technical Sciences, Research Associate

Milentieva Irina Sergeevna,

Ph. D. of Technical Sciences, Associate Professor, the Department of Bionanotechnology

Velichkovich Natalia Sergeevna,

Ph. D. of Technical Sciences, Associate Professor, the Department of Bionanotechnology

Kemerovo State University (Kemerovo)

Conservation of biodiversity is a global priority, and biotechnological methods play an important role in this direction by creating new methods and improving traditional ones for the conservation of bioresources. It is important to use methods of microclonal reproduction to preserve and reproduce rare, endangered and medicinal plant species, and to create alternative plant sources of biologically active substances. This paper presents an algorithm for obtaining regenerating plants.

Key words: biodiversity conservation, callus, suspension cells, plants, Siberian Federal district.

Потеря биоразнообразия является важной мировой проблемой. В основном сокращение представителей флоры и фауны связано с антро-

погенным воздействием, а именно: с чрезмерной эксплуатацией земель, вырубкой лесов, со строительством городов, дорог и т. п., а также с

ухудшающейся экологической обстановкой [1]. Важной проблемой является и массовая заготовка, в том числе незаконное изъятие полезных растений, применяемых для изготовления лекарств, а также используемых в парфюмерной, косметической и пищевой промышленности. В результате такого бездумного и нерационального подхода к природным ресурсам многие виды растений могут оказаться под угрозой исчезновения.

Территория Сибирского федерального округа (СФО) богата полезными растениями, использующимися как в народной медицине, так и в фитотерапии [2], например, такими как тимьян обыкновенный (Thymus vulgaris L.), медуница лекарственная (Pulmonaria officinalis L.), таволга вязолистная (Filipendula ulmaria L.), тысячелистник обыкновенный (Achillea millefolium L.), сибирские ягоды - черёмуха кистевая (Prunus padus L.), клюква обыкновенная (Vaccinium oxycoccos L) и т. д. [3; 4; 5]. Незаконные и/или большие изъятия данных растений, а также негативные факторы окружающей среды влияют на рост и развитие данных представителей флоры. В связи с этим актуальными являются методы достижения высокой урожайности лекарственных растений и получения растительного сырья хорошего качества. Важным становится также и поиск альтернативных растительных источников для извлечения из них биологически активных веществ (БАВ).

Сегодня широко используются биотехнологические достижения в области сохранения растений, произрастающих в естественной для них природной среде. Прежде всего к ним относится метод микроклонального размножения invitro. Микроклональное размножение является альтернативой традиционным методам размножения, так как позволяет получить генетически однородный посадочный материал без вирусного, грибкового и бактериального заражения, имеющий высокий коэффициент размножения; причём получать данный материал можно в течение всего года, независимо от климатических условий [6].

Среди всех типов клонального микроразмножения особую роль играет образование каллуса и суспензий клеток. Данный метод опирается на способности клеток экспланта к дедифференцировке и тотипотентности, в результате чего можно получать растения-регенеранты.

Изучив научную базу по данной тематике (см., напрмиер: [6, 7, 8]), авторы составили схему получения растений-регенерантов методом микроклонального размножения, представленную на рисунке, расположенном ниже.

На I этапе осуществляется подготовка растения к изолированию экспланта, выбор и стерилизация экспланта и его посадка на питательную среду, богатую минералами, сахара-ми, гормонами и антиоксидантами. На II этапе происходит размножение на твёрдой питательной среде, дополнительно обогащённой специализированными гормонами. На III этапе осуществляется ризогенез микропобегов путём пересадки на гормональные питательные среды нового состава. Затем на IV этапе происходит адаптация ризогенного побега в стерильном грунте в искусственных условиях. Заключительный V этап состоит из высадки растений в открытый грунт. Процесс (1) относится к получению растения-регенеранта методом активации развития существующих меристем, процесс (2) относится к методу получения каллуса с последующим образованием побегов, в процессе (3) используют суспензионные культуры клеток, полученные путём внесения каллуса на жидкую питательную среду, с последующим образованием каллуса уже на агаризованной среде.

Помимо использования каллусов и суспензионной культуры клеток для получения рас-тений-регенерантов данное биотехнологическое сырьё можно использовать как источник БАВ. Активные вещества можно применять как отдельную биологически активную добавку, а также как компонент в функциональном продукте питания [9].

Общая схема по получению растений-регенерантов с помощью методов микроклонального размножения

В данной работе рассматривались растения Сибирского федерального округа, БАВ которых обладают геропротекторными свойствами, в связи с чем является актуальным использование биотехнологических методов для получения биообъектов - источников химических веществ. Некоторые из данных растений представлены в нижеследующей таблице.

Улучшение здоровой продолжительности жизни является актуальным направлением в современной медицине. Сбалансированное по всем необходимым нутриентам питание для старшего поколения является одним из важных составляющих увеличения здоровой продолжительности жизни. Так, систематическое употребление обогащённых функциональных продуктов способствует «здоровому старению» путём замедления и профилактики возникновения возрастных патологий (диабета 2-го типа, нейродегенеративных и сердечно-сосудистых заболеваний, рака, разного рода воспалений) [15]. Для обогащения рациона питания необходимы БАВ, выде-

ляемые из лекарственных растений путём экстракции, а потому для сохранения биоразнообразия важно применять биотехнологические методы.

Для реализации биотехнологических методов необходимо преодолеть ряд сложностей, встречающихся при получении посадочного материала - альтернативного источника БАВ - методами микроклонального размножения. Эти сложности заключаются в следующем:

- в подготовке растений и выборе экспланта;

- в подборе стерилизующего агента для экс-плантов;

- в подборе оптимального состава питательной среды;

- в подборе фитогормонов и регуляторов роста.

Преодоление данных трудностей способствует получению чистых культур дикорастущих растений, следовательно, биосырья для извлечения БАВ, применяемых в изготовлении функциональных продуктов питания геродие-тического направления.

Перечень растений, содержащих БАВ, имеющие геропротекторные свойства, и условия для их выращивания методом invitro

Растение Стерилизация эксплантов Питательная среда БАВ Литературный источник

Тимьян обыкновенный (Thymus vulgaris L.) Последовательная стерилизация 70 % этанолом, а затем раствором препарата «ДезТаб» Мурасиге и Скуга с кинетином и гибберелловой кислотой Монотерпены и монотерпеновые углеводороды, фенолы, эфирные масла [10; 11; 12]

Медуница лекарственная (Pulmonaria officinalis L.) Мурасиге и Скуга с тидиазуроном Фенолы: кверцетин, рутин, кэмпферол, гиперозид, галловая кислота, п-кумаровая кислота, кофейная кислота, феруловая кислота, розмариновая кислота, хлорогеновая кислота, лютеолин, апигенин [13; 14]

Библиографический список

1. Сокращение биоразнообразия. URL: https://ecoportal.info/sokrashhenie-bioraznoobraziya/ (дата обращения: 02.07.2020).

2. Дышлюк Л. С. Перспективы использования растительного сырья СФО как источника БАВ с геропротекторными свойствами // Актуальные направления научных исследований: технологии, качество и безопасность: сборник материалов Национальной (Всероссийской) конференции. Кемерово, 2020. С. 6-7.

3. Гражданников А. Е., Комаров Н. И., Нечепуренко И. В. Разработка методов контроля качества лекарственных препаратов из растений флоры Сибири как составляющая часть стратегии лекарственной безопасности // СИББЕЗОПАС-НОСТЬ-СПАССИБ. 2010. № 1. С. 181-183.

4. Некратова А. Н. Лекарственные растения Сибири, применяемые в гомеопатии // Вестник ИРГСХА. 2013. № 58. С. 51-55.

5. Горбунов А. Б. Интродукция малораспространённых плодовых и ягодных растений Сибири для использования в качестве функциональных продуктов питания // Вестник Новосибирского государственного аграрного университета. 2018. № 4 (49). С. 62-73.

6. Тимофеева О. А., Невмержицкая Ю. Ю. Клональное микроразмножение растений: учебно-методическое пособие. Казань: Казанский университет. 2012. 56 с.

7. Coelho N, Gonjalves S, Romano A. Endemic Plant Species Conservation: Biotechnological Approaches // Plants (Basel). 2020. № 9(3). P. 345.

8. Демидчик В. В., Черныш М. А., Дитченко Т. И. [и др.] Микроклональное размножение растений // Наука и инновации. 2019. № 6 (196). С. 4-11.

9. Иванова С. А., Милетьева И. С., Асякина Л. К. [и др.] Использование биологически активных веществ лекарственных растений Сибири в функциональных напитках на основе молочной сыворотки // Техника и технология пищевых производств. 2019. № 1. С. 14-22.

10. Тевфик А. Ш., Егорова Н. А. Загорская М. С. Особенности морфогенеза эксплантов тимьяна обыкновенного на первом этапе клонального микроразмножения // Таврический вестник аграрной науки. 2018. № 2 (14). С. 118-127.

11. Тевфик А. Ш., Егорова Н. А. Влияние условий культивирования и гормонального состава питательной среды на микроразмножение invitro тимьяна обыкновенного // Таврический вестник аграрной науки. 2019. № 1 (17). С. 93102.

12. Ярош А. М., Тонковцева В. В., Батура И. А. [и др.]. Влияние эфирного масла тимьяна обыкновенного на психоэмоциональное состояние и умственную работоспособность людей пожилого возраста // Бюллетень Государственного Никитского ботанического сада. 2019. № 131. С. 102-110.

13. Park H. Y, Kim D. H, Saini R. K, Gopal J., Keum Y. S., Sivanesan I. Micropropagation and Quantification of Bioactive Compounds in Mertensia maritima (L.). Gray. Int J Mol Sci., 2019. № 20(9). 2141 p.

14. Neagu, E., Radu, G. L., Albu, C., Paun, G. Antioxidant activity, acetylcholinesterase and tyrosinase inhibitory potential of Pulmonaria officinalis and Centarium umbellatum extracts // Saudi journal of biological sciences. 2018. № 25(3). P. 578585.

15. Marsman D., Belsky D. W., Gregori D., Johnson M. A., Low Dog T., Meydani S., et all. Healthy ageing: the natural consequences of good nutrition-a conference report // European journal of nutrition. 2018. № 57(2). P. 15-34.

Исследование выполнено при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования РФ (проект

FZSR-2020-0006 «Скрининг биологически активных веществ растительного происхождения, обладающих геропротекторными свойствами, и разработка технологии получения нутрицевтиков, замедляющих старение»).

© Дышлюк Л. С., Веснина А. Д., Дмитриева А. И., Милентьева И. С., Величкович Н. С., 2020