CC BY
17УДК 528.916.16:575.1/.02.082
Сохранение достижений отечественной и зарубежной селекции сирени в банке меристем
ГБС РАН
Королева О.В., Молканова О.И.
Главный ботанический сад им. Н.В. Цицина Российской академии наук, Москва, Россия,
elaem@yandex.ru
Аннотация: Мировой ассортимент сирени включает несколько тысяч сортов и гибридов, находящихся в экспозициях ботанических садов, а также в питомниках и частных коллекциях. Биотехнологические методы являются альтернативным способом сохранения ценных таксонов в полевых условиях. В банке меристем ГБС РАН находится одна из наиболее представительных коллекций рода Syringa L., включающая в себя наиболее значимые достижения отечественной и зарубежной селекции. Помимо всемирно известных сортов в генобанке содержатся сорта и перспективные гибриды собственной селекции. Около 100 сортов находятся на массовом микроразмножении. Часть генотипов сохраняется в условиях замедленного роста (период хранения достигает до 3 лет). Ведется разработка протокола криосохранения растительного материала сирени.
Ключевые слова: Syringa, сирень, генобанк, in vitro сохранение, криосохранение
Conservation of achievements of native and foreign lilac breeding in the bank of meristems of
MBG RAS
Koroleva O.V., Molkanova O.I.
Tsitsin Main Botanical Garden of Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia
elaem@yandex.ru
Summary: The world assortment of lilacs includes of several thousands of cultivars and hybrids, situated in expositions of botanical gardens, in nurseries and private collections. Biotechnological techniques are the alternative method of conservation of valuable taxa in field genebanks. MBG RAS has one of the most representative banks of the genus Syringa L. meristems including the most significant achievement of native and foreign lilac breeding. It includes not only the world-famous cultivars but also promising varieties of the Laboratory own breeding. About 100 genotypes are mass micropropagated. Part of the in vitro lilac collection is preserved in slow growth conditions (conservation period is up to 3 years). The protocol of cryo-conservation of lilac plant material is under development.
Keywords: Syringa, lilac, genebank, in vitro conservation, cryo-conservation
Введение. Международный реестр сортов сирени на сегодняшний день насчитывает более 2600 образцов. Все это многообразие рассредоточено по коллекциям ботанических садов, частных садов и питомников. Крупнейшие в России сирингарии находятся в НОЦ «Ботанический сад НИУ «БелГУ» (более 300 таксонов), Южно-Уральском ботаническом саду-институте - ОСП ФГБУН УНЦ РАН (260 таксонов), ФГБУН Главном Ботаническом саду им. Н.В. Цицина РАН (около 200 таксонов) и Ботаническом саду биологического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова (150 таконов). Сохранение ценных видов растений, в том числе декоративных, имеет большое значение для существующих и будущих селекционных программ. Существует два метода сохранения генетического материала растений - in situ и ex situ. В качестве способов сохранения в условиях ex situ выделяют полевые коллекции, банки семян, банки in vitro, крио-банки и банки ДНК, однако не каждый из этих способов подходит для каждого таксона, тем более для вегетативно размножаемых культур [1, 2].
Материал и методы. Традиционным, и в то же время наиболее простым методом поддержания коллекций ценных растений считается их выращивание в полевых условиях. Однако даже при соблюдении всех агротехнических требований состояние растений в полевых коллекциях может ухудшаться, а некоторые образцы и вовсе могут быть утеряны вследствие
неблагоприятных климатических условий, старения растений, повреждений от болезней и вредителей и по ряду других причин. Более того, из-за видовых (сортовых) особенностей многие растения необходимо периодически подвергать реювенилизации. Большинство представителей рода Syringa являются средне- и высокорослыми кустарниками, поэтому для их максимально эффектного представления в экспозиционном участке необходимо достаточно много пространства. Редко когда при создании экспозиций отводят большие площади под одну культуру, поэтому в большинстве сирингариев представлены одна-две, максимум три сотни экземпляров. Вследствие этого, наравне с ведением полевых коллекций используют альтернативные методы сохранения генетического материала растений, такие как in vitro культивирование и криосохранение.
Использование биотехнологических методов позволяет сохранять ценные и редкие генотипы и по необходимости передавать их в ботанические сады, дендрарии и другие коллекции для восполнения или пополнения генофонда. Культивирование растений in vitro широко применяют для массового производства растительного материала, а также для кратко- и среднесрочного хранения. В условиях in vitro экспланты выращивают на различных питательных средах в помещениях с контролируемым температурным и световым режимом. Коллекции, культивируемые в условиях поддержания активного роста микрорастений (из-за чего их необходимо периодически размножать и высаживать на свежие питательные среды) называются активными [3]. Для сокращения трудозатрат на поддержание коллекции, а также минимизации риска потери генетического материала из-за ошибок, контаминации и появления сомаклональных мутаций часть растений сохраняют в условиях замедленного роста, позволяющих беспересадочно культивировать их от нескольких месяцев до нескольких лет.
Результаты и их обсуждение. В лаборатории биотехнологии растений ГБС РАН поддерживается одна из наиболее представительных в России in vitro коллекций рода Syringa. Она насчитывает более 200 сортов и отборных форм, а также образцы 19 видов. В ходе многолетних исследований в лаборатории была оптимизирована методика in vitro культивирования сирени от введения в стерильную культуру до доращивания полученного посадочного материала. В настоящее время ведется работа по оптимизации методик среднесрочного и долговременного сохранения меристем: проводятся исследования по подбору оптимального минерального и гормонального состава питательных сред; также совместно с институтом физиологии растений под руководством Ольги Николаевны Высоцкой проводятся исследования по криосохранению сирени.
В банке меристем лаборатории представлены наиболее значимые достижения отечественной и зарубежной селекции сирени. Поскольку при формировании генобанка акцент делался на сохранении достижений отечественной селекции, большая его часть представлена сортами селекционеров из стран бывшего СССР (Россия, Украина, Казахстан, Республика Беларусь, Латвия). В активной коллекции на сегодняшний день поддерживается около 100 сортов. На массовом микроразмножении находятся следующие сорта (табл.1).
Таблица 1
Представленные в активной коллекции сорта селекционеров из стран бывшего СССР
Страна Автор(-ы) сорта Сорта
Россия Л.А. Колесников 'Алексей Маресьев', 'Андрюша Громов', 'Валентина Гризодубова', 'Галина Уланова,' 'Гастелло', 'Зоя Космодемьянская', 'И.В. Мичурин', 'Изобилие', 'Индия', 'Колхозница', 'Красавица Москвы, 'Красная Москва, 'М.И. 'Калинин', 'Маршал Василевский', 'Мечта', 'Надежда', 'Небо Москвы', 'Олимпиада Колесникова', 'Полина Осипенко', 'Радж Капур', 'Сумерки', 'Шолохов', 'Память о Колесникове', 'Великая Победа'
Россия Н.Л. Михайлов 'Ария, Мулатка', 'Николай Михайлов', 'Нина', 'Скромница', 'Школьница'
Россия Н.К. Вехов 'Память о Вавилове', 'Русская Песня', 'Русь'
Россия Н.С. Сташкевич 'Суворовец'
Россия Н.Д. Костецкий 'Никитская'
Казахстан А.Ф. Мельник 'Лиловая Пирамида', 'Розовая Пирамида'
Казахстан А.Ф. Мельник, В.Г. Рубаник, Б.К. Дягилев 'Антонина Мельник', 'Самал', 'Снежный Ком', 'Хантен-гри'
Украина Л И. Рубцов, В.Г. Жо-голева, Н.А. Ляпунова, В.К. Горб 'Богдан Хмельницкий', 'Огни Донбасса', 'Тарас Бульба'
Украина В.Н. Клименко 'Севастопольский Салют'
Республика Беларусь Н.В. Смольский, В.Ф. Бибикова 'Вера Хоружая', 'Жемчужина', 'Защитникам Бреста', 'Зорька Венера', 'Константин Заслонов', 'Лебедушка', Лунный Свет', 'Минчанка', 'Павлинка', 'Партизанка'
Латвия П. Упитис 'Dobeles Meitene', 'Dobeles Sapnotajs', 'Imants Ziedonis', 'Jaunkalsnavas Nakts', 'Liega', 'Mate Ede Upitis', 'Mazais Princis', 'Tevzeme', 'Vita'
Латвия Л. Карклинш 'Рёг1е'
Из европейской селекции в активной коллекции находятся сорта Лемуана ('Ami Schott', 'Belle de Nancy', 'Buffon', 'Capitaine Baltet', 'Charles Joly', 'Gilbert', 'Jeanne d'Ark', 'Lavoisier', 'Maréchal Lannes', 'Maximovicz', 'Mirabeau', 'Mme Casimir Perier', 'Mme Charles Souchet', 'Mme Lemoine' и др.), О. Гушо ('Aucubaefolia), К. Беллиона ('Prince Wolkonsky'), Д. Э. Маарсе ('G.J. Baardse', 'Peerless Pink', 'Sensation', Flora 1953) и Г. Маарсе ('Primrose'). Из американской селекции в условиях in vitro культивируются сорта Г. Беккера ('Virginia Becker'), У. Кларка ('Fantasy', 'Sweetheart'), Т. Хавемейера ('Glory', 'Lady Lindsay', 'Romance', 'Anne Shiach'), А. Гранта ('Rochester'), Х. Клагер ('Anna', 'Dresden', 'China'), Э. Стоун ('Anna Nickles') и У.Э. Ламмертс ('Lavender Lady') и некоторых других селекционеров. Также в генетическом банке представлено несколько канадских сортов селекции С. Патерсон ('Frank Paterson') и Ф. Скиннера ('Meiden's Bluish', 'Royal Purple', 'Swarthmore').
Активную коллекцию поддерживают при 23-25 DC, 70% влажности воздуха, освещенности 2000-3000 лк и 16-часовом фотопериоде. При данных условиях сирень можно беспересадачно культивировать от 3 до 12 месяцев (в зависимости от сорта), однако для поддержания высокого регенерационного потенциала и эффективного воспроизводства необходимо пересаживать культуру на свежие питательные среды каждые 4-6 недель.
Некоторые сорта сирени содержат на длительном хранении в условиях замедленного роста. Снижение ростовых процессов достигается модификациями питательной среды (уменьшение содержания макросолей Murashige-Skoog (1/2), увеличение концентрации сахарозы (40 г/л), добавление осмотика Хлорхолинхлорида (0,2-0,4 мг/л)) при культивировании при температуре 10-12DC и освещенности 500-1500 лк. В данных условиях экспланты сирени успешно сохраняли жизнеспособность до 2,5-3 лет. Большее количество питательной среды в пробирках (до 10 мл) способствует увеличению срока хранения до 4-5 лет. После пересадки на свежие питательные среды и при культивировании в стандартных условиях (23-25 DC, освещенности 2000-3000 лк) у растений, находившихся на длительном хранении в условиях замедленного роста, происходит активизация регенерационных процессов, и следовательно, эффективность их размножения повышается. Вследствие этого, in vitro хранение в условиях замедленного роста также можно использовать для восстановления регенерационного потенциала сортов, чья эффективность размножения снизилась из-за длительного культивирования.
Сохранение в условиях in vitro не считается долгосрочным, т. к. в среднем, не превышает 5-7 лет. Для хранения растений на более длительные сроки используют криосохранение в жидком азоте или его парах. Это очень экономически- и трудозатратный метод, однако он позволяет сохранять растительный материал почти неограниченное количество времени без потери генетической стабильности. Сложность метода заключается в выборе подходящего метода криоконсервации, а также в разработке протокола проведения каждого этапа криосохранения: необходимо подобрать условия для подготовки объектов к замораживанию,
выбранного способа замораживания, а также успешного восстановления после хранения в жидком азоте [4, 5]. По криосохранению сирени было проведено крайне мало исследований: в 2011 г. Nukari A. и др. [6] представили результаты применения метода дроплет-витрификации, выживаемость эксплантов после криосохранения составила 20-40%. В настоящее время ведется разработка протокола сохранения в жидком азоте растительного материала представителей рода Syringa. Опробованный метод подготовки и замораживания эксплантов позволил получить 7893% выживших и отрастающих эксплантов после 25 дней восстановления после оттаивания.
В ГБС РАН с 2006 г. проводится работа по выведению новых сортов сирени. В 2006 г. была проведена направленная гибридизация некоторых сортов по признаку многолепестности: были проведены реципрокные скрещивания сорта 'Rochester' с сортами 'Frank Paterson', 'Anne Schiach', 'Mme Charles Souchet' и 'Красная Москва'. Также были собраны и высеяны семена, полученные от свободного опыления наиболее отличительных сортов ('Anne Shiach', 'Flora', 'Frank Paterson', 'Sensation' и другие). Полученные в результате селекционной работы сеянцы (более 1500 растений) были высажены на экспозиционно-опытном участке при лаборатории и в ООО «Заокские Питомники». В 2019 г. было начато проведение испытаний дорощенных сеянцев на отличимость, однородность и стабильность по методике Государственной комиссии по испытанию и охране селекционных достижений. За три года работы было отобрано более 100 перспективных гибридов для прохождения сортоиспытания и последующей регистрации в качестве новых сортов в государственном реестре селекционных достижений, некоторые из них были введены в культуру in vitro.
Заключение. В настоящее время в генетическом банке in vitro сохраняется около 30 отобранных перспективных гибридов сирени собственной селекции. Было зарегистрировано 5 сортов сирени: в январе 2021 г. были получены патенты на сорта 'Акварель', '75 лет ГБС' и 'Памяти Михайлова', в декабре 2021 г. были зарегистрированы два новых сорта - 'Памяти Александра Веевника' и 'Памяти Скворцова'.
Сорт 'Памяти Александра Веевника' (автор: Молканова О.И.). {'Rochester' х 'Frank Paterson'}. Превосходная фиолетовая сирень, цветущая в средние сроки. Бутоны крупные, светлые розовато-сиреневые. Простые крупные ароматные цветки (до 3 см в диаметре) имеют насыщенную фиолетовую окраску, по центру лепестка цвет чуть темнее, чем по краям. Часто встречаются многолепестные цветки (по 6 и более лепестков), как у сорта 'Rochester'. Соцветия крупные, средней плотности состоят из 1, иногда 2 пар пирамидальных метелок, немного скрыты в листьях. Кусты средней высоты. Сорт назван в память о давнем друге автора и лаборатории, Александре Александровиче Веевнике (1956-2020), руководителе Биотехнологического комплекса ЦБС НАН Беларуси (2011-2020), известном биологе и биохимике.
Сорт 'Памяти Скворцова' (авторы: Молканова О.И., Упелниек В.П., Королева О.В., Крахмалева И.Л.). {'Flora 1953' х OP}. Великолепный белый сорт среднего срока цветения. Крупные белые бутоны распускаются в прекрасные белые большие ароматные цветки (до 3 см). Соцветия средней длины и средней плотности, открытые, состоят из 1 пары пирамидальных метелок. Кусты средней высоты. Сорт посвящен памяти Александра Константиновича Скворцова (1920-2008), профессора, известнейшего советского и российского ботаника, специалиста в области систематики высших растений, флористики и интродукции.
На конференции, посвященной 100-летию со дня рождения Р.Г. Бутенко, было принято решение посвятить один из перспективных гибридов селекции лаборатории Раисе Бутенко, известному советскому биологу, доктору биологических наук, основателю биотехнологии растений в России. Фотографии наиболее примечательных гибридов были переданы коллегам и родственникам Раисы Георгиевны для выбора нового сорта 'Памяти Бутенко'.
Работа выполнена в рамках ГЗ ГБС РАН (№12204700002-6).
Список литературы:
1. Rajasekharan P.E., Ramanatha Rao V. Conservation and Utilization of Horticultural Genetic Resources. Springer Singapore, 2019. 680 p. https://doi.org/10.1007/978-981-13-3669-0
2. Heywood V. Conservation and Sustainable Use of Wild Species as Sources of New Ornamentals // Proc. IS on Sust. Use of Plant Biodiv. 2003. Acta Hort 598 ISHS, P. 43-53. https://doi.org/10.17660/ActaHortic.2003.598.5
3. Panis B., Nagel M., Van den houwe I. Challenges and prospects for the conservation of crop genetic resources in field genebanks, in in vitro collections and/or in liquid nitrogen // Plants. 2020. Vol. 9. No. 1634. https://doi.org/10.3390/plants9121634
4. Gonzalez-Benito M.E., Clavero-Ramirez I., Lopez-Aranda J.M. Review. The use of cryopreservation for germplasm conservation of vegetatively propagated crops // Span J Agric Res. 2004. Vol. 2. No 3. P. 341-351 https://doi.org/10.5424/sjar/2004023-88
5. Matsumoto T. Cryopreservation of plant genetic resources: conventional and new methods // Reviews in Agricultiral Science. 2017. Vol. 5. P. 13-20. https://doi.org/10.7831/ras5.13
6. Nukari A., Laamanen J., Uosukainen M. A preliminary study of the droplet vitrification method applied on lilac //Acta Hortic. 2011. Vol. 908. P. 269-273.
