CC BY
32УДК 528.916.16:575.1/.02.082
Состав и особенности культивирования in vitro коллекции представителей
рода Syringa L. ГБС РАН
Молканова О.И., Королева О.В., Мишанова Е.В.
Главный ботанический сад им. Н.В. Цицина Российской академии наук, Москва, Россия,
molkanova@mail. ru
Аннотация: Работа по формированию коллекционного фонда in vitro Главного ботанического сада им. Н.В. Цицина была начата в 2000-х гг. В настоящее время коллекция in vitro рода Syringa L. ГБС РАН насчитывает 257 таксонов: 19 видов и подвидов и 238 сортов и отборных форм. Большую часть сортового разнообразия фонда (64 %) составляют сорта селекции стран бывшего СССР (Россия, Беларусь, Латвия, Украина, Казахстан). В ходе многолетних исследований усовершенствованы методики культивирования in vitro представителей рода Syringa. Оптимальным для эффективного воспроизводства большинства сортов является использование модифицированной среды Quorin-Lepoivre с совместным добавлением в ее состав 6-бензиламинопурина и 3-индолилуксусной кислоты в качестве регуляторов роста.
Ключевые слова: сирень, Syringa, коллекция, клональное микроразмножение.
The composition and cultivation features of genus Syringa L. in vitro collection of MBG RAS
Molkanova O.I., Koroleva O.V., Mishanova E.V.
Tsytsin Main Botanical Garden of Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia,
molkanova@mail .ru
Summary: The establishment of the in vitro collection fund of Tsytsin Main Botanical garden were started in 2000s. Nowadays the in vitro collection of the genus Syringa L. of MBG RAS includes 257 taxa: 19 species and subspecies and 238 varieties and selected forms. Most of the variety fund (64 %) is constituted by the cultivars from the former USSR countries (Russia, Belarus, Latvia, Ukraine, Kazakhstan). During years of researches the in vitro cultivation techniques of most genus Syringa representatives were improved. It was found optimal for the effective reproduction of most lilac cultivars to use the modified Quorin and Lepoivre medium combined with 6-Benzylaminopurine and Indole-3-acetic as the growth regulators.
Keywords: lilac, Syringa, collection, clonal micropropagation.
Одним из наиболее известных и предпочитаемых садоводами и озеленителями красивоцветущих кустарников является сирень. На сегодняшний день мировой фонд рода Syringa L. включает от 22 до 30 видов (по разным классификациям [1, 2]) и около 3500 сортов и гибридных форм, большинство из которых (более 2000) получены от вида Syringa vulgaris L. [3].
В настоящее время одним из самых перспективных направлений сохранения биологического разнообразия растений, в том числе культур, представленных огромным количеством гибридов, является создание генетических банков in vitro. Биотехнологические методы позволяют в относительно короткие сроки размножать ценные генотипы, что значительно повышает эффективность сохранения растений в условиях ex situ.
В Главном ботаническом саду им. Н.В. Цицина сформирована наиболее репрезентативная в России коллекция in vitro рода Syringa, которую ежегодно пополняют не только известными и редкими сортами сирени, но и гибридами собственной селекции.
Работа по формированию коллекционного фонда in vitro была начата в 2000-х гг. Основной целью при формировании коллекции сирени in vitro было наиболее репрезентативное представление достижений отечественной селекции. Для введения в цикл культивирования in vitro проводили массовый скрининг коллекционных фондов ботанических садов и селекционных учреждений для отбора наиболее ценных, высокодекоративных и малораспространенных генотипов (видов, сортов и отборных форм) сирени. С начала проведения исследований с
представителями рода Syringa в коллекцию было введено 323 генотипа, и на сегодняшний день успешно сохраняется 257 видов, сортов и отборных форм.
Видовой состав коллекции сирени in vitro ГБС РАН представлен 19 таксонами, образцы которых собраны из различных мест произрастания. Секция Настоящие сирени (Syringa) представлена образцами видов S. vulgaris L., S. oblata Lindl., S. x chinensis Schmidt ex Willd., S. x persica L.; секция Лигустрина (Ligustrina Rupr. K. Koch) - образцами S. pekinensis Rupr., S. reticulata (Blume) H. Hara, S. reticulata subsp. reticulata, S. reticulata subsp. amurensis (Rupr.) P.S. Green & M.C. Chang; секция Пушистые сирени (Pubescentes (C.K. Schneid.) Lingelsh) - образцами S. pubescens subsp. patula (Palib.) M.C. Chang & X.L. Chen, S. pubescens subsp. microphylla (Diels) M.C. Chang & X.L. Chen; секция Волосистые сирени (Villosae C.K. Schneid.) - образцами S. emodi Wall. ex Royle, S. villosa Vahl, S. villosa subsp. wolfii (C.K. Schneid.) Jin Y. Chen & D.Y. Hong, S. josikaea J.Jacq. ex Rchb., S. komarowii C.K. Schneid., S. komarowii subsp. reflexa (C.K. Schneid.) P.S. Green & M.C. Chang, S. tomentella Bureau & Franch., S. tomentella subsp. sweginzowii Koehne & Lingelsh., S. xhenryi C.K. Schneid.
На данный момент коллекция сирени in vitro Главного ботанического сада насчитывает 238 сортов и отборных форм. Больше половины (64 %) генофонда составляют сорта стран бывшего СССР, в том числе из России - 42 %, из Белоруссии и Латвии - по 7 %, из Казахстана -5 %, из Украины - 3 %. На долю сортов из Франции приходится 20 % коллекции, США - 9 %, Нидерландов - 3 %, других стран - 4 %. Данный состав коллекции обусловлен принципами ее формирования - сохранение достижений отечественной селекции, а также наиболее полное представление существующего сортового разнообразия сирени.
Созданные ведущими отечественными селекционерами сорта представляют национальное достоянии страны. К их числу можно отнести сорта сирени селекции Л.А. Колесникова, Н.Л. Михайлова, Н.К. Вехова. В ГБС РАН находится наиболее полная коллекция in vitro сохранившихся сортов Леонида Алексеевича Колесникова, основоположника отечественной селекции сирени, насчитывающая около 40 сортов и гибридов, в том числе такие известные сорта, как 'Красавица Москвы', 'Зоя Космодемьянская', 'Знамя Ленина', 'Красная Москва', 'Мечта', 'Галина Уланова', 'Радж Капур', 'Сумерки' и раритетный сорт 'Ветка Мира'. Кроме того, в коллекционном фонде in vitro представлены сорта селекции Николая Леонидовича Михайлова ('Школьница', 'Мулатка', 'Век', 'Ариа', 'Нина', 'Николай Михайлов', 'Скромница') и Николая Кузьмича Вехова ('Белая Ночь', 'Память о Вавилове', 'Память о Вехове', 'Русь', 'Елена Вехова', 'Русская Песня', 'Аэлита'), получившие признание во всем мире и не утратившие свою популярность и по сей день.
Среди сортов сирени, созданных в других республиках бывшего СССР, представлены выведенные в Центральном ботаническом саду АН Казахстана сорта - 'Лиловая Пирамида', 'Розовая Пирамида', 'Снежный Ком', 'Байконур', 'Самал' и др. (селекционеры А.Ф. Мельник, В.Г. Рубаник, Б.К. Дягилев); выведенные Н. В. Смольским и В. Ф. Бибиковой в Центральном ботаническом саду АН Республики Беларусь - сорта 'Лебедушка', 'Минчанка', 'Защитникам Бреста', 'Жемчужина', 'Лунный Свет' и др.; украинские сорта, созданные в Национальном ботаническом саду им. М. М. Гришко НАН - 'Огни Донбасса', 'Тарас Бульба' и др. (селекционеры Л. И. Рубцов, В. Г. Жоголева, Н. А. Ляпунова, В. К. Горб). Латвийская селекция представлена наиболее примечательными сортами Петериса Упитиса ('Jaunkalsnavas Nakts', 'Imants Ziedonis', 'Vita', 'Dobeles Meitene', 'Mate Ede Upitis', 'Dobeles 'Sapnotäjs', 'Mazais Princis', 'Tevzeme') и Лаймониса Карклинса ('Perle').
Среди иностранных культиваров генофонда доминируют сорта выдающихся французских селекционеров Виктора и Эмиля Лемуан (около 30 из 214 выведенных), давно ставшие классикой для коллекционеров, в том числе знаменитые 'Monique Lemoine', 'Ami Schott', 'Buffon', 'Paul Hariot', 'Belle de Nancy', 'Charles Joly'. Также в генетическом банке in vitro ГБС РАН сохраняются сорта немецкой ('Andenken an Ludwig Spath', 'Furst Bulow' ('L. Spath') и др.), бельгийской ('Mme Florent Stepman' ('Fl. Stepman-Demessemaeker')), голландской ('Flora', 'Sensation', 'Peerless Pink' ('E. Maa^'), 'Primrose' ('G. Maa^') и др.) и американской селекции. Среди последних в коллекции находятся такие знаменитые сорта, как 'Rochester' (Al.R. Grant, США), 'Fantasy', 'Sweetheart' (W.B. Clarke, США), 'Lavender Lady' (W.E. Lammerts, США), 'Anne Shiach', 'Lady Lindsay' (T.A. Havemeyer, США), 'Wedgwood Blue', 'Wonderblue', 'Porcelain Blue' (J.L. Fiala, США), 'Dresden China', 'Virginia Becker' (H.T. Klager, США)), 'Frank Paterson' (S.I.
Paterson, Канада), 'Maiden's Blush' (F.L. Skinner, Канада). Эти сорта не теряют своей привлекательности для коллекционеров и широко используются в современной селекции. На их основе получено множество гибридов, наиболее необычные и красивые из которых пополняют коллекционный фонд ГБС РАН.
Важная составляющая коллекции in vitro - оригинальные сорта с такими ценными морфологическими признаками, как, например, окаймление по краю лепестков ('Sensation', 'Lila Wonder'), пестролистность ('Aucubafolia'), многолепестность ('Rochester', 'Pat Pesata', 'Porcelain Blue') и другие. Коллекционный фонд сирени Главного ботанического сада включает разнообразные по окраске, форме и строению цветка сорта, а также гибриды всех цветовых групп, как с махровыми, так и с простыми цветками.
В Главном ботаническом саду им. Н.В. Цицина ведется селекционная работа по выведению новых сортов сирени. В 2006 г. в лаборатории биотехнологии растений ГБС РАН была начата работа по направленной гибридизации сортов по признаку многолепестности и отбор растений, полученных от свободного опыления наиболее оригинальных сортов ('Flora', 'Frank 'Paterson', 'Anne Shiach', 'Sensation' и другие). В 2013 г. в ООО «Заокские Питомники» было высажено более 1500 сеянцев, полученных от свободного опыления. В 2019-2020 гг. было выбрано около 50 перспективных отборных форм для последующей регистрации в реестре селекционных достижений. В 2021 г. 3 наиболее оригинальные многолепестные формы под названиями 'Акварель', '75 Лет ГБС', 'Памяти Михайлова' прошли сортоиспытания в Госсорткомиссии и были зарегистрированы в государственном реестре охраняемых селекционных достижений.
Современные биотехнологические методы открывают принципиально новые возможности для сохранения и воспроизводства генофонда растений, однако их рационально применять к тем культурам, для которых разработаны легко воспроизводимые методики клонального микроразмножения. В ходе многолетних исследований в лаборатории биотехнологии растений ГБС была разработана оптимальная модель размножения представителей рода Syringa и усовершенствованы условия на основных этапах культивирования in vitro.
Известно, что регенерационный потенциал в культуре in vitro зависит от биологических особенностей растений. При изучении представителей рода Syringa прослеживается корреляция между динамикой роста в условиях in vivo и in vitro: высокорослые, активно растущие сорта в коллекциях открытого грунта (например, 'Buffon', 'Mme Kasimir Perier') сохраняют это свойство в условиях стерильной культуры (быстрый рост и развитие на всех этапах культивирования in vitro и высокий коэффициент размножения), а низкорослые сорта (такие, как 'Rochester', 'Mme Charles Souchet', 'Школьница') в условиях in vitro имеют меньшую высоту микропобегов и низкий коэффициент размножения [4]. Знание особенностей роста и развития сортов в условиях in vivo позволяет подобрать оптимальные условия для эффективного воспроизводства коллекционного фонда.
У представителей рода Syringa способность к реализации морфогенетического потенциала в большей степени определяется генотипом и варьирует в пределах нормы под воздействием других факторов (например, состав питательной среды) [5]. По величине этого показателя изучаемые сорта сирени были условно разделены на 3 группы: с низким коэффициентом размножения (Кр<3,00) - сорта 'Rochester', 'Lady Lindsay', 'Mme Charles Souchet', 'Школьница', 'Мулатка', 'Romance', 'Flora'; со средним коэффициентом размножения (Кр= 3,00...7,00) -'Monique Lemoine', 'Primrose', 'Алексей Маресьев', 'Marechal Lannes', 'Ami Schott', 'Суворовец', 'Кремлевские Куранты', 'Индия', 'Mirabeau', 'Павлинка' и с высоким коэффициентом размножения (Кр<7,00) - 'Андрюша Громов', 'Валентина Гризодубова', 'Virginia Becker', 'Защитникам Бреста', 'Красавица Москвы', 'Минчанка', 'Русь', 'Сумерки', 'Sensation'. Большая часть сортов (67 %) отнесена к группе со средним коэффициентом размножения [6].
Эффективность клонального микроразмножения в значительной степени определяется составом питательной среды: изменение содержание в ней отдельных компонентов в большинстве случаев оказывает значительное влияние на морфогенетический потенциал растений [7, 8]. Для сирени на этапе собственно микроразмножения оптимально применять модифицированные среды Murashige-Skoog и Quorin-Lepoivre. Использование модифицированной питательной среды QL позволяет достичь более высокой интенсивности побегообразования у большинства представителей рода Syringa, по сравнению с MS (на 23 %). Для управления морфогенезом растений в качестве в питательную среду добавляют регуляторы
роста. Для повышения эффективности клонального микроразмножения проводят подбор фитогормонов и их концентраций. Проведенные исследования показали эффективность совместного применения 6-бензиламинопурина (6-БАП) и 3-индолилуксусной кислоты (ИУК) в составе питательной среды на этапе собственно микроразмножения: коэффициент размножения у растений, культивируемых на среде с совместным применением 6-БАП и ИУК (Кр=4,41), выше, чем на среде только с 6-БАП (Кр=4,05), на 9 % вне зависимости от генетических особенностей и используемой минеральной основы среды [6].
Для стабильного воспроизводства растений важны сроки вступления регенерантов в фазу генеративного развития. Полевые испытания показали, что регенеранты сирени, прошедшие полный цикл культивирования в условиях in vitro, быстрее переходят к репродуктивной фазе, по сравнению с размноженными другими вегетативными способами растениями: после высаживания в открытый грунт 20 % адаптированных к условиям ex situ саженцев, при соблюдении агротехники зацветают на 2-3 год (в зависимости от биологических особенностей сорта), в то время как размноженные обычными методами - на 4-5 год.
Выводы. В ходе многолетних исследований представителей рода Syringa на основе высокоэффективной технологии клонального микроразмножения в Главном ботаническом саду им. Н.В. Цицина сформирован генетический банк in vitro сирени, включающий на сегодняшний день 257 таксонов. В коллекции представлены как виды и подвиды из основных секций рода, так и сорта и отборные формы селекции разных стран и всех цветовых групп.
Для успешного воспроизводства большинства сортов сирени на этапе собственно микроразмножения лучше всего подходит модифицированная среда QL, при использовании которой коэффициент размножения возрастает на 23%, по сравнению со средой MS. Эффективно совместное использование 6-БАП и ИУК в составе питательной среды.
Регенеранты сирени быстрее проходят этапы онтогенеза и вступают в генеративную фазу на 1-3 года раньше, чем размноженные традиционными способами.
Работа выполнена в рамках государственного задания ГБС РАН (№18-118021490111-5).
Список литературы:
1. Fiala J. L., Vrugtman F. Lilacs: Gardener's encyclopedia. Portland, Oregon, USA: Timber Press, 2008. 416 p.
2. Mark L. DeBard. An Updated Taxonomy of Genus Syringa (Lilacs) // Lilacs. Quarterly Journal of the International Lilac Society. 2019. Vol. 48, № 4. P. 153-167.
3. Mark L. DeBard. International Register and Checklist of Cultivar Names in the Genus Syringa L. (Oleaceae). [Электронный ресурс]. URL: https://goo.gl/tYfqQu (дата обращения 20.08.2020).
4. Молканова О.И., Спиридович Е.В., Коновалова Л.Н., Брель Н.Г., Зинина Ю.М., Решетников В.Н. Комплексное изучение интродуцированных видов и сортов рода Syringa L. в ГБС РАН и ЦБС НАН Беларуси // Вестник Удмуртского университета. Серия Биология. Науки о Земле. 2011. № 2. С. 66-73.
5. Molkanova O., Koroleva O. Biotechological methods of Syringa L. collection propagation and preservation // In Vitro. Cellular & Developmental Biology. 2018. Vol.54. P. 545-546. http://doi.org/10.1007/s11627-018-9927-9.
6. Молканова О.И., Королева О.В., Крахмалева И.Л. Концепция формирования коллекции представителей рода Syringa L. в культуре in vitro // Достижения науки и техники АПК. 2020. Т. 34, №. 9. С. 30-34. http://doi.org: 10.24411/0235-2451-2020-10000.
7.Молканова О.И., Горбунов Ю.Н., Ширнина И.В., Егорова Д. А. Применение биотехнологических методов для сохранения генофонда редких видов растений // Ботанический журнал. 2020. T. 105, № 6. С. 610-619. http://doi.org:10.31857/S0006813620030072.
8. Mitrofanova I.V., Lesnikova-Sedoshenko N.P., Brailko V.A., et al. Biotechnological methods of propagation for some rare endemic plant species of the southern Russian flora // Acta Horticulturae. 2020. Vol. 1285. P. 177-184. http://doi.org: 10.17660/ActaHortic.2020.1285.28.
