CC BY
15
Irina B. Kuznetsova, Candidate of Agriculture, Associate Professor. Kostroma State Agricultural Academy. 34, Uchebniy Gorodok St., Karavaevskaya s/a, Karavaevo village, Kostroma district, Kostroma region, 156530, Russia, [email protected]
Denis N. Klevtsov, Candidate of Agriculture, Associate Professor. Northern (Arctic) Federal University named after
M.V. Lomonosov. 17, Northern Dvina Embankment str., Arkhangelsk, 163002, Russia, [email protected]
-♦-
Научная статья
УДК 634.739
doi: 10.37670/2073-0853-2021-89-3-92-95
Влияние освещения на органогенез красники (Vaccinium praestans Lamb.) при клональном микроразмножении
Антон Игоревич Чудецкий1, Ирина Борисовна Кузнецова2, Сергей Сергеевич Макаров1,
Елена Ивановна Куликова3
1 Центрально-европейская лесная опытная станция ВНИИЛМ
2 Костромская государственная сельскохозяйственная академия
3 Вологодская государственная молочнохозяйственная академия
Аннотация. Представлены результаты изучения влияния освещения различного спектрального диапазона на рост и развитие красники (Vaccinium praestans Lamb.) сахалинской и курильской форм при клональном микроразмножении. Красника является перспективным нетрадиционным для выращивания в европейской части России лесным ягодным растением с высокой пищевой и лекарственной ценностью. Растения-регенеранты красники культивировались на питательной среде WPM с использованием цито-кинина 6-БАП и ауксина ИМК и освещались светодиодными лампами белого спектра и с комбинацией белого, красного и синего спектров, также белыми люминесцентными лампами. Показано, что свет различного спектрального диапазона оказывал влияние на рост и развитие растений красники на этапах «собственно микроразмножение» и «укоренение in vitro». Наибольшее количество и длина микропобегов и корней красники отмечены при освещении растений светодиодными лампами с комбинацией белого, красного и синего спектров, значительно превышая показатели при освещении светодиодными лампами белого спектра. Существенных различий по количеству и длине микропобегов и корней между формами красники не выявлено.
Ключевые слова: красника, Vaccinium praestans Lamb., in vitro, клональное микроразмножение, свет, светодиодные лампы.
Для цитирования: Влияние освещения на органогенез красники (Vaccinium praestans Lamb.) при клональном микроразмножении / А.И. Чудецкий, И.Б. Кузнецова, С.С. Макаров [и др.] // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2021. № 3 (89). С. 92 - 95. doi: 10.37670/2073-08532021-89-3-92-95.
Original article
Influence of light on organogenesis of Kamchatka bilberry (Vaccinium praestans Lamb.) by clonal micropropagation
Anton I. Chudetsky1, Irina B. Kuznetsova2, Sergey S. Makarov1, Elena I. Kulikova3
1 Central European Forest Experiment Station
2 Kostroma State Agricultural Academy
3 Vologda State Dairy Academy
Abstract. The article presents the results of studies on the effect of various spectral ranges of light on the growth and development of the Kamchatka bilberry (Vaccinium praestans Lamb.) of the Sakhalin and Kuril forms during clonal micropropagation. Kamchatka bilberry is a promising unconventional forest berry plant for cultivation in the European part of Russia with a high nutritional and medicinal value. Kamchatka bilberry regenerated plants were cultivated on a WPM nutrient medium using 6-BAP and IMC and illuminated with LED lamps of white spectrum, LED lamps with a combination of white, red and blue spectra, and white spectrum fluorescent lamps. Light of various spectral ranges influenced the growth and development of Kamchatka bilberry plants at the stages of "proper micropropagation" and "rooting in vitro". The largest number and length of micro-shoots and roots of Kamchatka bilberry are observed when plants illuminated with LED lamps with a combination of white, red and blue spectra, significantly exceeding the indicators when illuminated with LED lamps of the white spectrum. There were no significant differences in the number and length of microshoots and roots of the ruddy plant between the forms of Kamchatka bilberry.
Keywords: Kamchatka bilberry, Vaccinium praestans Lamb., in vitro, clonal micropropagation, light, LED lamps.
For citation: Chudetsky A.I., Kuznetsova I.B., Makarov S.S., Kulikova E.I. Influence of light on organogenesis of Kamchatka bilberry (Vaccinium praestans Lamb.) by clonal micropropagation. Izvestia Orenburg State Agrarian University. 2021; 89(3): 92 - 95. (In Russ.). doi: 10.37670/2073-0853-2021-89-3-92-95.
В настоящее время возрастает интерес к выращиванию нетрадиционных видов лесных ягодных культур за пределами районов их произрастания. К одному из таких видов относится красника (Vaccinium praestans Lamb.), или клоповка сахалинская, - теневыносливый вегетативно-подвижный листопадный кустарничек, имеющий плоды с уникальными вкусовыми свойствами, обладающими высокой пищевой и лекарственной ценностью. Данное растение имеет весьма ограниченный ареал распространения - в основном на территориях с муссонным климатом (Камчатка, Сахалин, Курильские острова, Приморский и Хабаровский края, частично - острова Японии) и произрастает в тенистых местах тайги, во влажных хвойных и смешанных лесах, в долинах на открытых местах и в полутени, на таёжных прогалинах и вырубках, на моховых болотах вдоль морского побережья, на горных склонах, на старых лесных дорогах и просеках. Растение хорошо зимует под глубоким снежным покровом и может выдерживать довольно сильные морозы в бесснежные зимы [1 - 3].
В естественных условиях произрастания размножение красники происходит в основном вегетативным способом, реже - семенным. Опыт интродукции данного вида традиционными способами размножения в европейской части России показывает перспективность её выращивания и в других лесорастительных и климатических условиях [3]. Однако на сегодняшний день наиболее перспективным методом для размножения лесных ягодных растений является клональное микроразмножение, которое позволяет круглогодично получать большое количество оздоровленного элитного посадочного материала [4].
Свет является важнейшим условием для жизни растений, даёт энергию для процесса фотосинтеза, в ходе которого происходит синтез органических соединений из неорганических. Кроме того, свет выполняет в жизни растений следующие функции: информационную, контролируя разные процессы в жизнедеятельности растений, и биосинтетическую, являясь соучастником фотозависимых биохимических процессов [5]. Фотосинтез растений происходит под воздействием фотосинтетически активной радиации (ФАР). В настоящее время при подборе оптимальных источников освещения для растений специалисты всё больше склоняются к выбору белых СД, излучение которых содержит компоненты всех основных полос в диапазоне ФАР [6]. Спектральный состав по-разному влияет на рост и побегообразование растений, при этом разные участки спектрального диапазона оказывают различное воздействие на регуляцию различных физиологических и морфогенетиче-ских процессов [7, 8]. Белые светодиоды могут применяться как в чистом виде, так и в комби-
нациях с узкополосными красными и красно-синими светодиодами [9, 10].
Материал и методы. Исследования по выращиванию красники в культуре in vitro проводились в 2018 - 2020 гг. в лаборатории клональ-ного микроразмножения на базе Центрально-европейской лесной опытной станции ВНИИЛМ по общепринятым методикам [11]. В качестве эксплантов для введения в культуру in vitro использовали меристемы растений красники двух форм, отобранных в соответственных географических местах произрастания - сахалинская (окрестности г. Корсакова Сахалинской области) и курильская (о. Итуруп). В качестве питательной среды использовали WPM (Woody Plant Medium) и WPM 1/2. На этапе «собственно микроразмножение» применяли цитокинин 6-БАП, на этапе «укоренение in vitro» - ауксин ИМК.
Для изучения влияния освещения разного спектрального диапазона на рост и развитие микропобегов красники растения-регенеранты размещали в штативах из пенопласта, закрывающих от света корневую систему, в условиях световой комнаты и помещали под светодиодные (СД) лампы разного спектрального состава:
1) СД-Б - белого спектра (длина волны - 653 нм);
2) СД-Б+К+С - комбинация белого (длина волны - 653 нм), красного (длина волны - 670 нм) и синего (длина волны - 455 нм) спектров. В качестве контрольного варианта использовалось освещение растений белыми люминесцентными лампами. Фотопериод - 16/8 часов. Растения подвергали постоянному освещению во всех вариантах в течение трёх пассажей. Определяли количество, среднюю и суммарную длину микропобегов и корней в расчёте на одно растение. Опыты проводили в 10-кратной биологической и 2-кратной аналитической повторностях. Статистическую обработку данных проводили с использованием программ AGROS v. 2.11 и Microsoft Office 2016.
Результаты исследования. В ходе проведённых исследований выявлено, что условия освещения оказывают существенное воздействие на органогенез клонируемых растений красники. Наибольшее количество микропобегов формировалось при освещении лампами СД-Б+К+С и составляло в среднем 3,6 шт., при освещении СД-Б - 2,8 шт., а в контрольном варианте (лю-минисцентные лампы) - лишь 1,9 шт. (табл. 1).
Средняя длина микропобегов красники была наибольшей также при освещении лампами СД-Б+К+С (в среднем 3,8 см), при СД-Б она составляла 2,1 см, а в контроле - всего 1,3 см (табл. 2).
Максимальная суммарная длина микропобегов красники была отмечена в варианте с освещением СД-Б+К+С и достигала 13,8 см, в варианте СД-Б она составляла 6,1 см, в контрольном варианте - 2,5 см (табл. 3).
В зависимости от исследуемой формы растений различия по количеству, средней и максимальной длине микропобегов были незначительны.
Несмотря на то что корни растений красни-ки были закрыты от света штативом, условия освещения надземной части оказывали влияние на развитие корневой системы. Наибольшее количество корней наблюдалось при освещении
надземной части лампами СД-Б+К+С и составляло в среднем 3,4 шт. При освещении СД-Б количество корней составляло 3,0 шт., в контрольном варианте - 1,7 шт. (табл. 4). Средняя длина корней красники была наибольшей при освещении надземной части лампами СД-Б+К+С, составляя в среднем 3,0 см, что значительно больше, чем в вариантах с СД-Б (1,5 см) и в контроле (1,3 см). У обеих исследуемых форм
1. Количество микропобегов красники в зависимости от формы и типа освещения, шт.
Форма Вариант освещения Среднее
контроль СД-Б СД-Б+К+С
Сахалинская 2,0 3,1 3,9 3,0
Курильская 1,8 2,4 3,3 2,5
Среднее 1,9 2,8 3,6 -
НСР05 фактор А = 1,01; фактор В = 0,95; общ. = 1,08
2. Средняя длина микропобегов красники в зависимости от формы и типа освещения, см
Форма Вариант освещения Среднее
контроль СД-Б СД-Б+К+С
Сахалинская 1,5 2,3 4,0 2,6
Курильская 1,0 2,1 3,6 2,2
Среднее 1,3 2,2 3,8 -
НСР05 фактор А = 1,1; ( зактор В = 0,87; общ. = 1,08
3. Суммарная длина микропобегов красники в зависимости от формы и типа освещения, см
Форма Вариант освещения Среднее
контроль СД-Б СД-Б+К+С
Сахалинская 3,1 7,2 15,6 8,6
Курильская 1,8 5,0 12,0 6,3
Среднее 2,5 6,1 13,8 -
НСР05 фактор А = 3,86; фактор В = 4,11; общ. = 6,10
4. Количество корней красники зависимости от формы и типа освещения надземной части, шт.
Форма Вариант освещения Среднее
Контроль СД-Б СД-Б+К+С
Сахалинская 1,5 2,7 3,2 2,5
Курильская 1,8 3,3 3,5 2,7
Среднее 1,7 3,0 3,4 -
НСР05 фактор А = 0,87; фактор В = 0,64; общ. = 1,03
5. Средняя длина корней красники в зависимости от формы и типа освещения надземной части, см
Форма Вариант освещения Среднее
контроль СД-Б СД-Б+К+С
Сахалинская 1,2 1,5 2,9 1,9
Курильская 1,4 1,4 3,1 2,0
Среднее 1,3 1,5 3,0 -
НСР05 фактор А = 1,06 )актор; В = 0,87; общ. = 1,10
6. Суммарная длина корней красники в зависимости от формы и типа освещения надземной части, см
Форма Вариант освещения Среднее
Контроль СД-Б СД-Б+К+С
Сахалинская 1,8 4,1 9,3 5,1
Курильская 2,5 4,6 10,8 6,0
Среднее 2,2 4,4 10,0 -
НСР05 фактор А = 1,75; фактор В = 1,35; общ. = 2,31
красники средняя длина корней в среднем была равна 1,9 - 2,0 см (табл. 5).
Суммарная длина корней красники при освещении надземной части лампами СД-Б+К+С достигала в среднем 10,0 см, что было в 2,3 раза больше, чем при освещении СД-Б, и в 4,5 раза больше, чем в контрольном варианте при освещении люминисцентными лампами (табл. 6).
Различия показателей по количеству, средней и суммарной длины корней в зависимости от формы красники не существенны.
Выводы
1. Процесс побегообразования при клональ-ном микроразмножении красники наиболее интенсивно происходил при освещении растений лампами СД-Б+К+С, в этих условиях формировалось наибольшее количество микропобегов наибольшей длины.
2. Развитие корневой системы соответствовало развитию наземной части. Наибольшее количество корней красники большей длины наблюдалось при освещении надземной части растений лампами СД-Б+К+С.
3. Существенных различий по количеству и длине микропобегов и корней красники между исследуемыми формами красники, отобранными на о. Сахалин и Курильских островах, не выявлено.
Поскольку в отношении красники исследования по влиянию освещения на рост и развитие культивируемых растений не проводились, работа в данном направлении представляет научный интерес, а полученные результаты имеют практическую и теоретическую ценность.
Литература
1. Красикова В.И. Биология и рациональное использование красники (Vaccinium praestans Lamb.) на Сахалине. Владивосток: ДВНЦ АН СССР, 1987. 108 с.
2. Чернягина О.А. Красника Vaccinium praestans на Камчатке // Сохранение биоразнообразия Камчатки и прилегающих морей: матер. XIII Междунар. науч. конф., посвящ. 75-летию со дня рождения д-ра биол. наук С.А. Дыренкова (г. Петропавловск-Камчатский, 14 - 15 ноября 2012 г.). Петропавловск-Камчатский: Камчатпресс, 2012. С. 124 - 128.
3. Смирнов И.Ю. Перспективы окультуривания красники // Плодоводство и ягодоводство России. 2001. Т. 8. С. 94 - 99.
4. Сельскохозяйственная биотехнология: учеб. /
B.С. Шевелуха [и др.]. М.: Высшая школа, 2008. 416 с.
5. Емелин А.А., Прикупец Л.Б., Тараканов И.Г. Спектральный аспект при использовании облучателей со светодиодами для выращивания салатных растений в условиях светокультуры // Светотехника. 2015. № 4.
C. 47 - 52.
6. Тихомиров А.А., Ушакова С.А. Научные и технологические основы формирования фототрофного звена биолого-технических систем жизнеобеспечения. Красноярск, 2016. 200 с.
7. Тараканов И.Г, Яковлева О.С. Влияние качества света на физиологические особенности и продукционный процесс базилика эвгенольного (Ocimum gratissimum L.) // Естественные науки. 2012. № 3. С. 95 - 97.
8. Cope K., Bugbee B. Spectral Effects of Three Types of White Lightemitting Diodes on Plant Growth and Development: Absolute Versus Relative Amounts of Blue Light // Hortscience. 2013. Vol. 48. N 4. P. 504 - 509.
9. Dong C., Fu Y., Liu G., Liu H. Growth, Photosynthetic Characteristics, Antioxidant Capacity and Biomass Yield and Quality of Wheat (Triticum aestivum L.) Exposed to LED Light Sources with Different Spectra Combinations // Journal of Agronomy and Crop Science. 2014. Vol. 200. P. 219 - 230.
10. Kang J.-H., Krishna Kumar S., Atulba S., et al. Light Intensity and Photoperiod Influence the Growth and Development of Hydroponically Grown Leaf Lettuce in a Closed-type Plant Factory System // Hort. Environ. Bio-technol. 2013. Vol. 54. N 6. P. 501 - 509.
11. Калашникова Е.А. Клеточная инженерия растений: учеб. пособие. М.: Изд-во РГАУ-МСХА, 2012. 318 с.
Антон Игоревич Чудецкий, соискатель. Филиал ФБУ «Всероссийский научно-исследовательский институт лесоводства и механизации лесного хозяйства» «Центрально-европейская лесная опытная станция». Россия, 156013, г. Кострома, пр-т Мира, 134, [email protected]
Ирина Борисовна Кузнецова, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент. ФГБОУ ВО «Костромская государственная сельскохозяйственная академия». Россия, 156530, Костромская область, Костромской р-н, п. Караваево, Караваевская с/а, Учебный городок, 34, [email protected]
Сергей Сергеевич Макаров, кандидат сельскохозяйственных наук. Филиал ФБУ «Всероссийский научно-исследовательский институт лесоводства и механизации лесного хозяйства» «Центрально-европейская лесная опытная станция». Россия, 156013, г. Кострома, пр-т Мира, 134, [email protected]
Елена Ивановна Куликова, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент. ФГБОУ ВО «Вологодская государственная молочнохозяйственная академия имени Н.В. Верещагина». Россия, 160555, г. Вологда, с. Молочное, ул. Шмидта, 2, [email protected]
Anton I. Chudetsky, research worker. Central European Forest Experiment Station -Branch of All-Russian Research Institute of Silviculture and Mechanization of Forestry. 134, Mira Ave., Kostroma, 156013, Russia, [email protected]
Irina B. Kuznetsova, Candidate of Agriculture, Associate Professor. Kostroma State Agricultural Academy. 34, Uchebniy Gorodok St., Karavaevskaya s/a, Karavaevo village, Kostroma district, Kostroma region, 156530, Russia, [email protected]
Sergey S. Makarov, Candidate of Agriculture. Central European Forest Experiment Station - Branch of All-Russian Research Institute of Silviculture and Mechanization of Forestry. 134, Mira Ave., Kostroma, 156013, Russia, [email protected]
Elena I. Kulikova, Candidate of Agriculture, Associate Professor. Vologda State Dairy Academy named after
N.V. Vereshchagin. 2, Schmidt St., Molochnoe village, Vologda, Vologda region, 160555, Russia, [email protected]
-♦-
