Секция – биологические науки,

Подсекция ресурсоведение и интродукция растений

Орлова И.Г., Атаманченко М.П.

Ставропольский государственный университет, ЮНЦ РАН

лаборатория биоресурсов, биологически активных веществ и новых материалов

Биотехнологические методы в интродукции и сохранении биологического разнообразия растений

Известно, что в природе естественные ресурсы многих хозяйственно-ценных растений весьма ограничены. Положение усугубляется еще и тем, что в силу биологических особенностей часто восполнение того или иного вида растений естественным путем затруднено, а культивирование в полевых условиях в производственных масштабах проблематично. Перенос, интродукция из места произрастания многих видов растений невозможна в силу опять же их биологических особенностей (плохая всхожесть семян, гибель проростков, растений из-за неподходящих климатических условий). Перечисленные факторы затрудняют возделывание лекарственных видов, ценных декоративных растений, представителей как культурной, так и дикорастущей флоры. Решение проблемы становится возможным на пути применения биотехнологических методов. В настоящее время введены в культуру in vitro виды разных жизненных и хозяйственно важных таксономических групп, включая травянистые, древесные, фруктовые, хвойные растения. Для сбережения генофонда редких и исчезающих лекарственных видов растений существенный интерес представляет применение в качестве сырья культуры тканей. Это становится возможным благодаря сохранению способности изолированных клеток к биосинтезу вторичных метаболитов в высоких концентрациях [1, 2, 3, 4, 5], а значит, получению с помощью фитобиотехнологии ценных лекарственных препаратов.

Объектами наших исследований были ценные лекарственные виды: горицвет весенний (Adonis vernalis L.), ландыш закавказский (Convallaria transcaucasica Utkin), пион узколистный (Paeonia tenuifolia L.), из интродуцентов - рута пахучая (Ruta graveolens L.), лаванда узколистная (Lavandula angustifolia Mill.). В качестве эксплантов использовали фрагменты листьев, соцветий и проростки. Нами испытывались разные концентрации и соотношения фитогормонов на основе питательной среды Мурасиге-Скуга. Укоренение растений - регенерантов проводили на среде Уайта.

Первые исследования по введению в культуру in vitro ландыша были проведены в начале 70-х годов прошлого столетия Понертом [6]. Имеются литературные данные по индукции каллуса из различных органов руты пахучей и сохранению способности тканевой культуры к синтезу вторичных метаболитов [7]. Е.С. Голубинской [8] была получена культура изолированных зародышей пиона. В литературе отсутствуют положительные экспериментальные данные по введению в культуру in vitro горицвета весеннего.

Нами первичный каллус ландыша (рис. 1) был получен при повторном пассировании на среду МС с соотношением ауксинов и цитокининов 10:1. Жизнеспособность каллуса оказалась невысокой, и рост клеток прекратился через 1-1,5 месяца.

Из почек пиона удалось индуцировать каллус после культивирования их в течение двух месяцев, но он не отличался высокой жизнеспособностью и выдержал лишь два пассирования на свежую питательную среду. Быстро (на 10-14-й день) начинался каллусогенез на фрагментах соцветий и стеблей руты, проростков и листьев лаванды. Каллус руты обладал высокой регенерационной способностью, поэтому были получены растения - регенеранты (рис. 2, 3).

Экспланты лаванды, возможно, обладая бактерицидными свойствами, не требовали разработки особых способов стерилизации. За 1,5-2,0 месяца культивирования биомасса каллуса достигала 2/3 объема колбы емкостью 250 мл, при этом отмечалась высокая метаболическая активность каллусных клеток, о чем свидетельствовало изменение цвета питательной среды в ярко голубой цвет (рис. 4, 5).

Рис. 3 Рута пахучая

Образование побегов

Рис. 2 Растение-регенерант

руты пахучей

Рис. 4 Начало каллусогенеза Рис. 5 Каллус лаванды

Так как периодический процесс культивирования относится к закрытым системам, то все изменения питательной среды можно рассматривать как результат жизнедеятельности изолированной ткани Lavandula angustifolia. Каллус лаванды сохранял способность к пролиферации и метаболическую активность при пассировании на свежую питательную среду. Л.У. Бостановой с соавторами [9] выявлена эндо- и экзогенная антибактериальная активность каллуса, а биохимический анализ показал присутствие в нем всего набора биологически активных веществ интактного растения [10]. Практическое применение в фитобиотехнологии имеет суспензионная культура, но нами не было получено положительных экспериментальных результатов по культивированию каллуса лаванды в жидкой питательной среде, также как и по введению в культуру in vitro горицвета весеннего. Фрагменты растения оставались живыми и в них продолжались в течение 2-3 недель ростовые процессы при наличии в питательной среде гиббереллина (рис. 6), а потом эксплант темнел и погибал. Антиоксиданты (аскорбиновая кислота, активированный уголь) не оказали должного эффекта.

Рис. 6 Горицвет весенний

Таким образом, из изучаемых объектов, именно, лекарственные растения ландыш, горицвет, пион, содержащие в своих тканях большое количество гликозидов, являются наиболее проблемными для введения в культуру in vitro, что указывает на необходимость проведения дальнейших биотехнологических и биохимических исследований. Каллусная культура лаванды узколистной может служить научной и учебной моделью для изучения многих теоретических вопросов в клеточной инженерии растений.

Список литературы

1. Бутенко Р.Г. Клеточные технологии для получения экономически важных веществ растительного происхождения//Культура клеток и биотехнология/ Под ред. Бутенко Р.Г. - М.: Наука, 1986. - С.3.

2. Запрометов М.Н. Вторичный метаболизм и его регуляция в культурах клеток и тканей растений// Культура клеток растений/ Под ред. Бутенко Р.Г. - М.: Наука, 1981. - С.37.

3. Butcher D.N. Secondary Products in Tissue Cultures// Plant Cell, Tissue and Organ Culture. – Berlin, Heidelberg, N.Y.:Spring-Verlag, 1977. - P.668.

4. Fugita Y. Shiconin: Production by Plant (Lithospermum erythrorhizon) Cell cultures. - Biotechnology in Agriculture and Forestry. Medicinal and Aromatic Plants I.- Berlin etc.: Spring-Verlag, 1988. - V.4. - P.225.

5. Kreis W., Reinhard E. The Production of Secondary Metabolites by Plant Сеll Cultivated in Bioreactors// Planta Medica. – 1989. - V. 55. - №4. - P. 409.

6. Ponert J. Naturwissenschaften. – 1964. - V.51. - №13. - P.320.

7. Кузовкина И.Н., Шмаудер Г.П., Грегер Д. Активность антранилсинтетазы в штаммах каллусных тканей руты душистой с различным содержанием рутакридона// Физиол. раст. , 1987. – Т. 34. - Вып. 5 - С. 1025-1027.

8. Голубинская Е.С. Культура изолированных зародышей пиона// Культура изолированных органов, тканей и клеток растений: Тр. I Всесоюзн. конф. (22-26 января 1963 г., Москва. - М.: Наука, 1970. - С. 36-41.

9. Бостанова Л.У., Орлова И.Г., Гуреева Г.С., Кунижев С.М. Эндо- и экзогенная антибактериальная активность каллуса лаванды (Lavandula angustifolia Mill.)// Перспективные направления физико-химической биологии и биотехнологии: Тезисы докладов и стендовых сообщений XVIII зимней молодежной научной школы (Москва, 7-10 февраля 2006 г.). – М., 2006. - С. 89.

10. Бостанова Л.У. Разработка и оптимизация биотехнологических методов культивирования in vitro Lavandula angustifolia Mill. с целью расширения исходного материала для селекции: Автореф. дисс.канд. - Ставрополь, 2006. - С. 22.