Введение Eucommia ulmoides Oliv. в культуру in vitro

УДК

631.532

DOI:

10.37482/0536-1036-2020-5-38-50

Аннотация

Возрастающая потребность в лекарственных средствах растительного происхождения требует изучения не только биологических ресурсов лекарственных растений, но и способов их размножения. Особенно ценны лекарственные растения, имеющие длительную историю успешного применения в традиционной медицине. К ним относится эвкоммия вязолистная (Eucommia ulmoides Oliv.), которая является редким реликтовым видом, произрастающим в естественных условиях в подлеске влажных субтропических лесов Китая, преимущественно в среднем течении р. Янцзы. Она выгодно отличается от большинства субтропических растений тем, что обладает значительной морозоустойчивостью и позволяет культивировать ее за пределами влажных субтропиков. С середины XX в. она широко интородуцировалась в Краснодарском крае и Республике Адыгея, успешно адаптировалась в разных экологических условиях Северо-Западного Кавказа. Для удовлетворения все возрастающего спроса на кору эвкоммии требуется закладка промышленных плантаций. Однако возникающие при ее семенном размножении трудности (двудомность вида, низкое качество пыльцы, партенокарпия, длительный покой семян, нерегулярность плодоношения, длительный ювенильный период) заставляют обращаться к современным биотехнологическим методам размножения растений. Рассматривая вопросы выращивания посадочного материала, следует сосредоточить внимание на высокоэффективных методах, обеспечивающих стабильное и массовое размножение изучаемых объектов. При этом важную роль играет разработанный и выбранный для конкретных целей путь регенерации растений in vitro. Эффективность использования методов биотехнологии связана с сокращением сроков получения в большом количестве вегетативного потомства трудно размножаемых растений, а также с экономией площадей, необходимых для их культивирования. По результатам проведенных исследований подобраны условия получения асептической культуры E. ulmoides. Наивысшая степень стерилизации сегментов побегов эвкоммии вязолистной оказалась при последовательном погружении образцов сначала в 70 %-й этанол (30 с), а затем в 0,1 %-й раствор HgCl2 (5 мин). При такой процедуре стерилизации 63,3 % исследуемых черенков оказываются стерильными, из них 56,7 % – жизнеспособными. Определен оптимальный состав питательной среды для регенерации микропобегов E. ulmoides: среда Мурасиге–Скуга (МS) с дополнением 1 мг/л бензиламинопурина (БАП) + 0,2 мг/л альфа-нафтилуксусной кислоты (НУК). Лучшими питательными средами для укоренения эксплантов являются следующие: 2/3 MS + 1,5 мг/л НУК + 30 г сахарозы + 7 г агара; 2/3 MS + 1 мг/л НУК + 0,4 мг/л ИМК + 30 г сахарозы + 7 г агара.

Сведения об авторах

А.В. Жигунов, д-р с.-х. наук, проф.; ResearcherID: AAK-8124-2020;
ORCID: https://orcid.org/0000-0001-8707-7526
Куинь Чанг Нгуен, аспирант; ResearcherID: AAK-8702-2020;
ORCID: https://orcid.org/0000-0003-2749-2087
Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет им. С.М. Кирова, Институтский пер., д. 5, Санкт-Петербург, Россия, 194021; e-mail: a.zhigunov@bk.ru

Ключевые слова

Eucommia ulmoides Oliv., микроклональное размножение, микропобег, стерилизация, регенерация, регулятор роста

Для цитирования

Жигунов А.В., Нгуен Куинь Чанг. Введение Eucommia ulmoides Oliv. в культуру in vitro // Изв. вузов. Лесн. журн. 2020. № 5. С. 38–50. DOI: 10.37482/0536-1036-2020-5-38-50

Литература

1. Алехина Н.Д., Балнокин Ю.В., Гавриленко В.Ф., Жигалова Т.В., Мейчик Н.Р., Носов А.М., Полесская О.Г., Харитонашвили Е.В., Чуб В.В Физиология растений / под ред. И.П. Ермакова. 2-е изд., испр. М.: ИЦ Академия, 2007. 640 с. [Alekhina N.D., Balnokin Yu.V., Gavrilenko V.F., Zhigalova T.V., Meychik N.R., Nosov A.M., Polesskaya O.G., Kharitonashvili E.V., Chub V.V. Plant Physiology. Ed. by I.P. Ermakova. Moscow, Akademiya Publ., 2007. 640 p.].
2. Бондаренко А.С., Жигунов А.В. Статистическая обработка материалов лесоводственных исследований. СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2016. 125 с. [Bondarenko A.S., Zhigunov A.V. Statistical Processing of Forestry Research Materials. Saint Petersburg, Politechpress Publ., 2016. 125 p.].
3. Деревья и кустарники СССР / под ред. С.Я. Соколова. Л.: Изд-во АН СССР, 1954. Т. 3. 872 с. [Trees and Shrubs of the USSR. Ed. by S.Ya. Sokolov. Leningrad, AN SSSR Publ., vol. 3, 1954. 872 p.].
4. Калинин Ф.Л., Кушнир Г.П., Сарнацкая В.В. Технология микроклонального размножения растений. Киев: Наук. думка, 1992. 232 с. [Kalinin F.L., Kushnir G.P., Sarnatskaya V.V. Technology of Microclonal Propagation of Plants. Kiev, Naukova Dumka Publ., 1992. 232 p.].
5. Лутова Л.А. Биотехнология высших растений. 2-е изд. СПб.: СПбГУ, 2010. 240 с. [Lutova L.A. Biotechnology of Embryophyta. Saint Petersburg, SPbU Publ., 2010. 240 p.].
6. Лутова Л.А., Матвеева Т.В. Генная и клеточная инженерия в биотехнологии высших растений / под ред. И.А. Тихоновича. СПб.: Эко-Вектор, 2016. 168 с. [Lutova L.A., Matveeva T.V. Genetic and Cellular Engineering in Biotechnology of Embryophyta. Ed. by I.A. Tikhonovich. Saint Petersburg, Eco-Vector Publ., 2016. 168 p.].
7. Медведев С.С. Физиология растений. СПб.: БХВ-Петербург, 2013. 512 с. [Medvedev S.S. Plant Physiology. Saint Petersburg, BHV-Peterburg Publ., 2013. 512 p.].
8. Никитина В.В., Вишневская М.С. Селекция растений. Культивирование изолированных тканей и органов растений в условиях in vitro. СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2015. 32 с. [Nikitina V.V., Vishnevskaya M.S. Plant Breeding. Cultivation of Isolated Tissues and Organs of Plants in vitro: Workshop. Saint Petersburg, Politechpress Publ., 2015. 32 p.].
9. Тахтаджян А.Л. Происхождение и расселение цветковых растений Л.: Наука, 1970. 155 с. [Takhtadzhyan A.L. The Origin and Distribution of Flowering Plants. Leningrad, Nauka Publ., 1970. 155 p.].
10. Триль А.В. Эколого-биологические особенности эвкоммии вязолистной Eucommia ulmoides Oliv., интродуцированной на Северо-Западном Кавказе, и перспективы ее использования: автореф. дис. ... канд. с.-х. наук. Майкоп, 2005. 22 с. [Tril’ A.V. Ecological and Biological Features of Eucommia ulmoides Oliv. Introduced in the Northwest Caucasus and Prospects for Its Use: Cand. Agric. Sci. Diss. Abs. Maikop, 2005. 22 p.].
11. Эвкоммия вязолистная (Eucommia ulmoides) // Материалы сайта ООО «Фирма «Здоровье». Режим доступа: http://lektrava.ru/encyclopedia/evkommiyavyazolistnaya/ (дата обращения: 22.01.20) [Eucommia ulmoides. Materials of the Site OOO Firma Zdorovye].
12. Chen L.-J., Hu T.-W., Huang L.-C. A Protocol toward Multiplication of the Medicinal Tree, Eucommia ulmoides Oliver. In Vitro Cellular & Developmental Biology – Plant, 1995, vol. 31, pp. 193–198. DOI: 10.1007/BF02632020
13. Hu D., Yang Z. Study Seed Germination and Seedling Growth Eucommia ulmoides. Bulletin of Plant Physiology, 1955, vol. 6, p. 1.
14. Li Y., Zhang Z.-H., Ma X.-H. Effects of Medium Concentration on Callus Growth and Secondary Metabolites of Eucommia ulmoides. Journal of Wuhan Botanical Research, 2004, vol. 22, iss. 4, pp. 359–363.
15. Li Z., Wang D., Jiang Z., Tang R. Effects of Basic Media and Culture Conditions on Growth of Calluses and Production of Secondary Metabolites of Eucommia ulmoides. Acta Botanica Boreali-Occidentalia Sinica, 2004, vol. 24, iss. 10, pp. 1912–1916.
16. Murashige T., Skoog F. A Revised Medium for Rapid Growth and Bio Assays with Tobacco Tissue Cultures. Physiologia Plantarum, 1962, vol. 15, iss. 3, pp. 473–497. DOI: 10.1111/j.1399-3054.1962.tb08052.x
17. Skoog F., Miller C.O. Chemical Regulation of Growth and Organ Formation in Plant Tissue Cultures in vitro. Symposia of the Society for Experimental Biology, 1957, vol. 11, pp. 118–131.
18. The Prime Minister Decision No. 1976/QD-TTg of October 30, 2013, Approving the Master Plan on Medicinal Plant Development through 2020, with Orientations toward 2030. Vietnam Law & Legal Forum, 2013, iss. Nos 09-10, pp. 19–30.
19. Wang D., Wang Y., Li G., Li Z. Du zhong yu zhong yan jiu jin zhan – 杜仲育 种研究进展 [Research Process of Breeding Eucommia ulmoides]. Jiangsu Agricultural Sciences, 2014, iss. 8, pp. 7–10.
20. Cây đỗ trọng và công dụng của cây đỗ trọng. Materials of the Site Y KHOA VIỆT. Available at: http://ykhoaviet.vn/cay-do-trong-va-cong-dung-cua-cay-do-trong-6481.html (accessed 22.01.20).

Ссылка на английскую версию:

Introduction of Eucommia ulmoides Oliv. to in vitro Culture

INTRODUCTION OF Eucommia ulmoides Oliv. TO IN VITRO CULTURE

A.V. Zhigunov, Doctor of Agriculture, Prof.; ResearcherID: AAK-8124-2020;
ORCID: https://orcid.org/0000-0001-8707-7526
Q.T. Nguyen, Postgraduate Student; ResearcherID: AAK-8702-2020;
ORCID: https://orcid.org/0000-0003-2749-2087
St. Petersburg State Forest Engineering University named after S.M. Kirov, Institutskiy per., 5, Saint Petersburg, 194021, Russian Federation; e-mail: a.zhigunov@bk.ru

The increasing need for herbal medicines requires the study of not only biological resources of medical plants, but also methods for their reproduction. Of special value are the medicinal plants that have a long history of success in traditional medicine. One of such plants is  Eucommia ulmoides Oliv., which belongs to a rare relict species growing in natural conditions, for the most part, in the undergrowth of humid subtropical forests in China, mainly in the middle course of the Yangtze river. E. ulmoides compares favorably with most subtropical plants owing to its significant frost resistance, which makes it possible to cultivate it outside the humid subtropics. It has been widely introduced in Krasnodar Krai and in the Republic of Adygea (Russia) since the mid-20th century and successfully adapted to various environmental conditions in the Northwest Caucasus. The increasing demand for E. ulmoides bark can only be satisfied by laying out industrial plantations. However, the difficulties encountered in the traditional seed reproduction of E. ulmoides (dioecious species, pollen low quality, parthenocarpy, prolonged seed dormancy, irregular fruiting, long juvenile period, etc.) make scientists turn to modern biotechnological methods of plant propagation. While considering cultivation of planting material, we should focus on highly efficient methods that ensure stable and mass reproduction of the plants under study. An important role is played here by in vitro plant regeneration. The effectiveness of biotechnology methods is due to a reduction in timing of obtaining a large number of vegetative progeny of plants difficult for propagation, as well saving of the area required for their cultivation. The conditions for producing an aseptic culture of E. ulmoides were chosen based on the results of the studies. The highest degree of sterilization of E. ulmoides shoot segments was achieved when the explants were sequentially immersed first in 70 % ethanol (30 s) and then in 0.1 % mercuric chloride solution (5 min). With such a sterilization procedure, 63.3 % of the studied cuttings were made sterile, and 56.7 % of them proved to be viable. The optimal composition of the nutrient medium for regeneration of E. ulmoides microshoots has been determined: MS medium complemented with 1 mg/L 6-Benzylaminopurine (BAP) + 0.2 mg/L 1-Naphthaleneacetic acid (NAA). The best media for explant rooting are the following: 2/3 MS + 1.5 mg/L NAA + 30 g sucrose + 7 g agar; 2/3 MS + 1 mg/L NAA + 0.4 mg/L IBA + 30 g sucrose + 7 g agar.
For citation: Zhigunov A.V., Nguyen Q.T. Introduction of Eucommia ulmoides Oliv. to in vitro Culture. Lesnoy Zhurnal [Russian Forestry Journal], 2020, no. 5, pp. 38–50. DOI: 10.37482/0536-1036-2020-5-38-50

Keywords: Eucommia ulmoides Oliv., microclonal propagation, microshoot, sterilization, regeneration, growth regulator.

Поступила 22.01.20 / Received on January 22, 2020