Morphogenesis features of Hedysarum alpinum L. in in vitro culture

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The plants of Hedysarum alpinum L. in the North are characterized by a long pregenerative period, the laboriousness of seed propagation, low field germination of seeds, rare self-sowing, and the impossibility of vegetative propagation. In connection with this, it seemed relevant to introduce this rare species (included in the Red Book of the Komi Republic) into aseptic culture to preserve and maintain the gene pool, as well as to further develop the technology of its cultivation to obtain medicinal raw materials. The morphogenesis was studied, and the peculiarities of the regeneration of adventitious shoots of Hedysarum alpinum in in vitro culture were revealed. During three subcultivations, the influence of two cytokinin growth regulators, 6-benzylaminopurine (BAP) and kinetin (KIN), at concentrations from 0,5 to 1,0 mg/l, on the regeneration potential of different explants of Hedysarum alpinum in in vitro culture was determined on the WPM environment. A high frequency of regeneration of shoots from single-node segments and cotyledon nodes was obtained – 79% and 65%, respectively. In the second and third passages, there was an increase in the regenerative activity of the cotyledon node explants and an increase in the multiplication factor to 5 shoots per explant. It was shown that relatively high concentrations (1,0 mg/l) of BAP and CIN increase the number of shoots per explant but inhibit their growth and development. For the reproduction stage proper, the medium containing BAP 0,5 + CIN 0,5 + IAA 0,1 mg/l is optimal. It was shown that the initiation of rhizogenesis actively took place on the WPM medium supplemented with IAA 0,5 and IBA 0,5 mg/l, on which the proportion of rhizogene explants was 77%. The maximum values for the length and number of roots were obtained on the medium with IAA 1,0 mg/l and with the combined use of two auxins (IAA with IBA at 0,5 mg/l). The regenerated plants were transplanted into non-sterile conditions, and their survival rate under ex vitro conditions was 50%.

About the authors

Zhanna Eduardovna Mikhovich

Institute of Biology of Komi Scientific Centre of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: mihovich@ib.komisc.ru

candidate of biological sciences, senior researcher of Botanical Garden

Russian Federation, Syktyvkar

Olga Valerievna Skrotskaya

Institute of Biology of Komi Scientific Centre of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: skrockaja@ib.komisc.ru

candidate of biological sciences, head of Botanical Garden

Russian Federation, Syktyvkar

Nadezhda Vasilyevna Portnyagina

Institute of Biology of Komi Scientific Centre of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: portniagina@ib.komisc.ru

candidate of agricultural sciences, associate professor, senior researcher of Botanical Garden

Russian Federation, Syktyvkar

References

  1. Федорова Ю.С., Кульпин П.В., Суслов Н.И., Мелентьева Ю.В., Косенко К.К. Изучение кардиопротекторных свойств биологически активных веществ Hedysarum alpinum L. // Вестник науки и образования. 2018. № 16–1 (52). С. 85–91.
  2. Во Т.Х.Т., Нгуен Ч.З., Нгуен К.Х., Ушакова Н.А. Выделение из листьев мангового дерева Mangifera indica мангифирина и оценка его биологической активности по блокированию α-глюкозидазы // Химико-фармацевтический журнал. 2017. Т. 51, № 9. С. 44–48.
  3. Высочина Г.И., Кукушкина Т.А. Биологически активные вещества некоторых видов рода Hedysarum L. // Химия растительного сырья. 2011. № 4. С. 251–258.
  4. Кукушкина Т.А., Высочина Г.И., Карнаухова Н.А., Селютина И.Ю. Содержание мангиферина и суммы ксантонов в растениях некоторых дикорастущих и интродуцированных видов Hedysarum (Fabaceae) // Растительные ресурсы. 2011. Вып. 1. С. 99–106.
  5. Федорова Ю.С., Кузнецов П.В., Сухих А.С., Минаев К.М. К феномену сравнительного изучения методом ВЭЖХ некоторых типов биологически активных веществ в фитопрепаратах копеечников H. neglectum, H. theinum, H. alpinum // Ползуновский вестник. 2010. № 3. С. 215–217.
  6. Головкин Б.Н., Руденская Р.Н., Трофимова И.А., Шретер А.И. Биологически активные вещества растительного происхождения. Т. II. М.: Наука, 2001. 764 с.
  7. Вичканова С.А., Шипулина Л.Д., Фатеева Т.В., Бортникова В.В., Крепкова Л.В., Кузнецов Ю.Б. Алпизарин – эффективное противовирусное средство, выделенное из растений Fabaceae и Anacardiaceae // Химия. Технология. Медицина: тр. всерос. науч.-исслед. института лекарственных и ароматических растений. М., 2000. С. 210–218.
  8. Жилякова Т.П., Зиннер Н.С., Удинцев С.Н., Свиридова Т.П. Перспективы применения надземной части копеечника альпийского (Hedysarum alpinum L.) и девясила высокого (Inula helenium L.) в качестве кормовых добавок-фитогеников в свиноводстве // Вестник Томского государственного университета. Биология. 2013. № 4 (24). С. 124–132.
  9. Улле З.Г. Копеечник альпийский Hedysarum alpinum L. // Красная книга Республики Коми. Третье изд., официальное / под общ. ред. С.В. Дёгтевой. Сыктывкар: ООО «Коми республиканская типография», 2019. С. 498.
  10. Майсурадзе Н.И., Угнивенко В.В. Задачи интродукции лекарственных растений и пути их решения // Результаты и перспективы научных исследований в области создания лекарственных средств из растительного сырья: тез. докл. всесоюз. науч. конф. М.: ВИЛР, 1985. С. 249–251.
  11. Krakauer J., Long Y., Kolbert A., Thanedar S., Southard J. Presence of L-canavanine in Hedysarum alpinum seeds and its potential role in the death of Chris McCandless // Wilderness and Environmental Medicine. 2015. Vol. 26, iss. 1. P. 36–42. doi: 10.1016/j.wem.2014.08.014.
  12. Ромашкина С.И., Савченко О.М. Изучение особенностей роста и развития копеечника альпийского (Hedysarum alpinum L.) в нечерноземной зоне Российской Федерации // Вестник КрасГАУ. 2018. № 4 (139). С. 16–21.
  13. Ромашкина С.И., Хазиева Ф.М. Перспективы выращивания Hedysarum alpinum L. в нечерноземной зоне Российской Федерации // Вестник КрасГАУ. 2020. № 12 (168). С. 63–68. doi: 10.36718/1819-4036-2020-12-63-68.
  14. Свиридова Т.П., Зиннер Н.С. Перспективы выращивания Hedysarum alpinum L. и Hedysarum theinum Krasnob. в условиях Томской области // Вестник Томского государственного университета. Биология. 2008. № 2. С. 5–11.
  15. Зиннер Н.С., Высочина Г.И., Кукушкина Т.А., Свиридова Т.П. Биологически активные вещества Hedysarum alpinum L. и H. theinum Krasnob. (Fabaceae), интродуцируемых в Томскую область // Вестник Томского государственного университета. Биология. 2010. № 4 (12). С. 116–122.
  16. Жмудь Е.В., Зиннер Н.С. Содержание белка и активность ингибиторов трипсина в листьях интродуцируемых в Западную Сибирь Hedysarum alpinum и H. theinum (Fabaceae) // Растительные ресурсы. 2011. Вып. 3. С. 103–110.
  17. Belous Y.V., Zinner N.S. Photosynthetic pigments content in Hedysarum alpinum L. leaves // BioClimLand. 2014. № 2. P. 35–38.
  18. Зиннер Н.С. Содержание фотосинтетических пигментов в листьях копеечника альпийского Hedysarum alpinum L. // Биологические особенности лекарственных и ароматических растений и их роль в медицине: сб. науч. тр. междунар. науч.-практ. конф., посв. 85-летию ВИЛАР. М.: Щербинская типография, 2016. С. 382–383.
  19. Портнягина Н.В., Фомина М.Г., Пунегов В.В., Зайнуллина К.С., Эчишвили Э.Э. Итоги интродукции Hedysarum alpinum L. в условиях среднетаежной подзоны в Республике Коми // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2014. Т. 16, № 1 (3). С. 796–799.
  20. Ахметова А.Ш. Морфогенез Hedysarum argyrophyllum Ledeb. в культуре in vitro // Агрохимия. 2013. № 9. С. 55–58.
  21. Конурбаева Р.У., Алдаярбек К.Г., Умралина А.Р. Введение в культуру и сохранение в коллекции in vitro копеечников Кыргызстана // Известия вузов (Кыргызстан). 2015. № 2. С. 126–131.
  22. Эрст А.А., Звягина Н.С., Новикова Т.И., Дорогина О.В. Клональное микроразмножение редкого вида Hedysarum theinum Krasnob. (Fabaceae) и оценка генетической стабильности регенерируемых растений с помощью ISSR-маркеров // Генетика. 2015. Т. 51, № 2. С. 188–193. doi: 10.7868/s0016675815020071.
  23. Эрст А.А., Железниченко Т.В., Кукушкина Т.А., Новикова Т.И., Кузовкова А.А., Копач О.В., Банаев Е.В. Особенности получения вторичных метаболитов в культуре клеток, тканей и органов Hedysarum theinum (Fabaceae) in vitro // Turczaninowia. 2015. Т. 18, № 4. С. 26–35. doi: 10.14258/turczaninowia.18.4.3.
  24. Аврамова Е.С., Черепанова О.Е. Введение в культуру in vitro Hedysarum gmelinii Ledeb. // Аграрный вестник Урала. 2020. № 10 (201). С. 35–42. doi: 10.32417/1997-4868-2020-201-10-35-42.
  25. Малаева Е.В., Супрун Н.А. Hedysarum razoumovianum Fisch. et Helm. ex DC. в культуре Волгоградского регионального ботанического сада // Проблемы ботаники Южной Сибири и Монголии. 2021. Т. 20, № 1. С. 290–294. doi: 10.14258/pbssm.2021056.
  26. Ляпкова Н.С., Хадеева Н.В., Шаин С.С., Майсурян А.Н. Разработка методов культивирования тканей копеечника in vitro // Биотехнология. 1999. № 1. С. 55–61.
  27. Савин П.С., Савенкова М.В., Савина Т.А., Мясникова С.Б. Влияние регуляторов роста на индукцию и пролиферацию каллуса Hedysarum alpinum L. // Вопросы биологической, медицинской и фармацевтической химии. 2018. Т. 21, № 1. С. 53–56. doi: 10.29296/25877313-2018-01-09.
  28. Николаева М.Г., Разумова М.В., Гладкова В.Н. Справочник по проращиванию покоящихся семян. Л.: Наука. Ленингр. отд-ние, 1985. 347 с.
  29. Амброс Е.В., Коцупий О.В., Новикова Т.И., Высочина Г.И. Клональное микроразмножение редкого вида Astragalus sericeocanus Gontsch. и содержание фенольных соединений в условиях in vitro // Turczaninowia. 2018. Т. 21, № 4. С. 87–99. doi: 10.14258/turczaninowia.21.4.10.
  30. Murashige T., Skoog F. A revised medium for rapid growth and bio assays with tobacco tissue cultures // Physiologia Plantarum. 1962. Vol. 15, iss. 3. P. 473–497. doi: 10.1111/j.1399-3054.1962.tb08052.x.
  31. McCown B.H., Lloyd G. Woody plant medium (WPM) – a revised mineral nutrient formulation for microculture of woody plant species // HortScience. 1981. Vol. 16. P. 453.
  32. Деменко В.И., Лебедев В.Г. Адаптация растений, полученных in vitro, к нестерильным условиям // Известия Тимирязевской сельскохозяйственной академии. 2011. Вып. 1. С. 60–70.
  33. Князева И.В. Адаптация полученных in vitro растений земляники садовой к нестерильным условиям // Плодоводство и виноградарство Юга России. 2017. № 45 (3). С. 159–166.
  34. Большакова Е.В., Емельянова И.С., Лукаткин А.С. Культивирование орхидеи Anоectochilus roxburghii (Wаll.) в условиях ex vitro // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Естественные науки. 2019. № 3 (27). С. 16–23. doi: 10.21685/2307-9150-2019-3-2.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Fig. 1

Download (804KB)
3. Fig. 2

Download (141KB)

Copyright (c) 2023 Mikhovich Z.E., Skrotskaya O.V., Portnyagina N.V.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies