НЕКОТОРЫЕ АСПЕКТЫ СЕЛЕКЦИОННОЙ РАБОТЫ С POLEMONIUM CAERULEUM L.
Аннотация
Обоснование. Методы искусственной полиплоидизации недостаточно используются в лекарственном растениеводстве. Использование колхицина вызывает явные морфологические изменения у полученных полиплоидов P. caeruleum и изменения показателей продуктивности сырья и семян. Исследование проводилось в НИИ ВИЛАР, Московский регион.
Цель. На основании сравнительных биолого-морфологических и хозяйственно-ценных признаков диплоидных и тетраплоидных форм лекарственного растения синюхи голубой (Polemonium caeruleum L.) провести идентификацию и оценку полученных полиплоидных форм как исходного материала в селекционной работе.
Материалы и методы. Впервые полиплоидные растения P. caeruleum получены в 2019 году. В 2021-2022 гг. (на 2-й и 3-й год вегетации) в поколении C2, были изучены биолого-морфологические и хозяйственно-ценные признаки колхицин индуцированных тетраплоидных растений. Контроль (исходная форма) – культивируемый сорт «Лазурь».
Результаты. Впервые дана оценка хозяйственно-биологических и морфологических показателей исходного материала лекарственной культуры синюхи голубой, полученного на основе колхицин-индуцированных тетраплоидных растений. Хозяйственно-биологические показатели исходного материала выше, чем в контроле: по урожайности сырья (корневища с корнями) - на 21-52 % и по урожайности семян - на 44‑53 %. По содержанию суммы тритерпеновых сапонинов в пересчете на β-эсцин тетраплоидные растения соответствовали требованиям фармакопейной статьи (не менее 10 %). Наиболее высокое содержание биологически активных веществ превышало контроль на 14-15 %.
Получены также биометрические и описательные данные по высоте, размеру и форме соцветий и листьев, толщине стебля, окраске частей растения, в том числе по выраженности антоцианового окрашивания. Эти отличительные морфологические характеристики легко идентифицируются и могут быть использованы для предварительной оценки предполагаемых полиплоидных форм P. caeruleum. Тетраплоидные растения имеют многочисленные побеги с антоцианово-окрашенным стеблем большей толщины, чем у контрольных растений. Изучение морфологических признаков показало, что колхицин-индуцированные растения низкорослые – до 86 % ниже контрольных растений. Соцветия также меньше размером, но более плотные и разветвленные, чем в контроле. Листья у тетраплоидов крупнее, имеют темно-зеленую окраску листовой пластинки. Превышение над контролем по длине стеблевых листьев составляло 12-32 %, по ширине листьев – 7-25 %. Семян формировалось меньше, но они были крупнее. Масса 1000 семян увеличилась на 5,5 % по сравнению с контролем.
Заключение. В результате исследований по комплексу биоморфологических и хозяйственно-биологических признаков выделены перспективные номера синюхи голубой для дальнейшей селекционной работы. Результаты исследования актуальны для создания новых высокопродуктивных сортов лекарственной культуры синюхи голубой.
Благодарности. Семена сорта Лазурь для исследования взяты из биологической коллекции семян ФГБНУ ВИЛАР, которая входит в Уникальную научную установку «Биоколлекции ФГБНУ ВИЛАР» в рамках темы НИР ФГБНУ ВИЛАР FGUU-2022-0014.
Скачивания
Литература
Список литературы
Аникина А.Ю., Басалаева И.В., Бушковская Л.М., Быкова О.А., Грязнов М.Ю., Загуменников В.Б. и др. Лекарственные и эфиромасличные культуры // Особенности возделывания на территории Российской Федерации. Москва: изд-во «Наука», 2021. С. 147-154.
Басалаева И.В., Хазиева Ф.М., Коротких И.Н., Саматадзе Т.Е. Посевные качества и урожайность семян колхицин индуцированных растений в поколениях С1 и С2 Polemonium cаeruleum L. // Современные тенденции развития технологий здоровьесбережения. Сборник научных трудов Х Международной научно-практической конференции молодых ученых. Москва, 2022. С. 17-22. https://doi.org/10.52101/9785870191058_17
Государственная Фармакопея Российской федерации XIII изд. ФС.2.5.0039.15. [Электронный ресурс]. URL: http://pharmacopoeia.ru/fs-2-5-0039-15-sinyuhi-goluboj-kornevishha-s-kornyami/ (дата обращения 04.05.2023)
Загуменников В.Б. Оптимизация культивирования лекарственных растений в Нечерноземной зоне России. Москва: ВИЛАР, 2006. 76 с.
Мальцева А. А., Сорокина А. А., Брежнева Т. А., Чистякова А. С., Сливкин А. И. Трава синюхи голубой – перспективный источник тритерпеновых сапонинов // Фармацея. 2011. № 7. С. 13–16.
Хазиева Ф.М., Басалаева И.В., Коняева Е.А., Бурова А.Е., Саматадзе Т.Е. Скрининг биоморфологических признаков и цитогенетических особенностей Polemonium caeruleum L. после применения колхицина // Siberian Journal of Life Sciences and Agriculture. 2023. Т. 15, №2. С. 139-162. https://doi.org/10.12731/2658-6649-2023-15-2-139-162
Augustin J.M., Kuzina V., Andersen S.B., Bak S. Molecular activities, biosynthesis and evolution of triterpenoid saponins // Phytochemistry. 2011. Vol. 72. P. 435–457. https://doi.org/10.1016/j.phytochem.2011.01.015
Banyai W., Sangthong R. Overproduction of artemisinin in tetraploid Artemisia annua L. // Plant Biotechnology. 2010. Vol. 27. № 5. P. 427–433. https://doi.org/10.1007/s11240-012-0127-8
Dhamaynthi K. P. M., Gotmare V. Induction of polyploidy in two diploid wild cotton (G. armourianum and G.aridum) // Electronic Journal of Plant Breeding. 2010. Vol. 1. № 4. P. 966–972.
Dehghan E., Häkkinen S. T., Oksman-Caldentey K-M., Ahmadi F. S. Production of tropane alkaloids in diploid and tetraploid plants and in vitro hairy root cultures of Egyptian henbane (Hyoscyamus muticus L.) // Plant Cell Tissue Organ Cult. 2012. Vol. 110, No. 1. P. 35–44. https://doi.org/:10.1007/s11240-012-0127-8
Dibyendu T. Cytogenetic characterization of induced autotetraploids in grass pea (Lathyrus sativus L.) // Caryologia. 2010. Vol. 63. P. 62–72. https://doi.org/:10.1080/00087114.2010.10589709
Eng W. H., Ho W. S. Polyploidization using colchicine in horticultural plants: A review // Sci. Hortic. 2019. Vol. 246. P. 604–617. https://doi.org/10.1016/j.scienta.2018.11.010
Gao, S. L., Zhu, D. N., Cai, Z. H., Xu, D. R. Autotetraploid plants from colchicine-treated bud culture of Salvia miltiorrhiza Bge // Plant Cell Tissue Organ Cult. 1996. Vol. 47. P. 73–77.
Glazunova A., Hazieva F., Samatadze T. Effect of Colchicine treatmenton the cariology and morphology signs of Polemonium caeruleum L. // BIO Web of Conferences. 2020. Vol. 17, 00210. https://doi.org/10.1051/bioconf/20201700210
Javadian N., Karimzadeh G., Sharifi M., Moieni A., Behmanesh M. In vitro polyploidy induction: Changes in morphology, podophyllotoxin biosynthesis, and expression of the related genes in Linum album (Linaceae) // Planta. 2017. Vol. 245. P. 1165–1178. https://doi.org/10.1007/s00425-017-2671-2
Lavania U. С. Genomic and ploidy manipulation for enhanced production of phyto-pharmaceuticals // Plant Genet Resour. 2005. Vol. 3, No. 2. P. 170–177. https://doi.org/10.1079/PGR200576
Luo Z., Iaffaldano B. J., Cornish K. Colchicine-induced polyploidy has the potential to improve rubber yield in Taraxacum kok-saghyz // Ind Crops Prod. 2018. Vol. 112. P. 75–81. https://doi.org /10.1016/j.indcrop.2017.11.010
Manzoor A., Ahmad T., Bashir M.A., Hafiz I.A., Silvestri C. Studies on colchicine induced chromosome doubling for enhancement of quality traits in ornamental plants // Plants. 2019. Vol. 8. P. 194. https://doi.org/10.3390/plants8070194
Myslennikov P.V., Chupakhina G.N., Skrypnik L.N. The content of phenolic compounds in medicinal plants of a botanical garden (Kaliningrad oblast) // Biol. Bull. 2014. Vol. 41. P. 133–138.
Mohammad Abdoli, Ahmad Moieni, Hassanali Naghdi Badi. Morphological, physiological, cytological and phytochemical studies in diploid and colchicine-induced tetraploid plants of Echinacea purpurea (L.) // Acta Physiol Plant. 2013. Vol. 35. P. 2075–2083. https://doi.org/10.1007/s11738-013-1242-9
Moshnenko E.V., Zelentsov S.V., Pasmenko T.V., Luneva V.B. Morphological and cytological studies of artificial polyploids of coriander Coriandrum sativum L. // Oilseeds. 2009. Vol. 2. P. 13–18.
Niu L., Tao Y.B., Chen M. S., et al. Identification and characterization of tetraploid and octoploid Jatropha curcas induced by colchicine // Caryologia. 2016. Vol. 69. P. 58–66. https://doi.org/10.1080/00087114.2015.1110308
Obute G. C., Ndukwu B. C., Chukwu O. F. Targeted mutagenesis in Vigna unguiculata (L.) Walp. and Cucumer opsismannii (NAUD) in Nigeria // Afr. J. Biotechnol. 2007. Vol. 6. P. 2467–2472. https://doi.org/10.5897/AJB2007.000-2390
Omidbaigi R., Yavari S., Hassani M.E., Yavari S. Induction of autotetraploidy in dragonhead (Dracocephalum moldavica L.) by colchicine treatment // J Fruit Ornam Plant Res. 2010. Vol. 18. No. 1. P. 23–35.
Petersen K. K., Hagberg P., Kristiansen K. Colchicine and oryzalin mediated chromosome doubling in different genotypes of Miscanthus sinensis // Plant Cell Tissue Org. Cult. 2003. Vol. 73. P. 137–146. http://dx.doi.org/10.1023/A:1022854303371
Pan-pan H., Wei-Xu L., Hui-Hui L., Zeng-Xu X. In vitro induction and identification of autotetraploid of Bletilla striata (Thunb.) Reichb.f. by colchicine treatment // Plant Cell Tissue Organ Cult. 2018. Vol. 132. P. 425–432. https://doi.org/10.1007/s11240-017-1339-8
Sabzehzari M., Hoveidamanesh S., Modarresi M., Mohammadi V. Morphological, anatomical, physiological, and cytological studies in diploid and tetraploid plants of Ispaghul (Plantago ovata Forsk.) // Genet. Resour. Crop Evol. 2020. Vol. 67. P. 129–137.
Sajjad Y., Jaskani M. J., Mehmood A., Ahmad I., Abbas H. E. Effect of colchicine on in vitro polyploidy induction in African marigold (Tagetes erecta). Pak. // J. Bot. 2013. Vol. 45. P. 1255–1258.
Samatadze, T. E. Agro-Morphological and Cytogenetic Characterization of Colchicine-Induced Tetraploid Plants of Polemonium caeruleum L. (Polemoniaceae) / T. E. Samatadze, O.Yu. Yurkevich, F. M. Khazieva, I. V. Basalaeva, E. A. Konyaeva, A. E. Burova, S. A. Zoshchuk, A. I. Morozov, A. V. Amosova, O. V. Muravenko // Plants. 2022. Vol. 11. P. 2585. https://doi.org/10.3390/plants11192585
Tavan M., Mirjalili M. H., Karimzadeh G. In vitro polyploidy induction: changes in morphological, anatomical and phytochemical characteristics of Thymus persicus (Lamiaceae) // Plant Cell Tissue Organ Cult. 2015. Vol. 122. P. 573–583. https://doi.org/10.1007/s11240-015-0789-0
Tulay E. Unal M. Production of colchicine induced tetraploids in Vicia villosaroth // Caryologia. 2010. Vol. 63. P. 292–303.
Sabzehzari M., Hoveidamanesh S., Modarresi M., Mohammadi V. Morphological, anatomical, physiological, and cytological studies in diploid and tetraploid plants of Ispaghul (Plantago ovata Forsk.) // Genet. Resour. Crop Evol. 2020. Vol. 67. P. 129–137. https://doi.org/10.1007/s10722-019-00846-x
Zahedi A. A., Hosseini B., Fattahi M., Dehghan E., Parastar H., Madani H. Overproduction of valuable methoxylated flavones in induced tetraploid plants of Dracocephalum kotschyi Boiss // Bot. Stud. 2014. Vol. 55. No. 1. P. 22. https://doi.org/10.1055/s-0034-1382522
Zhang X. Y., Hu C. G., Yao J. L. Tetraploidization of diploid Dioscorea results in activation of the antioxidant defense system and increased heat tolerance // J. Plant Physiol. 2010. Vol. 167. P. 88–94. https://doi.org/10.1016/j.jplph.2009.07.006
References
Anikina A.Y., Basalaeva I.V., Bushkovskaya L.M., Bykova O.A., Gryaznov M.Y., Zagumennikov V.B. et al. Medicinal and essential oilseed crops. Features of cultivation on the territory of the Russian Federation. Moscow: Nauka, 2021, pp. 147-154.
Basalaeva I.V., Khazieva F.M., Korotkikh I.N., Samatadze T.E. Sowing qualities and seed yield of colchicine induced plants in generations C1 and C2 Polemonium caeruleum L. Modern trends in the development of health-saving technologies. Collection of scientific papers of the X International Scientific and Practical Conference of Young Scientists. Moscow, 2022, pp. 17-22. https://doi.org/10.52101/9785870191058_17
State Pharmacopoeia of the Russian Federation XIII ed. FS.2.5.0039.15. URL: http://pharmacopoeia.ru/fs-2-5-0039-15-sinyuhi-goluboj-kornevishha-s-kornyami/
Zagumennikov V.B. Optimization of cultivation of medicinal plants in the Non-Black Earth Zone of Russia. Moscow: VILAR, 2006, 76 p.
Maltseva A. A., Sorokina A. A., Brezhneva T. A., Chistyakova A. S., Slivkin A. I. Blue grass - a promising source of triterpene saponins. Pharmacea, 2011, no. 7, pp. 13-16.
Khazieva F.M., Basalaeva I.V., Konyaeva E.A., Burova A.E., Samatadze T.E. Screening of biomorphological traits and cytogenetic features of Polemonium caeruleum L. after the application of colchicine. Siberian Journal of Life Sciences and Agriculture, 2023, vol. 15, no. 2, pp. 139-162. https://doi.org/10.12731/2658-6649-2023-15-2-139-162
Augustin J.M., Kuzina V., Andersen S.B., Bak S. Molecular activities, biosynthesis and evolution of triterpenoid saponins. Phytochemistry, 2011, vol. 72, pp. 435–457. https://doi.org/10.1016/j.phytochem.2011.01.015
Banyai W., Sangthong R. Overproduction of artemisinin in tetraploid Artemisia annua L. Plant Biotechnology, 2010, vol. 27, no. 5, pp. 427–433. https://doi.org/10.1007/s11240-012-0127-8
Dhamaynthi K. P. M., Gotmare V. Induction of polyploidy in two diploid wild cotton (G. armourianum and G.aridum). Electronic Journal of Plant Breeding, 2010, vol. 1, no. 4, pp. 966–972.
Dehghan E., Häkkinen S. T., Oksman-Caldentey K-M., Ahmadi F. S. Production of tropane alkaloids in diploid and tetraploid plants and in vitro hairy root cultures of Egyptian henbane (Hyoscyamus muticus L.). Plant Cell Tissue Organ Cult., 2012, vol. 110, no. 1, pp. 35–44. https://doi.org/:10.1007/s11240-012-0127-8
Dibyendu T. Cytogenetic characterization of induced autotetraploids in grass pea (Lathyrus sativus L.). Caryologia, 2010, vol. 63, pp. 62–72. https://doi.org/:10.1080/00087114.2010.10589709
Eng W. H., Ho W. S. Polyploidization using colchicine in horticultural plants: A review. Sci. Hortic., 2019, vol. 246, pp. 604–617. https://doi.org/10.1016/j.scienta.2018.11.010
Gao, S. L., Zhu, D. N., Cai, Z. H., Xu, D. R. Autotetraploid plants from colchicine-treated bud culture of Salvia miltiorrhiza Bge. Plant Cell Tissue Organ Cult., 1996, vol. 47, pp. 73–77.
Glazunova A., Hazieva F., Samatadze T. Effect of Colchicine treatmenton the cariology and morphology signs of Polemonium caeruleum L. BIO Web of Conferences, 2020, vol. 17, 00210. https://doi.org/10.1051/bioconf/20201700210
Javadian N., Karimzadeh G., Sharifi M., Moieni A., Behmanesh M. In vitro polyploidy induction: Changes in morphology, podophyllotoxin biosynthesis, and expression of the related genes in Linum album (Linaceae). Planta, 2017, vol. 245, pp. 1165–1178. https://doi.org/10.1007/s00425-017-2671-2
Lavania U. С. Genomic and ploidy manipulation for enhanced production of phyto-pharmaceuticals. Plant Genet Resour., 2005, vol. 3, no. 2, pp. 170–177. https://doi.org/10.1079/PGR200576
Luo Z., Iaffaldano B. J., Cornish K. Colchicine-induced polyploidy has the potential to improve rubber yield in Taraxacum kok-saghyz. Ind Crops Prod., 2018, vol. 112, pp. 75–81. https://doi.org /10.1016/j.indcrop.2017.11.010
Manzoor A., Ahmad T., Bashir M.A., Hafiz I.A., Silvestri C. Studies on colchicine induced chromosome doubling for enhancement of quality traits in ornamental plants. Plants, 2019, vol. 8, p. 194. https://doi.org/10.3390/plants8070194
Myslennikov P.V., Chupakhina G.N., Skrypnik L.N. The content of phenolic compounds in medicinal plants of a botanical garden (Kaliningrad oblast). Biol. Bull., 2014, vol. 41, pp. 133–138.
Mohammad Abdoli, Ahmad Moieni, Hassanali Naghdi Badi. Morphological, physiological, cytological and phytochemical studies in diploid and colchicine-induced tetraploid plants of Echinacea purpurea (L.). Acta Physiol Plant, 2013, vol. 35, pp. 2075–2083. https://doi.org/10.1007/s11738-013-1242-9
Moshnenko E.V., Zelentsov S.V., Pasmenko T.V., Luneva V.B. Morphological and cytological studies of artificial polyploids of coriander Coriandrum sativum L. Oilseeds, 2009, vol. 2, pp. 13–18.
Niu L., Tao Y.B., Chen M. S., et al. Identification and characterization of tetraploid and octoploid Jatropha curcas induced by colchicine. Caryologia, 2016, vol. 69, pp. 58–66. https://doi.org/10.1080/00087114.2015.1110308
Obute G. C., Ndukwu B. C., Chukwu O. F. Targeted mutagenesis in Vigna unguiculata (L.) Walp. and Cucumer opsismannii (NAUD) in Nigeria. Afr. J. Biotechnol., 2007, vol. 6, pp. 2467–2472. https://doi.org/10.5897/AJB2007.000-2390
Omidbaigi R., Yavari S., Hassani M.E., Yavari S. Induction of autotetraploidy in dragonhead (Dracocephalum moldavica L.) by colchicine treatment. J Fruit Ornam Plant Res., 2010, vol. 18, no. 1, pp. 23–35.
Petersen K. K., Hagberg P., Kristiansen K. Colchicine and oryzalin mediated chromosome doubling in different genotypes of Miscanthus sinensis. Plant Cell Tissue Org. Cult., 2003, vol. 73, pp. 137–146. http://dx.doi.org/10.1023/A:1022854303371
Pan-pan H., Wei-Xu L., Hui-Hui L., Zeng-Xu X. In vitro induction and identification of autotetraploid of Bletilla striata (Thunb.) Reichb.f. by colchicine treatment. Plant Cell Tissue Organ Cult., 2018, vol. 132, pp. 425–432. https://doi.org/10.1007/s11240-017-1339-8
Sabzehzari M., Hoveidamanesh S., Modarresi M., Mohammadi V. Morphological, anatomical, physiological, and cytological studies in diploid and tetraploid plants of Ispaghul (Plantago ovata Forsk.). Genet. Resour. Crop Evol., 2020, vol. 67, pp. 129–137.
Sajjad Y., Jaskani M. J., Mehmood A., Ahmad I., Abbas H. E. Effect of colchicine on in vitro polyploidy induction in African marigold (Tagetes erecta). Pak. J. Bot., 2013, vol. 45, pp. 1255–1258.
Samatadze, T. E. Agro-Morphological and Cytogenetic Characterization of Colchicine-Induced Tetraploid Plants of Polemonium caeruleum L. (Polemoniaceae) / T. E. Samatadze, O.Yu. Yurkevich, F. M. Khazieva, I. V. Basalaeva, E. A. Konyaeva, A. E. Burova, S. A. Zoshchuk, A. I. Morozov, A. V. Amosova, O. V. Muravenko. Plants, 2022, vol. 11, p. 2585. https://doi.org/10.3390/plants11192585
Tavan M., Mirjalili M. H., Karimzadeh G. In vitro polyploidy induction: changes in morphological, anatomical and phytochemical characteristics of Thymus persicus (Lamiaceae). Plant Cell Tissue Organ Cult., 2015, vol. 122, pp. 573–583. https://doi.org/10.1007/s11240-015-0789-0
Tulay E. Unal M. Production of colchicine induced tetraploids in Vicia villosaroth. Caryologia, 2010, vol. 63, pp. 292–303.
Sabzehzari M., Hoveidamanesh S., Modarresi M., Mohammadi V. Morphological, anatomical, physiological, and cytological studies in diploid and tetraploid plants of Ispaghul (Plantago ovata Forsk.). Genet. Resour. Crop Evol., 2020, vol. 67, pp. 129–137. https://doi.org/10.1007/s10722-019-00846-x
Zahedi A. A., Hosseini B., Fattahi M., Dehghan E., Parastar H., Madani H. Overproduction of valuable methoxylated flavones in induced tetraploid plants of Dracocephalum kotschyi Boiss. Bot. Stud., 2014, vol. 55, no. 1, p. 22. https://doi.org/10.1055/s-0034-1382522
Zhang X. Y., Hu C. G., Yao J. L. Tetraploidization of diploid Dioscorea results in activation of the antioxidant defense system and increased heat tolerance. J. Plant Physiol., 2010, vol. 167, pp. 88–94. https://doi.org/10.1016/j.jplph.2009.07.006
Copyright (c) 2024 Firdaus M. Hazieva, Irina N. Korotkikh, Irina V. Basalaeva, Tat'yana Е. Samatadze
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial-NoDerivatives» («Атрибуция — Некоммерческое использование — Без производных произведений») 4.0 Всемирная.
