izvestiiatimacadИзвестия Тимирязевской сельскохозяйственной академииIZVESTIYA OF TIMIRYAZEV AGRICULTURAL ACADEMY0021-342XФГБОУ ВО РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева10.26897/0021-342X-2024-4-53-69izvestiiatimacad-668Research ArticleГЕНЕТИКА, БИОТЕХНОЛОГИЯ, СЕЛЕКЦИЯ И СЕМЕНОВОДСТВОGENETICS, BIOTECHNOLOGY, BREEDING AND SEED PRODUCTIONМикроклональное размножение наперстянки пурпурной (Digitalis purpurea L.) и адаптация регенерантов методом гидропоникиMicroclonal reproduction of Digitalis purpurea L. And adaptation of regenerants in hydroponicsМакаровП. Н.MakarovP. N.

Макаров Петр Николаевич, канд. биол. наук, доцент, доцент кафедры биологии и биотехнологии

628400, г. Сургут, проспект Ленина, 1, тел.: (34–62) 763–154 

Petr N. Makarov, PhD (Bio), Associate Professor, Associate Professor at the Department of Biology and Biotechnology

1 Lenina Ave., Surgut, 628400, phone: (3462) 76–31–54 

makarov_pn@surgu.ruhttps://orcid.org/0000-0003-0564-8888МакаровС. С.MakarovS. S.

Макаров Сергей Сергеевич, д-р с.-х. наук, заведующий кафедрой декоративного садоводства и газоноведения 

127550, г. Москва, ул. Тимирязевская, 49, тел.: (499) 976–05–45 

Sergey S. Makarov, DSc (Ag), head of the Department of Ornamental horticulture and lawn Science

49 Timiryazevskaya St., Moscow, 127550, phone: (499) 976–05–45 

s.makarov@rgau-msha.ruМакароваТ. А.MakarovaT. A.

Макарова Татьяна Анатольевна, канд. биол. наук, доцент, доцент кафедры биологии и биотехнологии 

628400, г. Сургут, проспект Ленина, 1, тел.: (34–62) 763–154 

Tatiana A. Makarova, CSc (Bio), Associate Professor, Associate Professor at the Department of Biology and Biotechnology

1 Lenina Ave., Surgut, 628400, phone: (3462) 76–31–54 

makarova_ta@surgu.ruСамойленкоЗ. А.SamoylenkoZ. A.

Самойленко Зоя Анатольевна, канд. биол. наук, доцент, доцент кафедры биологии и биотехнологии 

628400, г. Сургут, проспект Ленина, 1, тел.: (34–62) 763–154 

Zoya A. Samoylenko, CSc (Bio), Associate Professor, Associate Professor at the Department of Biology and Biotechnology

1 Lenina Ave., Surgut, 628400, phone: (3462) 76–31–54 

samojlenko_za@surgu.ruГулаковаН. М.GulakovaN. M.

Гулакова Наталья Михайловна, инженер кафедры биологии и биотехнологии

628400, г. Сургут, проспект Ленина, 1, тел.: (34–62) 763–154 

Natalia M. Gulakova, Engineer at the Department of Biology and Biotechnology 

1 Lenina Ave., Surgut, 628400, phone: (3462) 76–31–54  

gulakova_nm@surgu.ruСургутский государственный университетРоссияSurgut State UniversityRussian FederationРоссийский государственный аграрный университет – МСХА имени К.А. ТимирязеваРоссияRussian State Agrarian University – Moscow Timiryazev Agricultural AcademyRussian Federation202424052024045369Copyright © Макаров П.Н., Макаров С.С., Макарова Т.А., Самойленко З.А., Гулакова Н.М., 20242024Макаров П.Н., Макаров С.С., Макарова Т.А., Самойленко З.А., Гулакова Н.М.Makarov P.N., Makarov S.S., Makarova T.A., Samoylenko Z.A., Gulakova N.M.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://izvestiia.timacad.ru/jour/article/view/668

В статье представлены результаты разработки технологии микроклонального размножения наперстянки Digitalis purpurea L. с адаптацией растений в гидропонных установках системы периодического подтопления. Показано, что для культивирования растений in vitro с высокой степенью эффективности можно использовать питательные среды MS и WPM с полным и уменьшенным содержанием минеральных солей, дополненных цитокининами 6-БАП, 2-iP и ауксинами ИУК, ИМК в различных концентрациях. Интенсивная пролиферация побегов и ризогенез растений в культуре in vitro происходят на питательных средах MS и WPM уменьшенного вдвое содержания минеральных солей, в составе фитогормонов 6-БАП 0,5 мг/л и 2-iP 0,3 мг/л. На питательной среде MS полного состава минеральных солей с 6-БАП 0,5 мг/л наблюдается высокая частота образования каллуса. Применение гидропонных систем на этапе адаптации к условиям ex vitro обеспечивает высокую приживаемость растений. В ходе исследований выявлены анатомо-морфологические особенности растений-регенерантов в условиях in vitro и ex vitro.

The paper presents the results of the development of the microclonal propagation technology of Digitalis purpurea L. with plant adaptation in hydroponic Ebb and Flow Systems. It has been found that MS and WPM growth media with a full and reduced content of mineral salts supplemented with 6-BAP cytokinines, 2-iP and auxins of indoleacetic acid, isobutyric acid in various concentrations can be highly efficient for in vitro cultivation of the plants. Intensive shoot proliferation and rhizogenesis of plants in vitro culture is observed on MS and WPM growth media with a twofold reduced content of mineral salts, with 6-BAP phytohormones 0.5 mg/L and 2-iP 0.3 mg/L. A high frequency of callus formation was observed on MS growth medium with full mineral salt composition containing 6-BAP 0.5 mg/L. The use of hydroponic systems at the stage of adaptation to ex vitro conditions ensures high survival of plants. During the work, anatomical and morphological features of regenerating plants under in vitro and ex vitro conditions were studied.

наперстянка пурпурнаяDigitalis purpureain vitroex vitroмикроклональное размножениегидропоникафитогормоныанатомия растенийDigitalis purpureain vitroex vitromicroclonal propagationhydroponicsphytohormonesplant anatomyРабота выполнена при финансовой поддержке Правительства Ханты-Мансийского АО – Югры: проект 2023–227–28 «Функциональные пищевые продукты и микроинкапсулированные ингредиенты на основе комплекса биологически активных соединений, выделенных из северных растений, выращенных в гидропонике с применением технологии микроклонального размножения (Юграбиофарм)» и программы Западно-Сибирского межрегионального научно-образовательного центра мирового уровня: проект «Технология выращивания и извлечения биологически активных соединений северных ягодных культур и лекарственных трав (ЮграБиоФарм)», соглашение от 8 ноября 2023 г. № 4-ЦС.ReferencesБарыкина Р.П. Справочник по ботанической микротехнике. Основы и методы. – М.: Изд-во МГУ, 2004. – 312 с.Barykina R.P. Handbook of botanical microtechnics. Fundamentals and methods. Moscow, Russia: Lomonosov Moscow State University – Publishing house, 2004:312. (In Russ.)Бердичевец Л.Г., Бердичевец И.Н., Малюш М.К., Фоменко Т.И. Морфогенез и микроклональное размножение в культуре in vitro представителей рода Digitalis l. // Биология клеток растений in vitro и биотехнология. – М.: ИД ФБК-ПРЕСС, 2008. – С. 44–45.Berdichevets l.G., Berdichevets I.N., Malyush M.k., Fomenko T.I. Morphogenesis and microclonal reproduction in in vitro culture of representatives of the genus Digitalis l.In: Biology of plant cells in vitro and biotechnology. Moscow, Russia: FBk-PRESS, 2008:44–45. (In Russ.)Бугара И.А., Мальцева О.А. Получение каллусных культур Mentha piperita l. и их цитологическая характеристика при выращивании на питательных средах с различной концентрацией селена // Ученые записки Таврического национального университета им. В.И. Вернадского. Серия «Биология, химия». – 2011. – Т. 24 (63), № 4. – С. 17–23.Bugara I.A., Maltseva O.A. Obtaining of Mentha piperita l. callus cultures and their cytological characteristics when grown on nutrient media with different concentrations of selenium. Uchenye zapiski Tavricheskogo natsional’nogo universiteta im. V.I. Vernadskogo. Seriya “Biologiya, khimiya”. 2011;24(63)(4):17–23. (In Russ.)Бутенко Р.Г. Культура изолированных тканей и физиология морфогенеза растений. – М.: Наука, 1964. – 272 с.Butenko R.G. Culture of isolated tissues and physiology of plant morphogenesis. Moscow, USSR: Nauka, 1964:272. (In Russ.)Вечернина Н.А. Биотехнология растений: учеб. пособие. – Барнаул: Изд-во Алтайского университета, 2009. – 224 с.Vechernina N.A. Plant biotechnology. Barnaul, Russia: Altay State University, 2009:224. (In Russ.)Гаммерман А.Ф., Кадаев Г.Н., Яценко-Хмелевский А.А. Лекарственные растения: справочное пособие. – М.: Высшая школа, 1983. – 400 с.Hammerman A.F., kadaev G.N., Yatsenko-khmelevskiy A.A. Medicinal plants. Moscow, USSR: Vysshaya shkola, 1983:400. (In Russ.)Георгиевский В.П., Комиссаренко Н.Ф., Дмитрук С.Е. Биологически активные вещества лекарственных растений. – Новосибирск: Наука, Сибирское отделение, 1990. – 333 с.Georgievskiy V.P., komissarenko N.F., Dmitruk S.E. Biologically active substances of medicinal plants. Novosibirsk, USSR: Nauka, Sibirskoe otdelenie, 1990:333. (In Russ.)Ильина Н.А., Сергеева И.В., Перетятко А.И. Физиология и биохимия растений: учеб. пособие. – Саратов, 2013. – 335 с.Il’ina N.A., Sergeeva I.V., Peretyatko A.I. Physiology and biochemistry of plants. Saratov, Russia, 2013:335. (In Russ.)Калинин Ф.Л., Сарнацкая В.В., Полищук В.Е. Методы культуры тканей в физиологии и биохимии растений: монография. – Киев: Наукова думка, 1980. – 320 с.Kalinin F.l., Sarnatskaya V.V., Polishchuk V.E. Methods of tissue culture in plant physiology and biochemistry. kiev, USSR: Naukova dumka, 1980:320. (In Russ.)Коваленко В.Н. О биологической активности некоторых видов наперстянки // Фармакология и токсикология. – 1954. – № 3. – С. 18–22.Kovalenko V.N. On the biological activity of some species of digitalis. Farmakologiya i toksikologiya. 1954;3:18–22. (In Russ.)Лешина Л.Г., Булко О.В. Культивирование in vitro, ростовые параметры и оценка способности к биосинтезу гликозидов культуры клеток Digitalis purpurea l. // Физиология и биохимия культурных растений. – 2011. – Т. 43, № 2. – С. 164–170.Leshina l.G., Bulko O.V. Digitalis purpurea l. cells culture: cultivation in vitro, growth parameters and determination of glycosides biosynthetic ability. Fiziologiya i biokhimiya kul’turnykh rasteniy. 2011;43(2):164–170. (In Russ.)Маркова М.Г., Сомова Е.Н., Потапова С.А. Влияние регуляторов роста на размножение перспективных сортов малины в культуре in vitro // Вестник Донского государственного аграрного университета. – 2015. – № 2–1 (16). – С. 104–111.Markova M.G., Somova E.N., Potapova S.A. influence of growthregulators thereproduction ofpromising varietiesof raspberries in culture in vitro. Vestnik Donskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2015;2–1(16):104–111. (In Russ.)Макаров П.Н., Макарова Т.А., Самойленко З.А., Гулакова Н.М., Кравченко И.В. Оценка продуктивности и качества эстрагона и тимьяна обыкновенного при выращивании в светокультуре // Вестник Казанского государственного аграрного университета. – 2021. – № 4 (64). – С. 24–29. DOI: 10.12737/2073-0462-2022-24-29.Makarov P.N., Makarova T.A., Samoylenko Z.A., Gulakova N.M., kravchenko I.V. Productivity and quality evaluation of tarragon and thyme grown under artificial light. Vestnik of the Kazan State Agrarian University. 2021;4(64);24–29. (In Russ.) https://doi.org/10.12737/2073-0462-2022-24-29Макаров С.С., Казиева А.Ю., Макарова Т.А., Самойленко З.А., Макаров П.Н., Гулакова Н.М. Микроклональное размножение курильского чая кустарникового (Dasiphora fruticosa (l.) Rydb.) с элементами гидропоники // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. – 2023. – № 2 (100). – С. 64–71. DOI: 10.37670/2073-0853-2023-100-2-64-71.Makarov S.S.,kazieva A.Yu., Makarova T.A., Samoylenko Z.A. et al. Microclonal reproduction of shrubby cinquefoil (Dasiphora fruticosa (l.) Rydb.) with elements of hydroponics. Izvestiya Orenburgskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2023;2(100):64–71. (In Russ.) https://doi.org/10.37670/2073-0853-2023-100-2-64-71Макаров С.С., Макарова Т.А., Самойленко З.А., Макаров П.Н., Гулакова Н.М., Кузнецова И.Б. Особенности размножения эстрагона (Artemisia dracunculus l.) в культуре in vitro и ex vitro // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. – 2023. – № 3 (101). – С. 77–83. DOI: 10.37670/2073-0853-2023-101-3-77-83.Makarov S.S., Makarova T.A., Samoylenko Z.A., Makarov P.N. et al. Tarragon (Artemisia dracunculus l.) in vitro and ex vitro propagation features. Izvestiya Orenburgskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2023;3(101):77–83. (In Russ.) https://doi.org/10.37670/2073-0853-2023-101-3-77-83Макаров С.С., Самойленко З.А., Макарова Т.А., Кузнецова И.Б., Чудецкий А.И., Кульчицкий А.Н. Адаптация клюквы крупноплодной (Vaccinium macrocarpon Ait.) к условиям ex vitro с применением гидропонного метода // Вестник КрасГАУ. – 2023. – № 11 (101). – С. 104–112. DOI: 10.36718/1819-4036-2023-11-104-112.Makarov S.S., Samoilenko Z.A., Makarova T.A., kuznetsova I.B. et al. Adaptation of american cranberry (Vaccinium macrocarpon Ait.) to ex vitro conditions using the hydroponic method. Bulletin of KSAU. 2023;11(101):104–112. (In Russ.) https://doi.org/10.36718/1819-4036-2023-11-104-112Макаров С.С., Упадышев М.Т., Родин С.А., Макарова Т.А., Самойленко З.А., Кузнецова И.Б. Адаптация растений-регенерантов княженики арктической к условиям ex vitro с применением гидропоники // Сибирский лесной журнал. – 2023. – № 4. – С. 75–82. DOI: 10.15372/SJFS20230408.Makarov S.S., Upadyshev M.T., Rodin S.A., Makarova T.A. et al. Adaptation of regenerated plants of Rubus arcticus l. to ex vitro conditions using hydroponics. Sibirskyj lesnoy zhurnal. 2023;4:75–82. (In Russ.) https://doi.org/10.15372/SJFS20230408Никонович Т.В., Левый А.В., Французенок В.В. Влияние спектрального состава света на рост и развитие растений-регенерантов винограда в период адаптации к условиям in vitro // Вестник БГСХА. – 2012. – № 2. – С. 70–75.Nikonovich T.V., leviy A.V., Frantsuzenok V.V. The influence of the spectral composition of light on the growth and development of regenerating plants of grapes during the period of adaptation to in vitro conditions. Vestnik BGSKhA. 2012;2:70–75. (In Russ.)Поляков С.А., Расторгуев С.П., Верзилин А.В. Адаптация растений регенерантов земляники к неблагоприятным условиям // Повышение эффективности садоводства в современных условиях. – Мичуринск-Наукоград РФ, 2003. – Т. 2 – С. 335–339.Polyakov S.A., Rastorguev S.P., Verzilin A.V. Adaptation of strawberry regenerating plants to adverse conditions. In: Improving the efficiency of gardening in modern conditions. Michurinsk-Naukograd RF, Russia, 2003(2):335–339. (In Russ.)Смольникова Я.В. Культивирование Digitalis purpurea l. в условиях in vitro и получение сердечных гликозидов на ее основе: Автореф. дис. … канд. техн. наук. – Красноярск, 2012. – 21 с.Smolnikova Ya.V. Cultivation of Digitalis purpurea l. in vitro and the production of cardiac glycosides based on it. CSc (Eng) thesis. krasnoyarsk, Russia, 2012:21. (In Russ.)Томилова С.В., Киташов А.В., Носов А.М. Сердечные гликозиды: распространение, свойства и специфика образования в культурах клеток и органов растений in vitro // Физиология растений. – 2022. – Т. 69, № 3. – С. 227–245.Tomilova S.V., kitashov A.V., Nosov A.M. Cardiac glycosides: distribution, properties and specificity of formation in cultures of cells and organs of plants in vitro. Plant Physiology. 2022;69(3):227–245. (In Russ.)Третьяков Н.Н., Карнаухова Т.В., Паничкин Л.А. Практикум по физиологии растений. – М.: Агропромиздат, 1990. – 271 с.Tretyakov N.N., karnaukhova T.V., Panichkin l.A. Workshop on plant physiology. Moscow, USSR: Agropromizdat, 1990:271. (In Russ.)Шакина Т.Н. Опыт адаптации растений-регенерантов к условиям ex vitro некоторых декоративных и плодово-ягодных культур в Учебно-научном центре «Ботанический сад» Саратовского государственного университета им. Н.Г. Чернышевского // Проблемы ботаники южной Сибири и Монголии. – 2020. – Т. 19, № 1. – С. 315–320. DOI: 10.14258/pbssm.2020063.Shakina T.N. Adaptation experience of some ornamental and fruit-berry plantlets to ex vitro conditions in the Training and Science Center “Botanical Garden” of Saratov State University n.a. N.G. Chernyshevsky. Problemy botaniki Yuzhnoy Sibiri i Mongolii. 2020;19(1):315–320. (In Russ.) https://doi.org/10.14258/pbssm.2020063Drainerd E. Acclimatization of Aseptically cultured Apple Plants to low Relative humidity // J.Am. Soc. hort. Sci. – 1981. – Vol. 106, № 4. – Pp. 515–518.Drainerd E. Acclimatization of aseptically cultured apple plants to low relative humidity. J.Am. Soc. Hort. Sci. 1981;106(4):515–518.Furuya T., Kojima H., Katsuta T. 3-methylpurpurin and other anthraquinones from callus tissue of Digitalis lanata // Phytochem. – 1972. – Vol. 11. – P. 1073. DOI:10.1016/S0031–9422(00)88455–1Furuya T., kojima h., katsuta T. 3-methylpurpurin and other anthraquinones from callus tissue of Digitalis lanata. Phytochem. 1972;11:1073. https://doi.org/10.1016/S0031-9422(00)88455-1Lobach E.Y., Tokhiriyon B., Poznyakovsky V.M., Makarov S.S., Khanbabayeva o.E., Takaeva M.A. New Phytocomplex for Chronic Obstructive Pulmonary Disease: Developmentand Clinical Evidence of Anti-inflammatory Effect // Journal of Advanced Pharmacy Education & Research. – 2023. – Vol. 13, Iss. 3. – Pр. 102–108. DOI:https://doi.org/10.51847/Tl5lnYDudZLobach E.Y., Tokhiriyon B., Poznyakovsky V.M., Makarov S.S., khanbabayeva O.E., Takaeva M.A. New Phytocomplex for Chronic Obstructive Pulmonary Disease: Development and Clinical Evidence of Anti-inflammatory Effect. Journal of Advanced Pharmacy Education & Research. 2023;13(3):102–108. https://doi.org/10.51847/Tl5lnYDudZMatsumoto M., Koga S., Shoyama Y., Nishioka I. Phenolic glycoside composition of leaves and callus cultures of Digitalis purpurea // Phytochem. – 1987. – Vol. 26. – P. 3225. DOI: 10.1016/S0031-9422(00)82474-7.Matsumoto M., koga S., Shoyama Y., Nishioka I. Phenolic glycoside composition of leaves and callus cultures of Digitalis purpurea. Phytochem. 1987;26:3225. https://doi.org/10.1016/S0031-9422(00)82474-7Nartop P., Altan A.D., Titrek A.Modeling ofIn Vitrobiomass production ofDigitalis purpurea under the effects of biosynthetic silver nanoparticles // Iran J. Sci. Technol. Trans. Sci. – 2021. – Vol. 45. – Pp. 775–783. DOI: https://doi.org/10.1007/s40995-021-01105-4Nartop P., Altan A.D., Titrek A. Modeling of In Vitro biomass production of Digitalis purpurea under the effects of biosynthetic silver nanoparticles. Iran J. Sci. Technol. Trans. Sci. 2021;45:775–783. https://doi.org/10.1007/s40995-021-01105-4Pastor N., Azrak S.S. et al. Digitoxin inhibits the growth of cancer cell lines at concentrations commonly found in cardiac patients // J. Nat. Prod. – 2005. – Vol. 68, № 11. – Pp. 1642–1645.Pastor N., Azrak S.S. et al. Digitoxin inhibits the growth of cancer cell lines at concentrations commonly found in cardiac patients.J. Nat. Prod.2005;68(11):1642–1645.Patil G., Mahendra A., Kirti N., Sayantan P., Vijay B., Polavarapu K., Nikam Td. In vitro propagation and production of cardiotonic glycosides in shoot cultures of Digitalis purpurea l. by elicitation and precursor feeding // Applied microbiology and biotechnology. – 2012. – Vol. 97. DOI: 10.1007/s00253-012-4489-y.Patil G., Mahendra A., kirti N., Sayantan P., Vijay B., Polavarapu k., Nikam Td. In vitro propagation and production of cardiotonic glycosides in shoot cultures of Digitalis purpurea l. by elicitation and precursor feeding. Applied microbiology and biotechnology. 2012;97. https://doi.org/10.1007/s00253-012-4489-yPérez-Alonso N., Wilken D., Gerth A. et al. Cardiotonic glycosides from biomass of Digitalis purpurea l. cultured in temporary immersion systems // Plant Cell Tiss. Organ. Cult. – 2009. – Vol. 99. – Pp. 151–156. https://doi.org/10.1007/s11240-009-9587-xPérez-Alonso N., Wilken D., Gerth A. et al. Cardiotonic glycosides from biomass of Digitalis purpurea l. cultured in temporary immersion systems. Plant Cell Tiss. organ. Cult. 2009;99:151–156. https://doi.org/10.1007/s11240-009-9587-x

The authors declare that there are no conflicts of interest present.