Разработка методики изготовления "искусственных семян" для создания плантаций хозяйственно ценных растений и лесовосстановления

В текущей работе будет разработана методика использования соматического эмбриоидогенеза для получения «искусственных семян» и дальнейшего их проращивания в условиях in vivo модельных объектов лесного хозяйства. Кроме того будут усовершенствованы некоторые этапы создания «искусственных семян» с целью оптимизации данного процесса.

Цель: разработать технологию получения «искусственных семян» для хозяйственно ценных культур и культур, используемых в лесовосстановлении.
Задачи: 1) получение соматических эмбриоидов методом клонального микроразмножения; 2) разработка технологии получения «искусственных семян»; 3) оптимизация технологии получения «искусственных семян» для плантационного выращивания; 4) проращивание полученных «искусственных семян» в почвенных условиях.

Введение. На данный момент большая часть объектов лесного хозяйства воспроизводится вегетативным путем. Популярность получает метод клонального микроразмножения для получения посадочного материала, однако данный путь не всегда рентабелен в силу особенностей этапов данного процесса. Во многом данную проблему решает создание «искусственных семян» при помощи соматического эмбриоидогенеза, что позволит получать большое количество качественного, однородного, устойчивого к патогенным агентам посадочного материала. В качестве модельных объектов для разработки технологии создания "искусственных семян" в работе были использованы древесное растение - осина обыкновенная и травянистое растение - ирис сибирский.

Методы и материалы. Соматические эмбриоиды были получены нами при помощи культивирования донорных эксплантов объектов на питательной среде по прописи Мурасиге-Скуга (MS) c   добавлением мезоинозита в концентрации 100 мг/л, глицина – 2 мг/л; тиамина – 0,5 мг/л; пиридоксина – 0,5 мг/л, содержанием сахарозы в концентрации 10 мг/л и агара – 5,0 мг/л; уровень рН 5,5. При этом индукции соматического эмбриоидогенеза I. sibirica нами были использованы следующие регуляторы роста: НУК 0,5 мг/л, ИМК 0,1 мг/л с 6-БАП 1,0 мг/л, ИМК 1,0 мг/л. Для создания «искусственных семян» мы применяли следующие компоненты: гидрогель, питательная среда и соматические эмбриоиды. С целью получения гидрогеля мы использовали желатин и водный раствор глицерина, добавленные к дистиллированной воде, в концентрациях 168 г/л и 129 г/л соответственно. Впоследствии суспензия соматических эмбриоидов в 100 мл питательной среды MS была добавлена к полученному гидрогелю и помещена в формы для застывания на 2,5 часа при комнатной температуре. После чего полученные гранулы были обработаны раствором танинов с CaCО₃ в концентрации 10 г/л и 50 г/л соответственно. Полученные «искусственные семена» I. sibirica и P. tremula были помещены в торфяные таблетки в условия с повышенной влажностью воздуха (90-92%) для их успешного проращивания. 

Обсуждение результатов. На указанной питательной среде были получены соматические эмбриоиды изучаемых объектов. Наилучший результат по количеству образованных эмбриоидов I. sibirica был получен на питательной среде MS с добавлением НУК 0,5 мг/л и на безгормональной среде (6,1±0,4 эмбриоидов с одного экспланта). При использовании регуляторов роста 6-БАП 1,0 мг/л и ИМК 0,1 мг/л для индукции соматического эмбриоидогенеза P. tremula получены 4,2±0,3 эмбриоида с одного экспланта. При помощи выше указанной техологии получены «искусственные семена» объектов. Прорастание «искусственных семян» P. tremula произошло на 15 сутки, а P. tremula – на 12 сутки. После чего торфяные таблетки были высажены в условия открытого грунта на учебно-опытный участок. Согласно полученным результатам процент всхожести «искусственных семян» значительно превосходит таковой при проращивании традиционных семян изучаемых культур, что поясняется сформированностью анатомических структур эмбриоида в «искусственном семени». Всхожесть «искусственных семян» P. tremula выше традиционных семян на 8,7%, а I. sibirica – на 5,1%, что позволяет рекомендовать использование «искусственных семян» изучаемых видов для массового плантационного выращивания. Выводы. В соответствии с заявленными задачами нами были получены следующие результаты: 1) Получены соматические эмбриоиды на питательной среде MS с регуляторами роста НУК 0,5 мг/л для I. sibirica и 6-БАП 1,0 мг/л и ИМК 0,1 мг/л для P. tremula. 2) Разработана методика изготовления «искусственных семян» для изучаемых объектов. 3) Усовершенствована технология получения «искусственных семян» на этапе инкапсулирования гранул, содержащих соматические эмбриоиды, за счет использования танинов. 4)  Процент всхожести «искусственных семян» значительно превосходит таковой при проращивании традиционных семян изучаемых культур: всхожесть «искусственных семян» P. tremula выше традиционных семян на 8,7%, а I. sibirica – на 5,1%.  Полученные результаты позволяют использовать данную технологию для массового плантационного выращивания хозяйственно ценных растений, а также лесовосстановления.

1. Вдовитченко М.Ю. «Искусственные семена» как способ сохранения и оздоровления культивируемых in vitro корней лекарственных растений / М.Ю. Вдовитченко, И.Н. Кузовкина // Физиология растений. – 2011. – Том 58. – №3. – С. 461-468.
2. Высоцкий В.А. Подходы к созданию «искусственных семян» земляники / В.А. Высоцкий и др. // Актуальные проблемы размножения садовых культур и пути их решения: Материалы Международной научно-методической дистанционной конференции. – 2010. – С. 67-70.
3. Жан-Марк Дюпюи. Искусственное семя и способ его получения / Жан-Марк Дюпюи, Франсис Молль // Патент на изобренение. – 1998. – №2111651.
4. Mehrdad M. In vitro regeneration from mature and immature seeds of Тilia begonifolia / M. Mehrdad, V. Payamnoor, К. Ghasemi Bazdi // ВЕСТНИК МОСКОВСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА ЛЕСА – ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК. – 2011. - №4. – С. 196-200.

In the current work is the technique of using somatic embryogenesis to produce " artificial seeds " and their further germination in conditions in vivo model objects Forestry . Furthermore certain steps will create improved "artificial seeds " in order to optimize the process.