ПЕРИОД ПОКОЯ СЕМЯН ВИДОВ РОДА Ferula L. И МЕТОД ЕГО ПРЕОДОЛЕНИЯ

АННОТАЦИЯ

В данной статье представлена информация по результатам работы по стерилизации и проращиванию семян ценных лекарственных видов рода Ferula L. Воздействие сухим охлаждением (стратификация холодом) в течение 30 – 45 дней с последующим инкубированием в растворе, содержащем 0,5 мг/л гибберилиновой кислоты, рекомендуется для ускорения процесса прорастания семян этих видов.

ABSTRACT

This article presents information on the results of work on sterilization and germination of seeds of valuable medicinal species of the genus Ferula L. Exposure to dry cooling (cold stratification) for 30 to 45 days, followed by incubation in a solution containing 0.5 mg / l gibberellic acid, is recommended to accelerate the germination process of seeds of these species.

Ключевые слова: F. tadshikorum, F. sumbul, покой семян, стерилизация, гибберилины, холодная стратификация, лекарственные растения.

Keywords: F. tadshikorum, F. sumbul, seed dormancy, sterilization, gibberellins, cold stratification, medicinal plants.

Введение

Одна из основных проблем, препятствующая устойчивому использованию лекарственных растений, произрастающих на засушливых и полузасушливых землях, заключается в том, что они легко прорастают в естественной среде, но характеризуются низкой прорастаемостью в лабораторных условиях [9]. Изучение прорастаемости семян являются ключевыми в программах сохранения, поскольку результаты можно использовать в программах управления и реинтродукции видов.

В Институте ботаники Академии наук Республики Узбекистан проводятся исследования по разработке протокола микроклонального размножения двух ценных медицинских видов рода Ferula L. (Apiaceae Lindl.): F.tadshikorum Pimenov и F. sumbul (Kauffm.) Hook. f. в рамках проекта А-ФА-2021-146 «Создание технологии организации и размножения лекарственных растений методом in vitro» со сроком реализации 2021-2024 гг. Одной из задача этих исследований является определение влияния экзогенно применяемой гибберилиновой кислоты и влажного охлаждения на прорастание семян, а также разработка эффективного метода нарушения покоя семян объектов проекта- F.tadshikorum и F. sumbul.

Ferula L. - включает около 200 видов цветковых растений семейства Apiaceae Lindl. в мире, многие из этих видов являются лекарственными, питательными, кормовыми, медоносными, эфирно-масляными и смолосодержащими растениями. В Средней Азии насчитывается 114 видов, а в Узбекистане - около 60, из которых 5 являются эндемиками [1, 2, 3]. Виды рода Ferula, в основном, горные растения, встречаются относительно высоко - на уровне от 300 до 3600 м над уровнем моря, как на мелкоземах, пестроцветных почвах, так и на щебнистых склонах, осыпях и галечниках.

Ferula tadshikorum Pimenov - многолетний монокарпический вид, жизненный цикл осуществляется за 23-27 (30) лет. Произрастает в среднем поясе гор в южных регионах Республики Узбекистан - в Кашкадарьинской и Сурхандарьинской областях [2, 3]. Длительный период прегенеративного развития и монокарпический жизненный цикл делают особи F. tadshikorum крайне уязвимыми антропогенному воздействию на популяции данного вида [2].

Ferula sumbul (Kauffm.) Hook. f. (Син. Ferula moschata). Произрастает на каменистых открытых склонах в поясе кустарников Самаркандской, Кашкадарьинской и Сурхандарьинской областей.

Оба вида являются ценными лекарственными, в то же время, исчезающими растениями. Несмотря на их высокую экономическую ценность, все еще существуют проблемы с выращиванием видов Ferula в лабораторных условиях.

Абсцизовая кислота (AБК) и гиббереллины (ГК3) являются гормонами, предлагаемыми для контроля первичного покоя семян, при этом, механизм воздействия AБК осуществляется путем ингибирования, а ГК - путем индуцирования прорастания семян [6, 7].

Влажное охлаждение часто применяется для инициирования прорастания семян, находящихся в состоянии покоя [5]. Предполагается, что эффект воздействия гибберилиновой кислоты в качестве стимулятора прорастания усиливается при охлаждении. Кроме того, охлаждение способствует увеличению концентрации гибберилиновой кислоты. Гиббереллины синтезируются в эмбриоиде, через скутеллум попадают в алероновый слой, где находится крахмал, там через транскрипцию активируют синтез гидролаз. Крахмал гидролизуется до моно- и дисахаридов, попадает в прорастающее растение и становится для него источником энергии. Роль гибберилинов заключается в гидролизе запасаемых питательных веществ в семенах и непосредственном воздействии на рост эмбриона [7]. Наружное воздействие гиббереллинов может спровоцировать нарушшение состояния покоя семян и способствовать появлению всходов. Во многих исследованиях касающихся видов рода Ferula сообщалось о положительном влияние ГК3 и холодной стратификации (28, 35 42, 49 дней) на нарушение покоя семян [8, 12-14].

Материалы и методы

Зрелые семена двух видов (F.tadshikorum и F. sumbul) были собраны в июне и июле 2021 года в естественной среде обитания. Семена хранились в закрытых бумажных пакетах при температуре +5°C в лабораторном холодильнике в течение 2-3 месяцев до начала обработки. Семена тщательно промывались под проточной водопроводной водой и замачивались на один час. Замоченные семена обрабатывали 70 %-ным этиловым спиртом в течение 2 мин, затем трижды промывали стерильной дистиллированной водой. Далее семена подвергали поверхностной стерилизации в 6 %-ном растворе гипохлорита натрия в течение 30 мин с последующей последовательной трехкратной промывкой стерильной дистиллированной водой. Семена инкубировали в растворах с различными концентрациями гибберилиновой кислоты (0,3; 0,5; 0,7 мг/л) в течение 24 часов. Стерилизованные семена культивировали на 25% питательной среде по прописи Мурасиге и Скуга (Мурасиге и Скуг, 1962) с добавлением 30 г/л сахарозы и 7 г/л агара. Стратификацию семян проводили в холодильнике при температуре +5⁰ C в течение 30 дней. Далее семена переносились на 50% питательную среду по прописи Мурасиге и Скуга (Мурасиге и Скуг, 1962) и инкубировались при температуре 23 ± 2°C в течение 2 недель при фотопериоде 16/8.

Результаты и обсуждение

Семена видов рода Ferula характеризуются длительным периодом покоя и значительным периодом прорастания, что является причиной трудностей при проращивании семян видов этого рода в лабораторных условиях [10]. Морфофизиологический покой является обычным явлением для большинства видов этого рода. Семенам, находящиеся в морфологическом покое, для прорастания требуют подходящую температуру, уровень влажности, кислород и время [4]. Однако семена, находящиеся в морфофизиологическом покое, прорастают не менее, чем через месяц в соответствующих для этого условия. При этом, эмбрионы нуждаются в дополнительной воздействии таких условий, как холодная стратификация, применение экзогенных фитогормонов и т.д. [4, 11].

Результаты настоящей работы показали, что воздействие сухим охлаждением (стратификация холодом) в течение 30 – 45 дней с последующим инкубированием в растворе, содержащем 0,5 мг/л гибберилиновой кислоты, рекомендуется для ускорения процесса прорастания семян этих видов. В дальнейшем было бы интересно проведение исследований всхожести жизнеспособных семян видов рода Ferula на различных питательных средах (на фильтровальной бумаге, твердой и жидкой агарной основе и т.д.).

Список литературы:

1. Мирович В.М., Горячкина Е.Г., Бочарова Г.И., Федосеева Г. Лекарственные растения, включенные в Красную книгу: учебное пособие / ФГБОУ ВПО ИГМУ Минздрава РФ, кафедр фармакогнозии и ботаники. Иркутск: ИГМУ, 2016. 70
2. Рахмонов Х.С. Биология и ресурсы Ferula tadshikorum M.Pimen. в Южном Таджикистане. Дисс. канд. сельскохоз. Наук. Душанбе: 2017. 179 с.
3. Хамраева Д. Т., Хожиматов О. К., Уралов А. И. Рост и развитие Ferula tadshikorum Pimenov в условиях интродукции //Acta Biologica Sibirica. 2019. Т. 5. №. 3. 172-177 c.
4. Baskin C. C., Baskin J. M. Seeds: Ecology, biogeography and evolution of Dormancy and Germination (2da ed.). Kentucky, Estados Unidos. – 2014.
5. Bello I. A., Hatterman-Valenti H., Owen M. D. K. Effects of stratification, temperature, and oxygen on woolly cupgrass (Eriochloa villosa) seed dormancy //Weed Science. – 1998. – Т. 46. – №. 5. – С. 526-529.
6. Hilhorst H. W. M., Karssen C. M. Seed dormancy and germination: the role of abscisic acid and gibberellins and the importance of hormone mutants //Plant growth regulation. – 1992. – Т. 11. – №. 3. – С. 225-238
7. Karssen C. M. et al. Key role for endogenous gibberellins in the control of seed germination //Annals of Botany. – 1989. – Т. 63. – №. 1. – С. 71-80.
8. Keshtkar H. R. et al. Seed dormancy-breaking and germination requirements of Ferula ovina and Ferula gummosa //Desert. – 2008. – Т. 13. – №. 1. – С. 45-51.
9. Nadjafi F. et al. Seed germination and dormancy breaking techniques for Ferula gummosa and Teucrium polium //Journal of Arid Environments. – 2006. – Т. 64. – №. 3. – С. 542-547.
10. Nikolaeva, M.G., 1969. Physiology of Deep Dormancy in Seeds. Izdatel’stvo. Nauka, Leningrad. Translated from Russian by Z. Shapiro, NSF, Washington DC.
11. Rehman S., Park I. H. Effect of scarification, GA and chilling on the germination of goldenrain-tree (Koelreuteria paniculata Laxm.) seeds //Scientia Horticulturae. – 2000. – Т. 85. – №. 4. – С. 319-324.
12. Salehi, Maryam, Mohammad Reza Naghavi, and Moslem Bahmankar. "A review of Ferula species: Biochemical characteristics, pharmaceutical and industrial applications, and suggestions for biotechnologists." Industrial Crops and Products 139 (2019): 111511.
13. Suran, D., Bolor, T., & Bayarmaa, G. In vitro Seed Germination and Callus Induction of Ferula ferulaeoides (Steud.) Korov. Mong. J. Biol. Sci., 2016, 14(1-2), 53-58. doi.org/10.22353/mjbs.2016.14.07
14. Sharma R. K., Khajuria A. K. Somatic embryogenesis and plant regeneration in Ferula jaeschkeana Vatke: a threatened medicinal herb. Vegetos., 2020, 33(4), 658-664. doi.org/10.1007/s42535-020-00154-1