УДК 635.9:582:669.26:631.535.7
КУЛЬТУРА ЯКОНА И ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЕЕ ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ СИНТЕЗА ПРОДУКТОВ ВТОРИЧНОГО МЕТАБОЛИЗМА
Т.М. Коломиец, Ф.Д. Онищук, К.П. Скипина
Всероссийский НИИ цветоводства и субтропических культур, г. Сочи, Сочинский филиал Российского Университета Дружбы Народов
С использованием методов растительной биотехнологии разработана методика культивирования каллуса якона in vitro, что позволяет проводить изучение синтеза продуктов вторичного метаболизма, а также получения биомассы с необходимым набором углеводов, аминокислот и других биологически активных веществ.
Еще более десяти тысяч лет назад, в эпоху собирательства дикорастущих растений, люди начали искать и собирать растения, которые обладали лекарственными свойствами, могли быть использованы как пряные добавки к пище или содержали различные красители.
К настоящему времени в орбиту растениеводческой деятельности вовлечено 2,5-3,0 тыс. видов полезных растений. Между тем, в мировой флоре существует еще не менее 75 тысяч видов съедобных растений, многие из которых по своей полезности превосходят культуры, используемые в сельском хозяйстве в наши дни. Среди них особое значение занимает новая для России культура якона (Polymnia sonchiflia Poeppigy Eudl).
Этот вид выращивается в областях горных лесов восточных склонов Анд от Венесуэлы до северо-западной Аргентины, на высоте около 2000 метров, из-за его крупных, мясистых, инсулин содержащих корневых клубней. В диком виде якон произрастает в Колумбии, Эквадоре и в Перу. Основной ареал распространения - средние широты Южной Америки.
Якон нашел широкое распространение в Соединенных Штатах: во Флориде, Алабаме, Нью-Мексико, Калифорнии, Орегоне (25- 45°с.ш.), а также в Новой Зеландии (40° ело.). В Европе якон был интродуцирован в конце 30-х годов прошлого века в северной Италии (Сан-Ремо, 44°с.ш.). Работа по интродукции якона в странах СНГ была начата в Институте ботаники АНР, в Молдове [1].
Якон - довольно пластичная культура и выращивается на Земном шаре в регионах, расположенных не выше 40-45°с.ш. В России его возделывание в промышленных масштабах возможно в Краснодарском и Ставропольском краях, а также в предгорьях Северного Кавказа, то есть южнее 45 параллели.
Основными органами растений, ради которых возделывается якон, являются его корневые клубни - крупные запасающие органы, хрустящие и освежающе сладкие на вкус. Клубни якона содержат сахара, более чем на половину представленные фруктозой и фруктанами с низкой степенью поляризации, аминокислоты (аспарагин, глутамин, аргинин), особенно незаменимые (метионин, лейцин, изолейцин, серин), ряд других физиологически активных веществ (белки, жиры, неорганические соединения), а также многие микроэлементы, среди которых стоит отметить высокое содержание калия и селена. Содержание витамина С в корневых клубнях якона сопоставимо с содержанием его в винограде, груше, моркови [2]. Кроме того, корневые клубни этой культуры способны накапливать селен до 1,1 мг/кг при степени обогащения, равной 9 мг/кг. Сочетание диетических и лекарственных свойств клубней якона выводит эту культуру в ряд наиболее привлекательных для широкого практического использования [3].
В связи с тем, что якон можно успешно выращивать только в условиях мягкого климата южных регионов России и получение сырья имеет сезонный характер, нами изучена возможность решения проблемы наличия постоянного источника сырья в достаточных количествах с привлечением методов биотехнологии. Традиционные биотехнологические приемы позволяют активно использовать растения в качестве сырья через культивирование клеток и тканей [4-6].
Важной особенностью культивирования клеток растений является их способность образовывать клеточную массу и накапливать продукты клеточного метаболизма, что послужило основой для разработки клеточной технологии промышленного получения экономически важных продуктов. При этом в культивируемых клетках, которые не находятся под контролем развития целого организма, пути метаболизма могут отличаться от процессов свойственных самому растению. Оптимизация условий выращивания in vitro неорганизованно пролиферирующих клеток может привести к значительному увеличению продуктивности культуры с необходимым комплексом метаболитов.
Имеющиеся достижения в этой области позволяют использовать культуру клеток якона для успешного применения их метаболитов для улучшения кормового рациона животных, особенно с учетом добавок, обогащенных биологически активными веществами растительного происхождения.
Культура изолированных тканей преимущественно представлена каллусными тканями, являющимися колониями дедифференцированных клеток. В связи с этим, перед нами была поставлена задача по разработке методики их культивирования in vitro с целью изучения синтеза продуктов метаболизма, получения на его основе биомассы с необходимым набором углеводов, аминокислот и других биологически активных веществ.
В качестве исходного материала, на начальном этапе исследования, для получения первичного каллуса использовались фрагменты стеблей (15 мм) растений-регенератов якона клон «Биос».
Для индукции каллуса экспланты культивировали на агаризованной питательной среде с минеральной основой и витаминами по Мурасиге и Скуга (М-С, 1962), дополненной мезоинозитом - 100 мг/л, БАП - 1,0 мг/л, сахарозой - 20 г/л на протяжении первых двух недель в темноте при температуре +25 °С. В дальнейшем полученная каллусная кулмура переносилась на три варианта свежих питательных сред по М-С, дополненных 1,0; 2,0; 3,0 мг/л НУК и БАП, и содержалась при температуре +25 °С с освещенностью 1000 люкс.
Полученная нами клеточная культура якона представляла собой кремово-белую массу средней плотности. Начало пролиферации было отмечено на 8-9-й день у 43,3 % эксплантов, выращиваемых на первом варианте питательной среды; 79,0 % - на втором варианте и 84,6 % - на третьем. За этот период (латентная фаза) увеличение массы практически не наблюдалось. Однако несколькими днями спустя в фазе экспоненциального роста (10-15-й день) оно достигало максимальных значений. На первом варианте питательной среды прирост составлял 400 мг, на втором - 900 мг, на третьем - 1700 мг. Через четыре недели культивирования на всех вариантах питательных сред отмечено замедление роста. К концу шестой недели 70 % каллусных культур практически погибли.
Таким образом, полученные результаты свидетельствуют о том, что якон в культуре in vitro обладает высокой способностью к образованию каллуса, прирост массы которого к концу второй недели достигает 900-1700 мг. По-видимому, главными факторами при этом являются условия культивирования и состав питательных сред.
Эксперименты по оптимизации питательных сред и режимов культивирования для получения каллусной биомассы якона будут продолжены с учетом активности различных индукторов пролиферации, биохимического состава клеточной культуры и процессов синтеза биологически активных соединений, сочетаюших в себе диетические и лекарственные свойства. Дальнейшие исследования будут проводиться с использованием в качестве источника каллусной массы клубней якона, как наиболее перспективного субстрата для выполнения поставленной задачи.
Литература
- Тюкавин Г.Б. Интродукция якона в России. - М., 2001. - 271 с.
- Гребинский Ф.О. Биохимия растений. - Львов, 1975. - 280 с.
- Сравнительная оценка способности накопления некоторыми корнеплодами микроэлемента селена / Н.А. Голубкина, Я.А. Соколов, В.К. Гинс, П.Ф. Коновалов, и др. // Новые нетрадиционные растения и перспективы их практического использования: Материалы докл. II Междунар. симпозиума, 16-20 июня 1997. - Пущино, 1997. - Т. 2. - С. 38.
- Бутенко Р.Г. Биология клеток высших растений in vitro и биотехнологии на их основе: Учеб. пособие. - М.: ФБК-ПРЕСС, 1999. - 160 с.
- Бутенко Р.Г. Клеточные технологии для получения экономически важных веществ растительного происхождения // Культура клеток растений и биотехнология. - М.: Наука. 1986. - С. 3-20.
- Тюкавин Г.Б. Культура тканей в фитосанигарии Polymnia sonchifolia // Защита растений в условиях реформирования агропромышленного комплекса: Тез. докл. Всерос. Съезда по защ. раст. - СПб., 1995. - С. 259-260.
