Влияние спектрального состава света на рост растений чабера садового (Satureja hortensis L.) в культуре in vitro

УДК 581.144.043:573.6:635.742

Чабер садовый (Satureja hortensis L.) – травянистое эфиромасличное растение из семейства Яснотковые (Lamiaceae Mart.). В диком виде произрастает в странах Ближнего Востока и Средиземноморья. Культивируется как пряно-ароматическая культура в Европе и Азии. В надземных частях накапливается 0,54,5% эфирного масла, основными компонентами кото- рого являются монотерпеноиды пара-ментанового ряда – тимол, карвакрол, п-цимен, γ-терпинен [1, 2]. Экстракты и высушенное сырье из надземных частей растения содержат также флавоноиды и розмариновую кислоту. Вторичные метаболиты, синтезируемые растением, обусловливают биологическую активность экстрактов и эфирного масла – антимикробную, антиоксидантную, спазмолитическую, гипогликемическую, антиноцицептивную и др. – и объясняют традиционно широкое применение растения в народной медицине стран Ближнего Востока [2, 3]. В последние годы возрос интерес к изучению состава и биологической активности чабера садового – с 2008 по 2018 годы опубликована 161 работа в базе Scopus по ключевым словам «Satureja hortensis effect» [4].

Активные компоненты из фитосырья могут быть получены с помощью традиционных методов – сбора растений в местах их естественного произрастания либо плантационного выращивания – или с помощью методов биотехнологии (культура клеток и тканей в условиях in vitro). Данная технология предполагает подбор условий культивирования для интактных растений, его тканей или органов [5]. Одним из факторов, оказывающих значительное влияние на процессы жизнедеятельности растения, является интенсивность и спектральный состав света. Из всего спектра солнечной радиации для жизни растений особенно важна фотосинтетически активная радиация (380...710 нм) и физиологически активная радиация (300...800 нм) [6]. В свою очередь, лучи красной и сине-фиолетовой частей спектра играют особенно большую роль – соответствуют максимумам поглощения хлорофиллов, при- нимают непосредственное участие в фотосинтезе и основном метаболизме [7, 8]. Волны синей части спектра (390...500 нм) регулируют в организме растений широкий спектр фотоморфологических реакций – циркадные ритмы, фототропизм, фотоморфогенез, прорастание семян, раскрытие устьиц, работу фотосинтетического аппарата и др. благодаря наличию у растений трех классов фоторецепторов (криптохромов, фототропинов и белков семейства ZEITLUPE) [9, 10]. Синие и фиолетовые лучи стимулируют деление клеток, но тормозят их растяжение, что приводит к формированию более компактных растений [10, 11]. По данным Протасовой Н.Н. с соавт., при культивировании под синим светом в растениях накапливается большее количество ингибиторов роста (абсцизовой кислоты и оксикоричных кислот), что приводит к формированию укороченных стеблей и более толстых листьев по сравнению с растениями, выращенными под красным светом [12]. Фитохромы – рецепторы лучей красного и дальнего красного света [13]. С их помощью под воздействием лучей красной доли спектра в растениях запускаются такие реакции, как растяжение клеток, прорастание семян, репродуктивное развитие, реакция «избегание тени» [10, 14]. Избыток лучей красной части спектра задерживает образование генеративных органов [6].

Целью нашего исследования было изучение влияния спектрального состава света на морфологические показатели растений Satureja hortensis L. в культуре in vitro.

Материалы и методы

Объектом исследования служили асептические растения двух сортов чабера садового Гном («Биотехника») и Перечный аромат («СеДеК»), полученные нами ранее в биотехнологической лаборатории кафедры генетики, биотехнологии, селекции и семеноводства РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева. Для введения в культуру in vitro семена стерилизовали в 5%-ном растворе гипохлорита натрия (NaOCl) в течение 10

Таблица. Морфометрические показатели асептических растений S. hortensis при культивировании при разных режимах спектрального состава света ( α = 0,05)

Table. Morphometric indicators of S. hortensis aseptic plants during cultivation under different modes of the light spectral composition ( α = 0,05)

Режим Mode	Высота растений, мм Plant height, mm	Количество настоящих листьев, шт. Number of true leaves, pc.	Количество узлов, шт. Number of nodes, pc.
сорт Гном cv. Gnom
1	93,9 ± 9,9	5,8 ± 0,7	2,6 ± 0,4
2	71,4 ± 9,5	10,4 ± 1,6	4,5 ± 0,7
3	49,2 ± 8,5	11,3 ± 0,7	3,5 ± 1,0
4	56,2 ± 8,7	11,0 ± 1,1	4,6 ± 0,6
контроль	67,7 ± 8,1	6,1 ± 1,0	3,4 ± 0,7
сорт Перечный аромат cv. Perechniy aromat
1	111,3 ± 7,7	6,7 ± 0,8	2,3 ± 0,7
2	76,8 ± 16,6	9,3 ± 1,3	3,8 ± 0,6
3	44,6 ± 10,7	10,0 ± 1,2	4,2 ± 0,7
4	60,0 ± 5,7	9,5 ± 3,4	3,3 ± 0,9
контроль	60,4 ± 9,1	7,1 ± 1,0	3,2 ± 0,6

минут, промывали в двух порциях дистиллированной воды и помещали в чашки Петри с безгормональной средой Мурасиге и Скуга (МС) для проращивания [15]. Асептические проростки в возрасте 4-5 дней пересаживали в пробирки с питательной средой того же минерального состава и переносили на стеллажи со светодиодными лампами фирмы GALAD (Россия), варианты опыта отличались по соотношению синего (450 нм) и красного света (660 нм) в общем спектре. На каждый вариант приходилось по 10 растений, продолжительность культивирования – 28 суток. Первый режим включал культивирование с 1-х по 14-е сутки под 100% красным светом, с 15-х до 28-х суток под световым режимом 60% (от общей облученности) красного и 40% синего света. Второй режим предполагал культивирование на протяжении 28 суток при соотношении красного и синего света 90% и 10%, соответственно, третий режим – 60% красного и 40% синего света, четвертый – 32% красного, 68% синего света. Общая интенсивность освещения составляла во всех вариантах 175 мкмоль/м2с. В качестве режима сравнения были выбраны условия культивирования световой комнаты – люминесцентные лампы 3000 люкс, продолжительность светового дня 16 ч.

Результаты и обсуждение

Было изучено влияние спектрального состава света на рост асептических растений чабера садового сортов Гном и Перечный аромат. Значения морфометрических показателей представлены в таблице (приведены средние значения и доверительные интервалы).

На первом режиме, который включал культивирование растений до 14-х суток под красным светом (данный режим был выбран по данным литературы для лучшего роста побегов), с 15-х до 28-х суток под световым режимом 60% красного и 40% синего света, формировались самые высокие растения. При этом до 14-х суток под красными светодиодами образовывались длинные междоузлия (до 30-40 мм) и мелкие листья (не более 4 мм в длину). Перемещение под световой режим 60% красного и 40% синего света способствовало формированию более крупных листьев (5-8 мм) и коротких междоузлий. К 28-м суткам растения обоих сортов по высоте достоверно превосходили контроль, однако по количеству настоящих листьев и узлов достоверных различий не было (табл.).

На втором световом режиме (90% красного, 10% синего) растения были ниже, с большим количеством узлов и листьев. Листья формировались более крупные округлой формы до 10 мм в длину. По всем морфометрическим показателям, отмеченным в таблице, достоверных отличий от контроля не наблюдали, кроме количества листьев у сорта Гном (10,4 шт. в опытном варианте и 6,1 шт. в контроле).

На третьем режиме (60% красного и 40% синего) растения сорта Гном сильно уступали контролю по высоте, однако превосходили по количеству листьев. Преимущество данного режима на растениях сорта Перечный аромат отмечали только по количеству листьев. Листья формировались очень крупные (10-13 мм в длину), вытянутой формы.

В четвёртом режиме было наименьшее количество красного света в спектре – 32%, что приводило к формированию средних по высоте растений (на уровне контроля) с довольно крупными листьями (7-10 мм в длину), для которых было характерно активное развитие адвентивных корней. По количеству узлов достоверных различий от контроля у обоих сортов не было, у растений сорта Гном отмечали большее количество настоящих листьев.

Полученные данные в целом согласуются с результатами, полученными ранее различными исследователями на других культурах. Так, согласно данным Johkan с соавт. на салате-латуке под синим светом формируются компактные, невысокие растения [16]. Корейские ученые показали, что при использовании светодиодного освещения на рисе красный свет приводил к формированию более высоких растений, но с меньшей площадью листьев [17]. На винограде были получены аналогичные данные: использование красного света способствовало формированию высоких растений за счет удлинения междоузлий [18]. Однако некоторые исследователи отмечают, что площадь листьев при использовании большей доли красного света увеличивается, что может быть связано с видо- и сортоспецифичной реакцией [19].

У растений обоих сортов на всех режимах освещения отмечалась антоциановая окраска стебля и семядольных листьев (рис.). Согласно литературным данным, красный свет с длиной волны 660 нм не только вызывает рост стебля и гипокотиля, но и влияет на синтез антоцианов [11]. При культивировании асептических растений данных сортов под люминесцентными лампами белого света (обычный режим культивирования в условиях световой комнаты в биотехнологической лаборатории) антоциановой окраски стебля не наблюдалось.

АБВГ

Рис. Внешний вид растений S. hortensis сорта Перечный аромат, выращенных при различных световых режимах: А – 100% КС + 60% КС, 40% СС; Б – 90% КС, 10% СС;

В – 60% КС, 40% СС; Г – 68% КС, 32% СС

Fig. The appearance of plants of S. hortensis cv. Perechniy aro-mat grown under different light conditions