Биотехнологии сохранения и размножения шлемника байкальского (SCUTELLARIA BAICALENSIS GEORGI)

ВВЕДЕНИЕ............................................................................................................ 3
ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР...............................................................7
1.1. История культуры, значение и распространение шлемника байкальского ..........................................................................................................7
1.2. Морфобиологическая характеристика шлемника байкальского …..... 11
1.3. Агротехника выращивания культуры .................................................... 15
1.4. Биохимимический состав шлемника байкальского ……………..…… 21
ГЛАВА 2. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ......................................................29
2.1. Методика и схема проведения опыта по определению энергии прорастания семян и лабораторной всхожести ……………………………… 29
2.2. Материалы и оборудование для исследования в культуре in vitro …….. 31
2.3. Почвенно-климатическая характеристика г. Сургута ............................... 38
ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ............................................ 43
3.1. Влияние предпосевной обработки семян на рост и развитие рассады
шлемника байкальского …………………......................................................... 43
3.2. Клональное микроразмножение шлемника байкальского с элементами гидропоники ……………………………………………..………………….… 48
3.3. Особенности укоренения микроклонов лекарственного растения шлемника байкальского …………………………………………………….… 53
ВЫВОДЫ ............................................................................................................ 59
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ............................................................................... 60

Весь текст будет доступен после покупки

Рациональное использование ресурсов растительного мира является косвенной формой его охраны. Широкое использование в последние годы растительных лекарственных средств повлекло за собой увеличение объёмов заготовок, что наряду с негативным антропогенным воздействием, создаёт угрозу истощения запасов ряда лекарственных видов (Маняхин, 2013)
Шлемник байкальский является одним из примеров нерационального использования сырья. Истощение запасов природного сырья, массовое исчезновение популяций дикорастущего растения под антропогенным прессом, постоянный рост спроса промышленности и населения на сырье этого растения вызывает необходимость введения сырья в культуру и более полного и комплексного его использования (Бухашеева, 2002).
Известно, что из произрастающих на Земле высших растений лишь около 10-15 % исследовано на наличие биологически активных веществ. Такие исследования требуют серьезного вложения материальных средств. Поэтому первостепенное значение приобретают анализ информации уже накопленной в академической и народной медицине о растениях; разработка системного подхода к изучению лекарственного растительного сырья, рациональное использование дикорастущих и культивируемых растений. Требуется реализация новых подходов в создании фитопрепаратов, внедрение современных физико-химических методов их стандартизации. В современной фармацевтической науке существует ряд критериев для оценки лекарственного растительного сырья. С одной стороны, научные исследования химического состава растений показывают широкие возможности получения веществ или лекарственных препаратов с различной фармакологической активностью.

Весь текст будет доступен после покупки

1.1. История культуры, значение и распространение шлемника байкальского
Растения рода Scutellaria L. (семейство Lamiaceae) представлены 360 видами и широко распространены в умеренных, субтропических и тропических регионах, включая Европу, Северную Америку и Восточную Азию. Родовое наименование Scutellaria генетически связано с латинскими scutum (щит) и scutellum (щиток) и указывает на форму придатка верхней части чашечки у большинства видов рода. Русский термин «шлемник» соответствует старому названию рода Cassida (от лат. сassida – шлем). На территории стран СНГ произрастают около 120 видов с подвидами, главным образом в горах Кавказа и Средней Азии.
Шлемник байкальский в мире культивируется с 1827 года (Клементьева, 2018). Вид является реликтом третичного периода. В России шлемник байкальский был включён в Красную книгу в 1992 году, (Кузовкина, 2007) в число редких и исчезающих растений Амурской области, в региональные Красные книги Сибири и Дальнего Востока (Клементьева, 2018). В восточной иерархии целебных трав он занимает четвертое место после женьшеня. В ботанических садах Сибири вид был привлечён в коллекции самое раннее с 1952 года (ЦСБС, г. Новосибирск), самые молодые коллекции (2007, 2010 г.) в НИИСС (г. Барнаул) и БС СВФУ (10 км южнее г. Якутска) (Клементьева, 2018).
Шлемник байкальский (Scutellaria baicalensis Georgi) – одно из древнейших лекарственных растений официальной и традиционной медицины Китая, Монголии, Японии, Кореи и России (Абрамчук, 2018). Шлемник имеет монголо-даурско-маньчжурский тип ареала (Маняхин, 2013). Под названием «Даурская степь» объединяются два экорегиона, имеющих как специфические черты, так и большую экологическую общность – собственно степной (Маньчжуро-Монгольский степной) и лесостепной (Даурская лесостепь). Даурская степь расположена на территории трех стран – Монголии, Китая и России.
Основной район распространения шлемника байкальского – Центральная Евразия, – от Сирии к Алтайским горам и Гималаям, встречается местами в центральной Африке. На территорию России проникают три его выступа: даурский – Восточно-Забайкальский – Читинская область и Бурятия – самый обширный фрагмент ареала. Первое письменное свидетельство о его применении – трактат индотибетской медицины «Джуд-Ши», созданный более 25 веков назад, где описаны целебные свойства Scutellaria baicalensis и его применение при различных заболеваниях. Шлемник байкальский является одним из наиболее универсальных растительных компонентов в традиционной медицине Востока – Китае, Монголии, Тибете, Японии, широко используется в западной медицине (Абрамчук, 2018).
Основным районом заготовок сырья в промышленных масштабах является Читинская область (Агинский, Бурятский национальный округ, Шилкинский, Нерчинский, Чернышевский, Борзинский и Шелопугинский районы).
Отдельные фрагменты шлемника байкальского отмечены на побережье озера Байкал, вблизи Иркутска; северный – приамурский фрагмент ареала – Амурско-Зейское междуречье, где он распространен на остепненных склонах высоких террас Амура, Зеи и их притоках; восточный – Приморский фрагмент ареала (Приморский край) – расположен в западной части Приханкайской равнины, распространение шлемника байкальского здесь ограничено бассейнами р. Амура и озера Ханка (Маняхин, 2013). В Амурской области шлемник байкальский найден в Шимановском, Свободненском, Благовещенском, Серышевском, Белогорском, Тамбовском р-нах (Красная книга Амурской области…., 2009).
Фармакопейным сырьем являются корневища и корни шлемника байкальского. Из корней его получают настойку, обладающую гипотензивным и седативным свойствами, в народной медицине шлемник применяют при заболеваниях сердца (Базарон, 1984; Минаева, 1991). Отечественные фармакологи впервые обратили внимание на сведения народной медицины, о седативных и гипотензивных свойствах шлемника байкальского во время Великой Отечественной войны в связи с частыми стрессами, приводящими к возникновению неврозов и повышению артериального давления (Варлаков, 1963).
В природных популяциях для получения этого вида растительного сырья, соответствующего требованиям нормативных документов, и с соблюдением рекомендаций по рациональному использованию и сохранению растительных ресурсов, необходимо 10–12 лет. Поэтому уже в 80-е гг. прошлого столетия настойка из корневища и корней шлемника байкальского была исключена из (Государственной фармакопеи, 1989) из-за отсутствия сырьевой базы. Проведенные фармакологические исследования показали, что трава шлемника байкальского может применяться для лечения гипертонии (Желнович, 1959) и стоматологических заболеваний (Vernon, 1960), экстракт из листьев обладает противоопухолевой активностью (Разина, 1987) и психотропным действием (Суслов, 1994; Першина, 1998). Гексановая, хлороформная, этилацетатная и спиртовая фракции из надземной части шлемника байкальского содержат комплекс биологически активных веществ, который проявляет антиоксидантную активность (Чирикова, 2007).
Природные запасы шлемника байкальского резко сокращаются, вид внесен в списки редких растений, статус редкости – 4-я категория, для сохранения естественных популяций растение необходимо вводить в культуру. В России ведутся исследования по интродукции шлемника байкальского в условиях степной и лесостепной зон Даурии, в республике Бурятия, в природно-климатических условиях Среднего Урала и др. (Абрамчук, 2018).
Ареал распространения шлемника в России постоянно сокращается ввиду того, что основным лекарственным сырьем растения являются корни, которые синтезируют физиологически активные флавоны (Кузовкина, 2007). В других регионах и областях шлемник байкальский возделывается только при помощи интродукции (Абрамчук, 2018). История применения шлемника байкальского в официальной медицине начинается с 40-х гг. XX в., когда данные экспериментальных исследований послужили основанием для введения его в медицинскую практику в качестве гипотензивного средства (Информационное письмо, 1956). В дальнейшем, сведения о применении шлемника байкальского в традиционных медицинских системах Востока (Дэсрид Санчжай-Чжамцо, 2014, Ибрагимова, 1994), анализ сложных по составу рецептов показали, что он издавна используется в медицине и входит в “элитную” группу растений, для которых установлена адаптогенная активность. Дальнейшие углубленные экспериментальные исследования позволили сделать вывод, что шлемник байкальский (подземная и надземная части) обладает широким спектром фармакотерапевтической активности (Ажунова, 1991; Чирикова, 2007) и поэтому создание устойчивой сырьевой базы для производства препаратов из этого растения является актуальным (Шишмарев, 2022).
На сегодняшний день в России шлемник байкальский выращивают только в ботанических садах и специальных селекционных учреждениях, отсутствует массовость при разведении данного растения. Причиной крайне узкого распространения этой культуры является отсутствие достаточно эффективной и экономически выгодной технологии разведения и размножения лекарственных растений. Таким образом, крайне актуальным становится вопрос, связанный с разработкой новых методик и подходов, которые бы позволили существенно ускорить распространение шлемника байкальского в Тюменской области.




1.2. Морфобиологическая характеристика шлемника байкальского
Шлемник байкальский (Scutellaria baicalensis Georgi) – многолетнее травянистое лекарственное растение. Характеризуется устойчивостью в культуре, зимостойкостью, средней засухоустойчивостью.
Решением Государственной комиссии РФ по испытанию и охране селекционных достижений, шлемник байкальский включен в Государственный реестр селекционных достижений, допущенных к использованию как «Шлемник байкальский Муссон».
Главный побег продолжает моноподиальное нарастание, достигает 25-40 см высоты и несет до 18-20 пар листьев. Число боковых побегов первого порядка увеличивается до 6-8 пар. На боковых побегах первого порядка, образовавшихся из почек, находившихся 4-5-й пары листьев, формируются побеги второго порядка (Маняхин, 2010). Растения шлемника с несколькими четырехгранными прямостоячими ветвистыми стеблями, которые могут деревенеть у прикорневой зоны. Стебли коротковолосистые, в нижней части пурпурные, выше – зеленые.
Листья шлемника байкальского короткочерешковые или сидячие овально-линейные, линейные, жестковатые, супротивные на очень коротких черешках, цельно-крайние, со слегка завернутым краем, густо расположены на стебле. Они плотные, реснитчатые по краям; на нижней поверхности листа можно заметить мелкие черные точечные железки (Фруентов, 1972)
Шлемник байкальский обладает высокими декоративными свойствами: образует большое количество генеративных побегов, которые заканчиваются крупными кистевидными соцветиями, состоящими из оригинальных цветков синефиолетовой окраски (Абрамчук, 2018).
Цветки шлемника байкальского довольно крупные (до 2,5 см длиной), двугубые, синей окраски, собраны на верхушках стеблей в конечные однобокие кистевидные соцветия. Чашечка густо-волосистая, сверху фиолетовая. Обильное и продолжительное цветение позволяет его использовать в ландшафтном дизайне при оформлении: миксбордеров, клумб, рабаток; низкорослые формы эффектны в каменистых садах.
Плоды черные, состоят из четырех сплюснуто-шаровидных орешков.
Шлемник байкальский обладает высокой декоративностью и является лучшим бордюрным растением в озеленении (Абрамчук, 2009, 2010, 2012, 2018).
Подземная часть шлемника байкальского представлена коротким корневищем, переходящим в длинный мясистый скрученный вокруг продольной оси корень, бурый снаружи и желтый внутри. (Фруентов, 1972). Стержневой корень проникает в почву на глубину 3-5 см (Маняхин, 2010). У шлемника байкальского короткое толстое разветвлённое корневище, которое в трехлетнем возрасте достигает веса в 17 грамм. Корень стержневой (Клементьева, 2018). Признак, по которому шлемник байкальский отличают от других шлемников – его корень на изломе имеет желтый цвет. Рекомендуется размножать делением куста только в возрасте 10 лет и более, выращивают также посевом семян (Клементьева, 2018; Энциклопедия декоративных садовых растений, 2017).
Лекарственным сырьем шлемника байкальского являются корни. В настоящее время происходит уменьшение численности данного вида. Надземная часть шлемника изучена недостаточно, несмотря на то, что именно в ней происходят первичные этапы синтеза биологически активных веществ и их предшественников (Маняхин, 2013).
Вегетация многолетних особей шлемника байкальского в Европейской части России начинается в конце апреля – начале мая, когда среднесуточная температура воздуха переходит через 10°С. Примерно, в первой декаде июля растения вступают в период массовой бутонизации, начало цветения отмечается в середине второй декады июля. В первой декаде августа наблюдается массовое цветение. Продолжительность цветения от 60 до 70 дней и зависит от погодных условий периода вегетации. По срокам цветения шлемник байкальский относится к летне–цветущим растениям. Однолетние растения шлемника зацветают во второй половине лета (в августе), образуют полноценные семена. Осенью, к концу сентября, на корневой шейке закладываются почки возобновления, из которых в следующем году развиваются новые побеги. Массовое отрастание отмечается в третьей декаде апреля. Из почек развиваются однолетние побеги, несущие одну весенне-летне-осеннюю генерацию листьев. В конце апреля молодые побеги достигали длины 5–7 см с 4–6 парами листьев, длиной 4,0–1,2 см, ширины 0,15–1,3 см. В последующем наблюдается интенсивный рост побегов и формирование куста. Через месяц растения достигают 30–40 см высоты, а диаметр куста – 50-60 см, количество побегов в пределах 40-60 штук (Маняхин, 2013).
В течение первого года жизни 100 % особей переходят из прегенеративного состояния в генеративное. Однолетние особи зацветают в конце лета (в августе), образуют полноценные семена. Осенью, к концу сентября, на корневой шейке закладываются почки возобновления, из которых в следующем году развиваются новые побеги (Маняхин, 2010).
Размножается шлемник байкальский семенами, не требующими предпосевной обработки, начинают прорастать при температуре 6–8°С, оптимальная температура прорастания 20–25°С.
При подзимнем сроке посева проростки появляются в середине апреля, при весеннем – в третьей декаде апреля, на 14–16 день после посева.
Опадание семядолей означает переход особей шлемника в ювенильное стояние. Для ювенильных особей характерно наличие одного осевого побега, несущего 5–6 пар настоящих листьев, не отличающихся по морфологическим особенностям от листьев проростков и взрослых растений, но увеличивающихся по размерам в акропетальной последовательности. В ювенильном состоянии побег достигает 10–12 см высоты (Маняхин, 2010).
Для шлемника байкальского характерны следующие фенофазы: начало вегетации (появление ростков), начало цветения (зацветание первых растений), начало массового цветения (число цветущих растений более 20 %), конец массового цветения, конец цветения, созревание семян, осыпание семян, начало отмирания (усыхание частей растений, принятие осенней окраски), полное отмирание. Наблюдения проводят с периодичностью 4–5 дней, смену фаз развития отмечают соответствующими датами. Семена шлемника байкальского в лабораторных условиях начинают прорастать на 3–4 день после постановки опытов и заканчивают на 11–14 день. Энергия прорастания их на 7–8 день 32–45 %. После 6-и месяцев хранения максимальная всхожесть семян около 41 %. Семена сохраняют нормальную всхожесть (? 45–50 %) в течение 12 месяцев, затем значения показателей резко снижаются (Маняхин, 2013).
Цветение начинается 15–20 июля, т.е. в среднем через 70 дней после массового отрастания. Массовое цветение отмечается в конце июля, в эту фазу особи достигают максимальной высоты до 60 см. Распускание цветков происходит в акропетальном направлении с центрального побега, вслед за которым распускаются цветки из соцветий на боковых побегах первого порядка, а затем и второго порядка. Продолжительность цветения шлемника байкальского составляла 60–70 дней. Период созревания семян отмечается в конце августа. Фаза созревания семян не зависит от возраста генеративных растений. Возраст генеративных растений не влияет на сроки наступления и прохождения фенологических фаз, в то время как метеорологические условия вегетационного периода могут сдвинуть сроки прохождения отдельных фаз развития. Вслед за распусканием цветков на центральном побеге распускаются цветки соцветий на боковых побегах первогого порядка, затем второго порядка. Длительность цветения одного цветка 2-5 дней, фаза цветения около 60-70 дней. Период образования семян и их созревания примерно равен периоду цветения (55–65 дней). Длительность фазы созревания семян не зависит от возраста генеративных растений и сроков посева (подзимнего и весеннего). Форма и положение чашечки цветка в период созревания семян не меняются по сравнению с фазой цветения, окраска же ее становится темно–фиолетовой. Из четырех эрем, находящихся в ценобиях, созревают от 2 до 4. К концу октября, с наступлением заморозков, побеги вместе с листьями отмирают. В таком состоянии растения зимуют. Вегетационный период длится 225–300 дней.
В вегетационный сезон 2008 г. было проведено обследование агро–и природной популяций шлемника байкальского. У культивируемых растений зафиксированы следующие показатели: среднее число семян в коробочке 2,7, среднее число генеративных побегов на 1 растение 6,73. Потенциальная семенная продуктивность на 1 генеративный побег составляет 251,25 шт., реальная – 168,99 шт. Наличие полноценных семян – один из основных показателей соответствия условий произрастания биологическим потребностям вида. Это положение подтверждается высоким коэффициентом семенной продуктивности интродуцента, который равен 67 %, что свидетельствует о хорошей адаптации вида к условиям культивирования. В природной популяции шлемника байкальского в вегетационный период 2008 г среднее число семян в коробочке было равно 2,2, число генеративных побегов на 1 растение – 4,32. Потенциальная семенная продуктивность растения составляет 123,76 шт., реальная – 64,8 шт. Коэффициент семенной продуктивности в природной популяции несколько ниже, чем в культуре и составляет 52,4 %.

1.3. Агротехника выращивания культуры
Шлемник байкальский легко вводится в культуру (Абрамчук, 2010), но в условиях Западной Сибири эффективен только рассадный способ возделывания, который широко используется при интродукции растений, переселенных из других флористических районов (Абрамчук, 2018).
Перед высаживанием семена шлемника должны пройти обязательную стратификацию. Ее можно сделать двумя способами: на два месяца поместить пакет с семенами в холодильник. Стратифицированные семена для получения рассады, высевают в середине марта, посадка рассады в грунт проводится в первой половине июня, после окончания весенних заморозков. При рассадном способе растения зацветают в первый год жизни, но зрелые семена образовать не успевают (Абрамчук, 2010, Leach, 2011).
В южных и центральных районах России при этом способе семена можно высаживают в хорошо подготовленную почву весной, когда минует опасность ночных заморозков. Также можно засеять семена осенью сразу в почву. Таким образом, растение пройдет естественную стратификацию за зиму, и весной даст дружные всходы.
В институте общей и экспериментальной биологии (г. Улан-Удэ) проводились изучения природных ценопопуляций шлемника байкальского для выявления наиболее продуктивных и перспективных для введения в культуру (Бухашеева, 2000; 2007). В данном районе шлемник байкальский в основном приурочен к местообитаниям открытых степных склонов сопок южной экспозиции или их вершин, встречается на мелко-щебнистых и каменисто-щебнистых почвах, то есть приспособлено к засушливым условиям, неустойчивому водному режиму (Шишмарев, 2022).
Идеальной почвой для шлемника байкальского является легкая, нейтральная, влаго- и воздухопроницаемая земля. Для этого необходимо обеспечить дренаж и своевременное рыхление. Шлемник не любит тяжелых черноземов. Компост в почву вносится с осени в смеси с золой. Если почва кислая, добавляется доломитовая мука для нейтрализации.
Одновременно с семенами в грунт можно заделать немного гранул суперфосфата, который обеспечит хорошую густоту всходов и чтобы ростки растений взошли дружно. Компост в почву, приготовленную для посева семян шлемника байкальского, вносят с осени.
Всхожесть семян сохраняется в течение одного года, предпосевная подготовка им не нужна. Ее проводят лишь для защиты от болезней и вредителей средствами биологической защиты. Семена шлемника байкальского мелкие, поэтому глубина заделки должна быть не более 1,5 см, достаточно будет рассыпать их по поверхности увлажненного грунта и слегка утрамбовать, вмять в землю. Сверху присыпать сухим песком.
До появления всходов почву в месте посева семян необходимо постоянно увлажнять, чтобы на ее поверхности не образовывалась корка. В дальнейшем уменьшить полив, излишнее увлажнение станет причиной загнивания корней, это засухоустойчивое растение, которому достаточно одного полива в 6–9 дней.
Первые всходы появляются через 2-3 недели, а настоящие листья через 9-10 дней после появления первых всходов. Если получились густые всходы, растение можно пересадить, но не позднее чем образуются три настоящих листочка. Для этого осторожно взять растение вместе с комом земли и пересадить на новое место. Обязательно растения полить раствором корневина. Если момент упущен, пересаживать шлемник нет смысла, так как из–за строения своего корня оно не приживется. Просто проредить посадки шлемника байкальского.
К фазе бутонизации шлемник байкальский подходит за 45-50 дней, цвести начинает через 2,5-3 месяца после появления всходов.
Уход за шлемником байкальским в период вегетации состоит из обязательного рыхления земли вокруг кустов на глубину 8-10 см, удаления сорняков, поливов и подкормок. Гербициды при выращивании лекарственного растения не применяются.
Во время массового цветения шлемника байкальского можно подкормить стимуляторами роста, благодаря которым корни будут лучше развиваться, и цвести они будут обильнее (рис. 1). Неплохой результат дает подкормка раствором птичьего помета, азотистые удобрения будут способствовать росту стеблей и листьев в ущерб корням (рис. 2). Их количество регулируют в зависимости от целей выращивания шлемника. В составе подкормки присутствует комплекс минералов, который требуется растениям для обеспечения здорового роста и максимальной урожайности. Минеральные вещества очень быстро впитываются системой корней. Удобрение делает почву более богатой и насыщенной, так как куриный помёт является органическим, абсолютно естественным почвообразователем. Он оказывает содействие в повышении уровня содержания гумуса в земле. Это возможно вследствие активизации природных гумусоформирующих процессов. Также помогает восстанавливать грунт, повреждённый эрозией. Быстродействующее дополнительное питание вносится в грунт как основное удобрение, также может вноситься локально во время посадки. Подкормка «Бионекс-1» применяется на протяжении всего срока вегетации. Полезно внесение состава «Бионекс-1» при посеве. Делается это локально в каждую посадочную ямку по 50-80 г либо между рядами, удобрение закапывается на 10-12 см. Растения шлемника байкальского удобряются во время выполнения полива один раз в 2-3 недели при активном росте и процессе цветения растений. Для приготовления поливочного раствора требуется в течение суток настоять 300 г питательного состава в 10 л воды.

Весь текст будет доступен после покупки

-

Весь текст будет доступен после покупки