Food Processing: Techniques and Technology Food Processing: Techniques and Technology Техника и технология пищевых производств 2074-9414 2313-1748 76050 10.21603/2074-9414-2024-1-2488 ОРИГИНАЛЬНАЯ СТАТЬЯ ORIGINAL ARTICLE ОРИГИНАЛЬНАЯ СТАТЬЯ Clonal Micropropagation of Wild Berry Plants of the Genus Rubus Клональное микроразмножение лесных ягодных растений рода Rubus https://orcid.org/0000-0003-0564-8888 Макаров Сергей Сергеевич Makarov Sergey Sergeevich makarov_serg44@mail.ru https://orcid.org/0000-0003-1069-3771 Упадышев Михаил Тарьевич Upadyshev Mikhail Tar'evich https://orcid.org/0000-0002-8464-4596 Сунгурова Наталья Рудольфовна Sungurova Natalia Rudol'fovna https://orcid.org/0000-0003-4024-6833 Тюкавина Ольга Николаевна Tyukavina Olga Nikolaevna https://orcid.org/0000-0002-5981-2690 Куликова Елена Ивановна Kulikova Elena I. https://orcid.org/0000-0001-5011-3271 Кузнецова Ирина Борисовна Kuznetsova Irina B. Российский государственный аграрный университет – МСХА имени К. А. Тимирязева Москва Россия Russian State Agrarian University – Moscow Timiryazev Agricultural Academy Moscow Russian Federation Северный (Арктический) федеральный университет имени М. В. Ломоносова Архангельск Россия M.V. Lomonosov Northern (Arctic) Federal University Arkhangelsk Russian Federation Российский государственный аграрный университет – МСХА имени К. А. Тимирязева Москва Россия Russian State Agrarian University – Moscow Timiryazev Agricultural Academy Moscow Russian Federation Северный (Арктический) федеральный университет имени М. В. Ломоносова Архангельск Россия M.V. Lomonosov Northern (Arctic) Federal University Arkhangelsk Russian Federation Северный (Арктический) федеральный университет имени М. В. Ломоносова Архангельск Россия M.V. Lomonosov Northern (Arctic) Federal University Arkhangelsk Russian Federation Вологодская государственная молочнохозяйственная академия имени Н. В. Верещагина Вологда Россия Vologda State Dairy Academy named after N.V. Vereshchagin Vologda Russian Federation Костромская государственная сельскохозяйственная академия Караваево Россия Kostroma State Agricultural Academy Karavaevo Russian Federation 28 03 2024 28 03 2024 54 1 60 70 11 04 2023 04 06 2023 https://fptt.ru/en/issues/22328/22353/

Морошка приземистая и княженика арктическая – лесные ягодные растения рода Rubus семейства Rosaceae. Они обладают высокой пищевой и лекарственной ценностью, но в природе имеют низкую урожайность, а некоторые популяции находятся на грани исчезновения. Для получения большого количества оздоровленного посадочного материала этих растений целесообразно использовать экономически эффективные биотехнологические методы размножения. Необходимо совершенствовать технологии клонального микроразмножения морошки приземистой и княженики арктической для сортов и форм российского происхождения. Цель исследования – изучение влияния стерилизующих агентов на приживаемость эксплантов и концентрации регуляторов роста в составе питательной среды на органогенез растений Rubus chamaemorus L. и Rubus arcticus L. в культуре in vitro. Объектами исследования являлись растения-регенеранты R. chamaemorus (формы Архангельская и Вологодская) и R. arcticus (сорта София и Галина). Провели биохимический анализ состава плодов. Изучили влияние стерилизующих агентов и времени экспозиции на жизнеспособность эксплантов, а также состава питательной среды и концентрации росторегулирующих веществ на образование микропобегов и корней in vitro. Наибольшую приживаемость эксплантов R. arcticus и R. chamaemorus из латеральных почек (80–96 %) отметили после стерилизации растворами азотнокислого серебра 0,2 % и препарата Лизоформин 3000 5 % в течение 15 мин, из этиолированных побегов (79–100 %) – азотнокислого серебра 0,2 %, препаратов Ника-2 0,01 % и Лизоформин 3000 5 % в течение 10 мин. Наибольшую суммарную длину микропобегов (19,4–22,7 см) у R. chamaemorus выявили при добавлении в питательную среду МС цитодефа 0,1 мг/л, корней (46,0–56,6 см) – при добавлении индолилуксуной кислоты 0,5 мл/л. Максимальные значения суммарной длины микропобегов (22,4–22,8 см) и корней (86,6–89,3 см) у R. arcticus отметили при тех же концентрациях росторегулирующих веществ на среде МС 1/2. Использование регуляторов роста цитодеф и индолилуксуной кислоты при клональном микроразмножении морошки приземистой и княженики арктической позволит получить большое количество высококачественного посадочного материала для плантационного выращивания.

Cloudberry (Rubus chamaemorus L.) and arctic raspberry (Rubus arcticus L.) are highly nutritional and medicinal but lowyield berries, with some populations being on the verge of extinction. Micropropagation biotechnologies are cost-effective and may provide healthy and plentiful planting material for these valuable berries. Clonal micropropagation of cloudberry and arctic raspberry requires new methods adapted for Russian varieties. This research featured the effect of sterilizing agents on the survival rate of explants of R. chamaemorus and R. arcticus, as well as the effect of growth regulators in the nutrient medium on their organogenesis in vitro. Berries obtained from regenerant plants of R. chamaemorus (Arkhangelsk and Vologda varieties) and R. arcticus (Sofia and Galina varieties) underwent a biochemical analysis. Further research involved the effect of sterilizing agents and exposure time on the viability of explants, as well as the effect of the nutrient medium composition and the concentration of growth regulators on the development of microshoots and roots in vitro. In case of lateral buds, the highest survival rate of both types of explants (80–96%) belonged to the samples sterilized with 0.2% silver nitrate and 5% Lysoformin 3000 for 15 min. In case of etiolated shoots (79–100%), it was the samples treated with 0.2% silver nitrate, 0.01% Nika 2, and 5% Lysoformin 3000 for 10 min. The maximal total length of microshoots in R. chamaemorus (19.4–22.7 cm) was registered at 0.1 mg/L Cytodef in the Murashige and Skoog medium. The maximal total length of roots (46.0–56.6 cm) was obtained when the medium contained 0.5 mL/L indolylacetic acid. As for R. arcticus, the maximal total lengths of microshoots (22.4–22.8 cm) and roots (86.6–89.3 cm) occurred at the same concentrations of growth regulators on 1/2 Murashige and Skoog medium. In this research, Cytodef and indolylacetic acid applied in the process of clonal micropropagation of R. chamaemorus and R. arcticus made it possible to increase the yield of high-quality planting material for commercial plantations.

 Rubus arcticus L. Rubus chamaemorus L. ягоды растения клональное микроразмножение in vitro биохимический состав стерилизация органогенез Rubus arcticus L. Rubus chamaemorus L. berries plants clonal micropropagation in vitro biochemical composition sterilization organogenesis Работа выполнена за счет средств Программы развития университета в рамках Программы стра- тегического академического лидерства «Приоритет-2030» (соглашен ие № 075-15-2023-220 от 16.02.2023). The research was part of the University Development Program, Strategic Academic Leadership Program Priority-2030 (Agreement No. 075-15-2023-220 dated 02/16/2023).

Makarov SS, Bagayev ES, Tsaregradskaya SYu, Kuznetsova IB. Problems of use and reproduction of phytogenic food and medicinal forest resources on the forest fund lands of the Kostroma region. Russian Forestry Journal. 2019;372(6):118–131. (In Russ.). https://doi.org/10.17238/issn0536-1036.2019.6.118 Makarov SS, Bagayev ES, Tsaregradskaya SYu, Kuznetsova IB. Problems of use and reproduction of phytogenic food and medicinal forest resources on the forest fund lands of the Kostroma region. Russian Forestry Journal. 2019;372(6):118–131. (In Russ.). https://doi.org/10.17238/issn0536-1036.2019.6.118 Gudovskikh YuV, Egorova NYu, Egoshina TL. State of Rubus arcticus (Rosaceae) coenopopulations in Kirov region. Botanicheskii Zhurnal. 2020;105(8):779–793. (In Russ.). https://doi.org/10.31857/S0006813620080062 Gudovskikh YuV, Egorova NYu, Egoshina TL. State of Rubus arcticus (Rosaceae) coenopopulations in Kirov region. Botanicheskii Zhurnal. 2020;105(8):779–793. (In Russ.). https://doi.org/10.31857/S0006813620080062 Верхов Н. Болотный стражник // Уральский следопыт. 2018. № 12. С. 12–15. Verkhov N. Swamp guard. Ural Pathfinder. 2018;(12):12–15. (In Russ.). Markovskaya EF, Schmakova NYu, Morozova KV, Ermolaeva OV. Morphophysiological features of assimilation apparatus of Rubus chamaemorus (Rosaceae) leaves in West Svalbard. Botanicheskii Zhurnal. 2019;104(11–12):1740–1752. (In Russ.). https://doi.org/10.1134/S0006813619110115 Markovskaya EF, Schmakova NYu, Morozova KV, Ermolaeva OV. Morphophysiological features of assimilation apparatus of Rubus chamaemorus (Rosaceae) leaves in West Svalbard. Botanicheskii Zhurnal. 2019;104(11–12):1740–1752. (In Russ.). https://doi.org/10.1134/S0006813619110115 Puupponen-Pimiä R, Nohynek L, Suvanto J, Salminen J-P, Seppänen-Laakso T, Tähtiharju J, et al. Natural antimicrobials from cloudberry (Rubus chamaemorus) seeds by sanding and hydrothermal extraction. ACS Food Science and Technology. 2021;1(5):917−927. https://doi.org/10.1021/acsfoodscitech.0c00109 Puupponen-Pimiä R, Nohynek L, Suvanto J, Salminen J-P, Seppänen-Laakso T, Tähtiharju J, et al. Natural antimicrobials from cloudberry (Rubus chamaemorus) seeds by sanding and hydrothermal extraction. ACS Food Science and Technology. 2021;1(5):917−927. https://doi.org/10.1021/acsfoodscitech.0c00109 Величко Н. А., Шароглазова Л. П., Смольникова Я. В. Исследование липидного состава плодов представителей рода Rubus и оценка перспективы их применения в пищевых технологиях // Вестник КрасГАУ. 2016. Т. 118. № 7. С. 137–145. https://elibrary.ru/WCYKRT Velichko NA, Sharoglazova LP, Smolnikova YaV. The study of the lipid composition of fruits of representatives of the genus Rubus and evaluation of the prospects for their application in food technologies. Bulletin of KSAU. 2016;118(7):137–145. (In Russ.). https://elibrary.ru/WCYKRT Afrin S, Giampieri F, Gasparrini M, Forbes-Hernandez TY, Varela-López A, Quiles JL, et al. Chemopreventive and therapeutic effects of edible berries: A focus on colon cancer prevention and treatment. Molecules. 2016;21(2). https://doi.org/10.3390/molecules21020169 Afrin S, Giampieri F, Gasparrini M, Forbes-Hernandez TY, Varela-López A, Quiles JL, et al. Chemopreventive and therapeutic effects of edible berries: A focus on colon cancer prevention and treatment. Molecules. 2016;21(2). https://doi.org/10.3390/molecules21020169 Пушница А. А., Беспалова В. В. Исследование влияния компонентов рецептуры и технологических процессов на качество желированных сладких блюд // Известия высших учебных заведений. Арктический регион. 2018. № 1. С. 61–68. https://elibrary.ru/YZKHQT Pushnitsa AA, Bespalova VV. Effect of formulation components and technological processes on the quality of sweet jelly. News of Higher Educational Institutions. Arctic Region. 2018;(1):61–68. (In Russ.). https://elibrary.ru/YZKHQT Aguilera-Correa JJ, Fernández-López S, Cuñas-Figueroa ID, Pérez-Rial S, Alakomi H-L, Nohynek L, et al. Sanguiin H-6 fractionated from cloudberry (Rubus chamaemorus) seeds can prevent the methicillin-resistant Staphylococcus aureus biofilm development during wound infection. Antibiotics. 2021;10(12). https://doi.org/10.3390/antibiotics10121481 Aguilera-Correa JJ, Fernández-López S, Cuñas-Figueroa ID, Pérez-Rial S, Alakomi H-L, Nohynek L, et al. Sanguiin H-6 fractionated from cloudberry (Rubus chamaemorus) seeds can prevent the methicillin-resistant Staphylococcus aureus biofilm development during wound infection. Antibiotics. 2021;10(12). https://doi.org/10.3390/antibiotics10121481 Karp K, Mänd M, Starast M, Paal T. Nectar production of Rubus arcticus. Agronomy Research. 2004;2(1):57–61. Karp K, Mänd M, Starast M, Paal T. Nectar production of Rubus arcticus. Agronomy Research. 2004;2(1):57–61. Ragnar M, Rytkönen P, Hedh J. Åkerbär. Luleå: Black Island Books; 2017. 169 p. Ragnar M, Rytkönen P, Hedh J. Åkerbär. Luleå: Black Island Books; 2017. 169 p. Luginina EA, Egoshina TL. Biochemical composition of fruits of wild growing berry plants. In: Weisfeld LI, Opalko AI, Bekuzarova SA. Temperate horticulture for sustainable development and environment. New York: Apple Academic Press; 2018. pp. 81–96. https://doi.org/10.1201/9781351249393 Luginina EA, Egoshina TL. Biochemical composition of fruits of wild growing berry plants. In: Weisfeld LI, Opalko AI, Bekuzarova SA. Temperate horticulture for sustainable development and environment. New York: Apple Academic Press; 2018. pp. 81–96. https://doi.org/10.1201/9781351249393 Boulanger-Pelletier J, Lapointe L. Fertilization stimulates root production in cloudberry rhizomes transplanted in a cutover peatland. Canadian Journal of Plant Science. 2017;97:1046–1056. https://doi.org/10.1139/cjps-2016-0235 Boulanger-Pelletier J, Lapointe L. Fertilization stimulates root production in cloudberry rhizomes transplanted in a cutover peatland. Canadian Journal of Plant Science. 2017;97:1046–1056. https://doi.org/10.1139/cjps-2016-0235 Tyak GV, Kurlovich LE, Tyak AV. Biological recultivation of degraded peatlands by creating forest berry plants. Vestnik of the Kazan State Agrarian University. 2016;11(2):43–46. (In Russ.). https://doi.org/10.12737/20633 Tyak GV, Kurlovich LE, Tyak AV. Biological recultivation of degraded peatlands by creating forest berry plants. Vestnik of the Kazan State Agrarian University. 2016;11(2):43–46. (In Russ.). https://doi.org/10.12737/20633 Размножение и культивирование княженики арктической (Rubus arcticus L.) / Г. В. Тяк [и др.] // Плодоводство и ягодоводство России. 2018. Т. 52. С. 95–99. https://elibrary.ru/XMSYKD Tyak GV, Makarov SS, Kalashnikova EA, Tyak AV. Reproduction and cultivation of the arctic bramble (Rubus arcticus L.). Pomiculture and Small Fruits Culture in Russia. 2018;52:95–99. (In Russ.). https://elibrary.ru/XMSYKD Kikowska M, Turowska N, Thiem B. Can in vitro cultures of protected plant species be a source of raw materials for phytochemical and biological studies? Farmacja Współczesna. 2019;12:210–217. (In Polish). Kikowska M, Turowska N, Thiem B. Can in vitro cultures of protected plant species be a source of raw materials for phytochemical and biological studies? Farmacja Współczesna. 2019;12:210–217. (In Polish). Zontikov DN, Zontikova SA, Malahova KV. Influence of the composition of nutrient media and growth regulators during clonal micropropagation of some economically valuable representatives of the genus Rubus L. Agrohimia. 2021;(6):36–42. (In Russ.). https://doi.org/10.31857/S0002188121060144 Zontikov DN, Zontikova SA, Malahova KV. Influence of the composition of nutrient media and growth regulators during clonal micropropagation of some economically valuable representatives of the genus Rubus L. Agrohimia. 2021;(6):36–42. (In Russ.). https://doi.org/10.31857/S0002188121060144 Makarov SS, Kuznetsova IB, Upadyshev MT, Rodin SA, Chudetsky AI. Clonal micropropagation of cranberry (Oxycoccus palustris Pers.). Food Processing: Techniques and Technology. 2021;51(1):67–76. (In Russ.). https://doi.org/10.21603/2074-9414-2021-1-67-76 Makarov SS, Kuznetsova IB, Upadyshev MT, Rodin SA, Chudetsky AI. Clonal micropropagation of cranberry (Oxycoccus palustris Pers.). Food Processing: Techniques and Technology. 2021;51(1):67–76. (In Russ.). https://doi.org/10.21603/2074-9414-2021-1-67-76 Chudetsky AI, Rodin SA, Zarubina LV, Kuznetsova IB, Tyak GV. Сlonal micropropagation and peculiarities of adaptation to ex vitro conditions of forest berry plants of the genus Vaccinium. Food Processing: Techniques and Technology. 2022;52(3):570–581. (In Russ.). https://doi.org/10.21603/2074-9414-2022-3-2386 Chudetsky AI, Rodin SA, Zarubina LV, Kuznetsova IB, Tyak GV. Clonal micropropagation and peculiarities of adaptation to ex vitro conditions of forest berry plants of the genus Vaccinium. Food Processing: Techniques and Technology. 2022;52(3):570–581. (In Russ.). https://doi.org/10.21603/2074-9414-2022-3-2386 Перспективы промышленного выращивания и биотехнологические методы размножения лесных ягодных растений / С. С. Макаров, М. Т. Упадышев, Р. С. Хамитов [и др.]. М.: Колос-с, 2023. 153 с. Makarov SS, Upadyshev MT, Khamitov RS, Antonov AM, Kulikova EI, Kuznetsova IB. Prospects for industrial cultivation and biotechnological methods of propagation of wild berry plants. Moscow: Kolos-s; 2023. 153 p. (In Russ.). Akimov MYu, Bessonov VV, Kodentsova VM, Eller KI, Vrzhesinskaya OA, Beketova NA, et al. Biological value of fruits and berries of Russian production. Problems of Nutrition. 2020;89(4):220–232. (In Russ.). https://doi.org/10.24411/0042-8833-2020-10055 Akimov MYu, Bessonov VV, Kodentsova VM, Eller KI, Vrzhesinskaya OA, Beketova NA, et al. Biological value of fruits and berries of Russian production. Problems of Nutrition. 2020;89(4):220–232. (In Russ.). https://doi.org/10.24411/0042-8833-2020-10055