Состав среды для культивирования растений семейства рясковые (wolffia arrhiza) в условиях in vitro


 


Владельцы патента RU 2472338:

Чернобровкина Мария Аркадьевна (RU)
Хватков Павел Алексеевич (RU)
Долгов Сергей Владимирович (RU)

Изобретение относится к области сельского хозяйства и может быть использовано для культивирования растений семейства Рясковые (Wolffia arrhiza) в условиях in vitro. Состав среды для культивирования растений семейства Рясковые состоит из: фосфата калия монозамещенного, четырехводного нитрата кальция, нитрата калия, семиводного сульфасульфата цинка, двуводного молибдата натрия, семиводного сульфата цинка, двунатриевого дигитрата этилендиаминтетрауксусной кислоты, борную кислоту и сахарозу. Дополнительно состав среды содержит: калия йодид, кобальта хлорид, аспарагин, глутамин, тиамин, пиридоксин, аскорбиновую кислоту, мезоинозит, семиводный сульфат железа и пятиводный сульфат марганца. Технический результат заключается в повышении биологической продуктивности растений семейства Рясковые (Wolffia arrhiza) за счет оптимизации содержания элементов питания в культивационной среде. 1 табл.

 

Изобретение относится к области биотехнологии и может быть использовано для производства как высокобелковых кормов в отраслях кормопроизводства, так и разнообразных белковых препаратов в фармацевтике и ветеринарии.

При культивировании растений семейства рясковых (разные виды Lemna, Wolffia, Spirodela) в условиях in vitro рядом исследователей рекомендованы среды, составленные по прописям Мурасиге-Скуга (наиболее универсальная среда) (Воинов Н.А. и др. 2009), Гамборга, Шенка-Хильдебрандта (Schenk and Hildebrandt, 1972; Gamborg et al., 1968; Boehm et al., 2001; Kruse et al., 2001; Li J. et al., 2004; Friedrich A.S., 2005).

Наиболее распространенными средами для водных и песчаных культур являются среды, составленные по прописям Кнопа, Стейнберга и Хогланда-Арнона (Гродзинский А.М., Гродзинский Д.М., 1973; Steinberg, R., 1946; Knop, 1865; Hoagland and Arnon., 1938) и имеющие более низкое, по сравнению с вышеупомянутыми, содержание минеральных веществ. Все указанные среды разработаны для культивирования широкого круга растений, поэтому не в полной мере удовлетворяют индивидуальным потребностям в элементах питания отдельно взятого объекта, что не позволяет максимально реализовать его потенциальную биологическую продуктивность.

Наиболее близкими по биологической сущности к изобретению являются среда Хогланда-Арнона (Гродзинский А.М., Гродзинский Д.М., 1973; Hoagland and Arnon., 1938), включающая в свой состав следующие компоненты, мас.%:

2РO4 0,45
Ca(NO3)2×4Н2O 3,60
KNO3 1,67
MgSO4×7H2O 1,63
FeCl3×6H2O 6,42
2ЭДТА×2Н2O 19,89
Na2MoO4×2H2O 0,0003
ZnSO4×7H2O 0,0007
CuSO4×5H2O 0,0003
MnCl2×4H2O 0,006
H3BO3 0,009
Сахароза Остальное

К недостаткам указанной среды для культивирования водных растений относятся: несбалансированность минерального питания для индивидуальных потребностей Wolffia arrhiza и практически полное отсутствие органических элементов питания за исключением сахарозы.

Задача изобретения - повышение биологической продуктивности Wolffia arrhiza за счет оптимизации содержания элементов питания в культивационной среде.

Поставленная задача достигается изменением баланса минеральных элементов в питательном растворе, заменой некоторых минеральных элементов и включением в раствор дополнительных как минеральных, так и органических компонентов. Для этого среда, включающая фосфат калия монозамещенный - KН2РO4, четырехводный нитрат кальция - Ca(NO3)2×4Н2O, нитрат калия - KNO3, семиводный сульфат магния - MgSO4×7H2O, двуводный молибдат натрия - Na2MoO4×2H2O, семиводный сульфат цинка - ZnSO4×7H2O, двунатриевый дигидрат этилендиаминтетрауксусной кислоты - Na2ЭДТА×2Н2O, пятиводный сульфат меди - CuSO4×5H2O и борную кислоту - Н3ВO3, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит калия йодид -KI, шестиводный хлорид кобальта - СоСl2×6Н2O, аспарагин, глутамин, тиамин, пиридоксин, аскорбиновую кислоту, мезоинозит, семиводный сульфат железа - FeSO4×7H2O и пятиводный сульфат марганца - MnSO4×5H2O, при следующем содержании компонентов, мас.%:

2РO4 1,044-1,050
Ca(NO3)2×4Н2O 3,90-4,00
KNO3 1,60-1,68
MgSO4×7H2O 1,20-1,26
FeSO4×7H2O 0,040-0,046
Na2ЭДТА×2H2O 0,059-0,067
KI 0,0035-0,0051
Na2MoO4×2H2O 0,00048-0,00060
ZnSO4×7H2O 0,00012-0,00022
CuSO4×5H2O 0,00014-0,00022
MnSO4×5H2O 0,0023-0,0027
H3BO3 0,011-0,017
СоСl2×6H2O 0,00060-0,00084
Аспарагин 0,22-0,28
Глутамин 0,35-0,45
Тиамин 0,0010-0,0016
Пиридоксин 0,009-0,017
Аскорбиновая кислота 0,041-0,049
Мезоинозит 1,31-1,39
Сахароза Остальное

Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемый состав раствора отличается от известных по содержанию всех компонентов, ионной формой ряда компонентов и введением новых компонентов. Таким образом, заявляемое решение соответствует критерию «новизна». Разработанная среда обеспечила многократное повышение продуктивности Wolffia arrhiza по целому комплексу показателей, таких как: прирост биомассы популяции, содержание тотального белка в 100 мг сырой массы и процентное содержание белка в сухой массе, обеспечивая при этом достаточно высокий показатель содержания сухого вещества, и не вызывая видимых физиологических отклонений в архитектонике растения. Наиболее важный показатель - выход тотального белка с популяции - также превосходит аналогичный показатель при культивировании Wolffia arrhiza на ранее известных аналогах сред. Таким образом, данный состав компонентов среды действительно увеличивает продуктивность объекта, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию «существенные отличия».

Для экспериментальной проверки заявляемого состава были подготовлены 4 варианта: прототип (среда Хогланда-Арнона (Hg)) и 3 варианта заявляемой среды (W3M«1» - среда составлена по наименьшей границе заявляемых допустимых интервалов масс компонентов, W3M«2» - среда составлена по средним величинам из заявляемых допустимых интервалов масс компонентов, W3M«3» - среда составлена по наибольшей границе заявляемых допустимых интервалов масс компонентов).

Смеси получили простым смешиванием. Среды готовили из концентрированных маточных растворов стандартной компоновки (Шевелуха B.C., 1998):

Раствор Методика приготовления раствора Количество раствора в мл/л среды
W3M«1» W3M«2» W3M«3»
Раствор четырехводного нитрата кальция В 80 мл дистиллированной воды добавляют 23,6 г Ca(NO3)2×4Н2O. Полученный раствор доводят дистиллированной водой до кондиционного объема в 100 мл 3,63 3,7 0 3,77
Раствор макроэлементов В 400 мл дистиллированной воды добавляют: 18,2 20,0 21,8
KNO3 9,2 г
MgSO4×7H2O 6,7 г
2РO4 5,8 г
Полученный раствор доводят дистиллированной водой до кондиционного объема в 500 мл
Раствор микроэлементов В 100 мл дистиллированной воды добавляют: 0,9 1,0 1,1
MnSO4×7H2O 0,18 г
Н3ВО3 0,31 г
ZnSO4×7H2O 0,037 г
KI 0,096 г
CuSO4×5H2O 0,0038 г
Na2MoO4×2H2O 0,012 г
СоСl2×6Н2O 0,016 г
Раствор хелата железа 1. Растворяют в 400 мл дистиллированной воды: 2,8 г FeSO4×7H2O. 1,77 1,95 2,13
2. Растворяют в 100 мл дистиллированной воды: 3,73 г Na2ЭДТА×2H2O.
3. Оба раствора смешивают и нагревают на водяной бане до константного состояния смеси.
Раствор органических веществ В 100 мл дистиллированной воды добавляют: 0,9 1,0 1,1
Тиамин 0,03 г
Пиридоксин 0,3 г
Аскорбиновая кислота 1,0 г
Вещества, добавляемые в виде сухих препаратов Количество вещества в г/л среды
Мезоинозит 0,29 0,3 0,31
Глутамин 0,0782 0,0894 0,1006
Аспарагин 0,0488 0,0555 0,0622
Сахароза 20,06 20,0 19,94

Растения помещали на жидкие питательные среды в количестве 100 растений в одну колбу общим объемом 500 мл в трехкратной повторности для каждого из вариантов. Объем среды в каждой колбе составлял 300 мл, культивацию осуществляли на шейкере при 90 об/мин. Учетный период - 1 месяц со дня посадки.

Среда Биомасса популяции в г Масса тотального белка в мкг/100 мг сырой массы Масса белка популяции в мг Содержание сухого вещества в % Белка в сухом веществе в %
W3M «1» 11,72 1471,22 170,89 4,5 32,9
W3M «2» 19,05 1813,20 392,15 4,9 40,1
W3M «3» 13,48 1435,65 193,14 4,6 31,6
Hg 6,99 846,13 58,97 3,9 22,1

Приведенные в таблице данные по результатам дисперсионного анализа показали наличие достоверных различий фактора на 95% уровне значимости.

Из таблицы следует, что заявляемая среда существенно превосходит по всем показателям продуктивности прототип. Также полученные данные свидетельствуют о том, что при использовании граничных значений заявляемых допустимых интервалов масс компонентов происходит снижение продуктивности Wolffia arrhiza по всем показателям в связи с дефицитом либо избытком элементов питания в среде.

Источники информации

1. Воинов Н.А., Волова Т.Г., Зобова Н.В., Маркова С.В., Франк Л.А., Шишацкая Е.И. Современные проблемы и методы биотехнологии / Учеб. пособие. - Красноярск, ИПК СФУ, 2009. - 418 с.

2. Гродзинский А.М., Гродзинский Д.М. (1973). Краткий справочник по физиологии растений. Изд 2, испр., доп. - Киев: Наукова думка. - 590 с.

3. Сельскохозяйственная биотехнология / В.С. Шевелуха, С.В. Калашникова, Е.З. Кочиева [и др.]. - М.: Высш. шк., 1998. - 416 с.

4. Boehm R., Kruse С., Voeste D., Barth S. and Schnabl H. (2001) A transient transformation system for duckweed (Wolffia columbiana) using Agrobacterium-mediated gene transfer. J Appl Bot 75:107-111.

5. Friedrich A.S. (2005). Untersuchungen zu Kultivierung, Transformation und Fermentation von Wolffia spec. - Inaugural - Dissertation. - 177 s.

6. Gamborg O.L., Miller R.A. and Ojima K. (1968). Nutrient requirements of suspension cultures of soybean root cells. Experimental Cell Research 50, 151-158.

7. Gamborg O.L., Constabel F., La Rue, T.A.G., Miller R.A. & Steck W. (1971). The influence of hormones on secondary metabolite formation in plant cell cultures. In Les Cultures de Tissas de Plantes, pp.335-44. Paris: Centre National de la Recherche Scientifique.

8. Hoagland D.R. and Arnon D.I. (1938). The water-culture method for growing plants without soil Univ. Calif. Coll. Agric. Exp. Sta. Circ. Berkeley, CA 347-353.

9. Knop W. (1865). Quantitative Utersuchungen Über den ErnährungensprozeB der Pflanze. Landw. Versuchssat. 7:93.

10. Knop W. (1865) Arbeiten aus dem Laboratorio der Versuchs-Station zu Moecern. Die Landwirtschaftlichen Versuchs-Stationen 7: 436-450.

11. Kruse C., Boehm R., Voeste D., Barth S. and Schnabl H. (2001). Transient transformation of Wolffia columbiana by particle bombardment. Aquatic Bot 72:175-181.

12. Li J., Jain M., Vunsh R., Vishnevetsky J., Hanania U., Flaishman M., Perl A., Edelman M. Callus induction and regeneration in Spirodela and Lemna // Plant Cell Rep (2004) 22:457-464.

13. Steinberg R., 1946: Mineral requirement of Lemna minor. Plant Physiology, 21, 42-48.

Состав среды для культивирования растений семейства Рясковые (Wolffia arrhiza) в условиях in vitro, включающий фосфат калия монозамещенный - KH2PO4, четырехводный нитрат кальция - Са(NO3)2·4H2O, нитрат калия - KNO3, семиводный сульфат магния - MgSO4·7H2O, двуводный молибдат натрия - Na2MoO4·2H2O, семиводный сульфат цинка - ZnSO4·7H2O, двунатриевый дигидрат этилендиаминтетрауксусной кислоты - Na2ЭДTA·2H2O, пятиводный сульфат меди - CuSO4·5H2O, борную кислоту -Н3ВО3 и сахарозу, отличающийся тем, что дополнительно содержит калия йодид - KJ, шестиводный кобальта хлорид - CoCl2·6H2O, аспарагин, глутамин, тиамин, пиридоксин, аскорбиновую кислоту, мезоинозит, семиводный сульфат железа - FeSO4·7H2O и пятиводный сульфат марганца - MnSO4·5H2O при следующем содержании компонентов, мас.%:

KH2PO4 1,044-1,050
Ca(NO3)2·4H2O 3,90-4,00
KNO3 1,60-1,68
MgSO4·7H2O 1,20-1,26
FeSO4·7H2О 0,040-0,046
Na2ЭДTA·2H2O 0,059-0,067
KJ 0,0035-0,0051
Na2MoO4·2H2O 0,00048-0,00060
ZnSO4·7H2O 0,00012-0,00022
CuSO4·5H2O 0,00014-0,00022
MnSO4·5H2O 0,0023-0,0027
H3BO3 0,011-0,017
CoCl2·6H2O 0,00060-0,00084
Аспарагин 0,22-0,28
Глутамин 0,35-0,45
Тиамин 0,0010-0,0016
Пиридоксин 0,009-0,017
Аскорбиновая кислота 0,041-0,049
Мезоинозит 1,31-1,39
Сахароза Остальное


 

Похожие патенты:
Изобретение относится к области сельского и лесного хозяйств. .

Изобретение относится к способу выращивания растения. .

Изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно к гидропонному выращиванию зеленого корма, и предназначено для приготовления малокомпонентной витаминизированной кормовой смеси, состоящей из измельченной соломы и пророщенного на ней зерна.
Изобретение относится к области сельского хозяйства и гидропоники. .

Изобретение относится к области сельского хозяйства, растениеводства и гидропоники. .
Изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно к ускоренному способу выращивания зеленых гидропонных кормов (ЗГК). .

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано для промышленного выращивания растительной продукции в интенсивном режиме

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано для промышленного выращивания растительной продукции в интенсивном режиме

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к способам выращивания и скармливания птицам зеленого гидропонного корма

Изобретение относится к системе выращивания растений, в частности к системе выращивания ряда растений при любой погоде вне зависимости от природных условий или места и для значительного увеличения урожайности на единицу площади, и содержит систему движения по замкнутому контуру, которая включает в себя некоторое количество валов
Изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности к выращиванию растений в закрытом грунте. Способ включает высадку растений и их выращивание с периодическим освещением растений. При этом освещение проводят оптическим излучением, сфокусированным с использованием оптической системы, включающей источник оптической энергии и отражатель, расположенные вне закрытого пространства с возможностью передачи, по меньшей мере, одного пучка оптической энергии в закрытое помещение на установленный в закрытом помещении, по меньшей мере, один вращающийся отражатель, установленный с возможностью передачи оптической энергии на растения. Причем используют время освещения одного растения в течение 0,5-1,0 сек при интервале между освещением 9-15 сек. Способ позволяет повысить эффективность светоимпульсной обработки растений и упростить выращивание растений в закрытом пространстве. 9 з.п. ф-лы.

Изобретение предназначено для выращивания растений в питательной среде без почвы. Шлюзовая аэропонная колонна содержит вертикальную трубу с отверстиями в стенках, форсунки для орошения, отводящие и подводящие магистрали питательного раствора. В верхней части трубы имеются отверстия для закрепления аэрофитных шлюзов и воздушных фильтров. Нижняя (более узкая) часть трубы опирается на собирающий конус, соединенный через перешеек с отстойником, в котором расположена ультрафиолетовая лампа и который соединен с баком для минерализованной воды. Аэрофитные шлюзы закреплены на стенках трубы в шахматном порядке и представляют собой отрезки трубы с наклонно расположенными срезами и фиксаторами в вертикальной плоскости. В наружном срезе размещена неплотная среда для проращивания и удержания растений. Техническим результатом изобретения является упрощение конструкции устройства, упрощение обслуживания устройства. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к биотехнологии и может быть использовано для производства лечебно-профилактических продуктов. Способ производства лечебно-профилактических продуктов включает следующие стадии: получение водяного пара, конденсацию пара с получением легкой воды - содержание дейтерия не более 110 ppm и передачей энергии конденсации пара на жидкий теплоноситель, использование легкой воды для выращивания растений или совместного выращивания растений и животных, подачу теплоносителя на устройство отопления или устройство охлаждения помещения, в котором выращивают растения, или растения совместно с животными и вентиляцию этого помещения с извлечением из удаляемого воздуха воды. При этом удаляемую воду дополнительно используют для выращивания растений. Изобретение позволяет снизить энергозатраты на выращивание растений и получить готовый продукт с пониженным содержанием дейтерия. 1 з.п. ф-лы, 4 ил., 3 пр.

Группа изобретений относится к области сельского хозяйства. Способ включает выращивание растений в движущихся емкостях, расположенных в оранжерее со светопропускающими стенами на вертикально установленном замкнутом конвейере с возможностью его непрерывного вертикального перемещения относительно рамы, и уход за растениями, включающий регулирование освещенности, температуры, влажности помещения и подачи питательного раствора. При этом выравнивают равномерность освещенности растений по всему объему помещения посредством дополнительного непрерывного горизонтального перемещения емкостей с растениями за счет вращения рамы конвейера в горизонтальной плоскости. Установка включает расположенный на фундаментном основании вертикальный каркас, покрытый светопропускающим материалом. Внутри каркаса расположен не менее чем один конвейер замкнутого типа с приводом непрерывного вращения относительно вертикальной рамы и установленными на нем емкостями для выращивания растений. При этом установка включает систему регулирования освещенности, температуры, влажности и подачи питательного раствора. Установка снабжена расположенным на фундаментном основании опорно-поворотным механизмом с приводом горизонтального вращения. Группа изобретений способствует повышению однородности среды внутри установки и равномерности освещения растений, улучшению условий выращивания сельскохозяйственных культур. 2 н. и 15 з.п. ф-лы, 44 ил.

Изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности, к кормопроизводству и гидропонике. Способ включает подготовку и предварительное проращивание семенного материала, посев и выращивание. Для повышения урожайности и питательности гидропонного корма за счет применения и повышения активности глауконита как на организм животных, так и на проращивание семян и рост фуражных культур, как бесхлорного удобрения, высев однородной массы зерна, измельченной соломы и глауконита фракции 0,01-0,02 мм в дозе 10-12 г на 1 кг сухой массы гидропонного корма проводят после обработки смеси в водном растворе католита с pH 7-9 и редокс-потенциалом -400÷-500 мВ. Католит получают путем электролиза с одновременным перемешиванием в течение 9 мин с частотой вращения барабана 10 об/мин в разреженной среде при давлении 650-680 мм рт.ст. Способ позволяет повысить урожайность и питательность гидропонного корма. 1 ил., 2 табл.

Настоящее изобретение относится к гибкому пенополиуретану. характеризующемуся плотностью 25-70 кг/м3 согласно измерению в соответствии с документом ISO 845, деформацией при сжатии при 40% (НСД) 5-15 кПа согласно измерению в соответствии с документом ISO 3386/1 при условии измерения твердости во время первого цикла, увеличением объема при насыщении водой (%), равным, самое большее, 25 и буферной емкостью по воде 40-60%. Также описаны способ получения и применение указанного выше пенополиуретана, а также среда для роста растений, зеленая стена и/или зеленая крыша, содержащая такой пеноматериал. Технический результат - получение гибкого пенополиуретана. улучшенного в отношении стабильности при 100%-ном насыщении водой и буферной емкости по воде совместно с высокой деформацией при сжатии при низкой плотности. 4 н. и 3 з.п. ф-лы, 5 пр.
Наверх