Samara Journal of ScienceSamara Journal of ScienceСамарский научный вестник2309-43702782-3016Samara State University of Social Sciences and Education32143810.55355/snv2022114110Biological SciencesБиологические наукиResearch ArticleTemperature conditions optimization for storing tropical orchid seeds on the example of Eulophia streptopetala and Stanhopea tigrinaОптимизация температурных условий хранения семян тропических орхидных на примере Eulophia streptopetala и Stanhopea tigrinaMakarovaAlena EvgenievnaМакароваАлена Евгеньевна
Russian Federation

postgraduate student of Botany and Zoology Department, senior laboratory assistant of Plant Micropropagation Laboratory

аспирант кафедры ботаники и зоологии, старший лаборант лаборатории микроклонального размножения растений

alena.makarova.95@mail.ruSyrovaVera ValerievnaСыроваВера Валерьевна
Russian Federation

candidate of biological sciences, associate professor of Botany and Zoology Department, head of Plant Micropropagation Laboratory

кандидат биологических наук, доцент кафедры ботаники и зоологии, заведующий лабораторией микроклонального размножения растений

vvsyrova@mail.ruPolovinkinaElena OlegovnaПоловинкинаЕлена Олеговна
Russian Federation

candidate of biological sciences, associate professor of Biochemistry and Biotechnology Department

кандидат биологических наук, доцент кафедры биохимии и биотехнологии

e.polovinkina@phd.unn.ruShirokovAleksandr IgorevichШироковАлександр Игоревич
Russian Federation

candidate of biological sciences, associate professor of Botany and Zoology Department, director of Botanical Garden

кандидат биологических наук, доцент кафедры ботаники и зоологии, директор Ботанического сада

aishirokov@mail.ruNational Research Lobachevsky State University of Nizhny NovgorodНациональный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского0112202211471771803202318032023Copyright ©; 2022, Makarova A.E., Syrova V.V., Polovinkina E.O., Shirokov A.I.Copyright ©; 2022, Макарова А.Е., Сырова В.В., Половинкина Е.О., Широков А.И.2022Makarova A.E., Syrova V.V., Polovinkina E.O., Shirokov A.I.Макарова А.Е., Сырова В.В., Половинкина Е.О., Широков А.И.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://snv63.ru/2309-4370/article/view/321438

The paper presents the results of the study of temperature regime optimization for storing seeds of tropical orchids on the example of Eulophia streptopetala Lindley and Stanhopea tigrina Batem ex Lindl. Mature seeds were frozen at temperatures of −18°C, −40°C or −80°C for a period of 1, 3, 6 or 12 months, the storage temperature was +4°C. Before and after freezing, the viability of seeds was determined by visual and tetrazole methods. After defrosting, the seeds were sown and the plants grown from them were cultivated on a nutrient asymmetric medium, then the dynamics of plant development was recorded, the content of photosynthesis pigments (chlorophyll and carotenoids) was quantified. The analysis of the data obtained showed that the viability of seeds significantly decreases after storage, including in conditions of low temperatures. At the same time, in experimental groups of plants, the terms of early ontogenetic states were shortened, and the growth rate of protocorms increased. Freezing of seeds caused further restructuring of the photosynthetic apparatus. The optimal temperatures for storing seeds of the species Eulophia streptopetala were +4°C, and for Stanhopea tigrina −80°C and −40°C.

В статье представлены результаты исследования оптимизации температурного режима для хранения семян тропических орхидей на примере Eulophia streptopetala Lindley и Stanhopea tigrina Batem ex Lindl. Зрелые семена замораживались при температурах −18°C, −40°C или −80°C на срок 1, 3, 6 или 12 месяцев, контролем служила температура хранения +4°C. До и после заморозки определяли жизнеспособность семян визуальным и тетразольным методами. После разморозки проводили посев семян и культивирование выросших из них растений на питательной агаризованной асимбиотической среде, далее фиксировали динамику развития растений, проводили количественное определение содержания пигментов фотосинтеза (хлорофилла и каротиноидов). Анализ полученных данных показал, что жизнеспособность семян существенно снижается после хранения, в том числе в условиях отрицательных температур. В то же время у экспериментальных групп растений сокращались сроки ранних онтогенетических состояний и увеличивалась скорость роста протокормов. Заморозка семян вызывала в дальнейшем перестройку фотосинтетического аппарата. Оптимальными температурами для хранения семян вида Eulophia streptopetala оказалась температура +4°C, а для Stanhopea tigrina −80°C и −40°C.

Orchidaceaeseedsexposure to low temperaturescryopreservationin vitro propagationprotocormseed viabilitypigment compositionOrchidacеaесеменавоздействие низких температуркриосохранениекультивирование in vitroпротокормжизнеспособность семянпигментный составJin W., Xiang X., Jin X. Generic delimitation of Orchidaceae from China: current situation and perspective // Biodiversity Science. 2015. Vol. 23, iss. 2. P. 237–242.Вахрамеева М.Г., Варлыгина Т.И., Татаренко И.В. Орхидные России (биология, экология и охрана). М.: Изд-во «Товарищество научных изданий КМК», 2014. 437 с.Фатерыга А.В. Новый чеклист орхидных (Orchidaceae) флоры Крыма // Экосистемы. 2019. № 17 (47). С. 38–43.Кириллова И.А., Кириллов Д.В. Dactylorhiza incarnata (L.) Soo (Orchidaceae, Liliopsida) на северной границе ареала: структура популяций и семенная продуктивность // Поволжский экологический журнал. 2021. № 3. С. 272–292. DOI: 10.35885/1684-7318-2021-3-272-292.Bustam B.M., Dixon K., Bunn E. A cryopreservation protocol for ex situ conservation of terrestrial orchids using asymbiotic primary and secondary (adventitious) protocorms // In Vitro Cellular & Developmental Biology – Plant. 2016. Vol. 52, iss. 2. P. 185–195. DOI: 10.1007/s11627-015-9732-7.Worrachottiyanon W., Bunnag S. Cryopreservation of Cymbidium finlaysonianum Lindl. by encapsulation-dehydration method // Songklanakarin Journal of Science and Technology. 2018. Vol. 40, № 3. P. 682–691. DOI: 10.14456/sjst-psu.2018.69.Попова Е.В., Никишина Т.В., Коломейцева Г.Л., Попов А.С. Криосохранение семян и протокормов гибридной орхидеи Bratonia // Физиология растений. 2003. Т. 50, № 5. С. 750–755.Engelmann F. Plant cryopreservation: progress and prospects // In Vitro Cellular & Developmental Biology – Plant. 2004. Vol. 40, iss. 5. P. 427–433. DOI: 10.1079/ivp2004541.Nikishina T.V., Popova E.V., Vakhrameeva M.G., Varlygina T.I., Kolomeitseva G.L., Burov A.V., Popovich E.A., Shirokov A.I., Shumilov V.Yu., Popov A.S. Cryopreservation of seeds and protocorms of rare temperate orchids // Russian Journal of Plant Physiology. 2007. Vol. 54, iss. 1. P. 121–127. DOI: 10.1134/s1021443707010189.Cerna M., Valdivieso P., Cella R., Matyas B., Aucapina C. Cryopreservation of orchid seeds through rapid and step freezing methods // F1000Research. 2018. Vol. 7. DOI: 10.12688/f1000research.13622.1.Кершенгольц Б.М., Ремигайло П.А., Хлебный Е.С. Банк семян в вечной мерзлоте // Наука из первых рук. 2011. № 6 (42). С. 6–9.Филипенко Г.И., Силаева О.И., Сторожева Н.Н. Использование вечной мерзлоты с целью сохранения генетических ресурсов растений // Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2012. Т. 169, С. 240–244.Куваев В.А., Кузьмин Г.П. Подземное криохранилище семян растений на вечной мерзлоте // Геология, география и глобальная энергия. 2018. № 4 (71). С. 150–155.Martos F., Johnson S.D., Peter C.I., Bytebier B. A molecular phylogeny reveals paraphyly of the large genus Eulophia (Orchidaceae): a case for the reinstatement of Orthochilus // Taxon. 2014. Vol. 63, iss. 1. P. 9–23. DOI: 10.12705/631.6.McAlister B.G., van Staden J. In vitro culture of Eulophia species // South African Journal of Botany. 1998. Vol. 64, iss. 4. P. 264–266.Коломейцева Г.Л., Антипина В.А., Широков А.И., Хомутовский М.И., Бабоша А.В., Рябченко А.С. Семена орхидей: развитие, структура, прорастание. М.: Изд-во Геос, 2012. 352 с.Curry K.J., McDowell L.M., Judd W.S., Stern W.L. Osmophores, floral features, and systematics of Stanhopea (Orchidaceae) // American Journal of Botany. 1991. Vol. 78, iss. 5. P. 610–623. DOI: 10.1002/j.1537-2197.1991.tb12585.x.Castillo-Perez L.J., Martinez-Soto D., Fortanelli-Martinez J., Carranza-Alvarez C. Asymbiotic seed germination, in vitro seedling development, and symbiotic acclimatization of the Mexican threatened orchid Stanhopea tigrina // Plant Cell, Tissue and Organ Culture. 2021. Vol. 146, iss. 2. P. 249–257. DOI: 10.1007/s11240-021-02064-9.ГОСТ 12039-82. Семена сельскохозяйственных культур. Методы определения жизнеспособности. М.: Стандартинформ, 2011. С. 67–106.Лянгузова И.В. Методы оценки качества и жизнеспособности семян // Методы изучения лесных сообществ: монография. СПб.: НИИ Химии СПбГУ, 2002. С 108–114.Van Waes J.M., Debergh P.C. In vitro germination of some Western European orchids // Physiologia Plantarum. 1986. Vol. 67, iss. 2. P. 253–261. DOI: 10.1111/j.1399-3054.1986.tb02452.x.Pandey S.K., Singh H. A simple, cost-effective method for leaf area estimation // Journal of Botany. 2011. Vol. 2011. DOI: 10.1155/2011/658240.Wintermans J., De Mots A. Spectrophotometric characteristics of chlorophylls a and b and their phenophytins in ethanol // Biochimica et Biophysica Acta (BBA) – Biophysics including Photosynthesis. 1965. Vol. 109, iss. 2. P. 448–453. DOI: 10.1016/0926-6585(65)90170-6.Никишина Т.В., Коломейцева Г.Л., Антипина В.А., Бубнова Д.С., Высоцкая О.Н. Коллекции семян орхидей и способы их сохранения // Охрана и культивирование орхидей: мат-лы X междунар. науч.-практ. конф. 1–5 июня 2015 г., г. Минск, Беларусь. Минск: А.Н. Вараксин, 2015. С. 177–181.Никишина Т.В., Попов А.С., Коломейцева Г.Л. Головкин Б.Н. Влияние криоконсервации на прорастание семян редких тропических орхидей // Физиология растений. 2001. Т. 48, № 6. С. 930–936.Попов А.С. Криосохранение растений и их клеток // Ветеринарная патология. 2008. № 2. С. 158–160.