Выращивание in vitro ромашки лекарственной и шалфея лекарственного Кубанец

XXVI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

Личный портфель

Выращивание in vitro ромашки лекарственной и шалфея лекарственного Кубанец

Патрушев И.П. 1
1Гимназия номер 120
Мальцева О.И. 1
1Фонд "Золотое сечение"
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Диплом школьникаСвидетельство руководителя
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение

В настоящее время в нашей стране встречается проблема выращивания лечебных культур в северных регионах для фармацевтической промышленности. Для успешного выращивания лечебных трав необходимо уделить внимание созданию благоприятных условий таких как: качественный грунт, световой день, влажность, отсутствия паразитов и при необходимости, временные укрытия на зиму. Перечислим основные проблемы, связанные с выращиванием лекарственных растений. Истощение ресурсов - сокращение популяции вида, что может привести к потере генетического фонда. Утрата среды обитания – истощение микроэлементов и разрушения естественных мест обитания растений, например вырубка лесов и урбанизация. Экология – загрязнение влияет на чистоту растения, что опасны для человека, например тяжелые металлы. Изменение климата - неэффективность выращивания растений по традиционным технологиям, рост труд затратности. Для решения этих проблем важно развивать культивацию лекарственных растений в контролируемых условиях, то есть сохранение биоразнообразия. Контроль качества – сбор трав в экологически чистых местах. Интеграция с современной медициной – использование лекарственных растений на научно доказанной эффективности. Целью моего проекта: изучить влияние стимуляторов роста на прорастания шалфея лекарственного «Кубанец» и ромашки аптечной «Айболит» с помощью технологии in vitro. Задачами проекта являются: поиск информации о влиянии стимуляторов роста на прорастания семян. Изготовление питательной среды с добавлением следующих фитогормонов:

а) транс-зеатина способствующий регулировки росту растений;

б) гиббереллиновой кислоты, способствующей прорастанию растений.

Сравнить скорость прорастания семян ромашки аптечной «Айболит» и шалфея лекарственного «Кубанец». Поэтому решил использовать в проекте технологию in vitro как активно развивающийся метод выращивания растений. Для решения данного вопроса вырастил две лечебные культуры: шалфей и ромашку. Ромашка аптечная «Айболит» и шалфей лекарственный «Кубанец» — растения, обладающие высокой лекарственной ценностью и широко используемые в медицине, фармакологии и косметологии. Метод in vitro позволяет получать растения с однородными качественными характеристиками, свободными от вредителей и болезней, повышая эффективность производства и сокращая сроки получения урожая, что особенно важно для лекарственных растений.  Ознакомление с технологией и работа над проектом, а также все математические вычисления выполнялись, основываясь на методической рекомендации по выполнению работ в лаборатории клонального микроразмножения растений. Ботанический эксперимент по проекту был проведен в лаборатории Фонда «Золотое Сечение» по адресу, г. Екатеринбург, ул. Ясная, 5.

Проект

Начиная работу, столкнулся с проблемой, что два лечебных растения такие как, ромашка лекарственная и шалфей лечебный не растут в холодных регионах нашей страны. Выбор этих трав не случаен, так как они имеют высокую научно доказанную эффективность.

Ход работы:

1) изучение технологии;

Технология in vitro (с лат. «в стекле») — это метод микроклонального размножения растений, при котором небольшие кусочки материнского растения (экспланты) помещаются в стерильные лабораторные условия на специальные питательные среды. Этот процесс позволяет получить большое количество генетически идентичных, здоровых и быстрорастущих растений, которые затем акклиматизируются к природным условиям.

Выделим этапы:

  1. Стерилизация и подготовка семян:

Семена культуры (экспланты) очищаются и стерилизуются для предотвращения заражения микроорганизмами.

  1. Культивирование:

Стерилизованный семечко (эксплант) помещал в стеклянные емкости с питательной средой, содержащей регуляторы роста, витамины и минералы.

  1. Стимуляция роста:

В контролируемых условиях лаборатории (температура, влажность, освещение) происходит ускоренный рост и размножение растений, а также их укоренение.

  1. Акклиматизация:

После укоренения молодые растения постепенно переводят из стерильных условий в нестерильные, приучая к естественному климату (данный этап в стадии разработки).

У данной технологии есть ключевые преимущества:

Высокая скорость размножения:

Позволяет получить большое количество саженцев за короткое время.

Здоровье растений:

Технология способствует получению абсолютно здоровых, неинфицированных растений, свободных от вирусов и бактерий.

Сохранение сортовых признаков:

Полученные растения полностью идентичны материнскому, сохраняя все его характеристики.

Профилактика болезней:

Растения, выращенные по технологии in vitro, более устойчивы к болезням.

Независимость от климата:

Производство возможно круглый год, независимо от погодных условий.

В процессе эксперимента выявил следующие недостатки:

Зависимость от высокотехнологичного оборудования:

Технологии in vitro требуют дорогостоящего и высокотехнологичного оборудования, что увеличивает их стоимость.

Трудоемкость:

Некоторые исследования in vitro сложны, требуют высокой квалификации персонала и могут занимать много времени, особенно при работе с культурами клеток или тканей.

Сложности адаптации к естественным условиям:

При микроклональном размножении растений клоны, выращенные in vitro, могут испытывать трудности при адаптации к условиям открытого грунта.

2) поиск информации о влиянии стимуляторов роста на прорастания семян;

Стимуляторы и их влияние

Цитокинины (для развития побегов): 6-бензиламинопурин (БАП), кинетин (6-фурфуриламинопурин) и зеатин.

Ауксины (для корнеобразования): гетероауксин, корневин.

Гибберилины (регулировка роста) гибберилин.

Для эксперимента были использованы гибберилин и транс-зеатин.

3) изготовление питательных сред с разной дозировкой стимуляторов роста;

Изготовление маточного раствора после добавление фитогормонов и корректировки (pН среды). Затем последовала варка среды и ее разлитие по стерилизованным пробиркам. И ее дальнейшее застывание составило примерно 4 часа. В эксперименте участвовало 70 пробирок с шалфеем лекарственным и 28 пробирок с ромашкой аптечной. Для этих семян была сварена твердая среда с следующими дозировками фитогормонов.

10 пробирок шалфея лекарственного и 4 пробирки ромашки аптечной с добавлением гиббереллиновой кислоты в дозировке 1 мл на 1 л.

10 пробирок шалфея лекарственного и 4 пробирки ромашки аптечной с добавлением гиббереллиновой кислоты в дозировке 0,5 мл на 1 л.

10 пробирок шалфея лекарственного и 4 пробирки ромашки аптечной с добавлением гиббереллиновой кислоты в дозировке 0,25 мл на 1 л.

10 пробирок шалфея лекарственного и 4 пробирки ромашки аптечной с добавлением транс-зеатина в дозировке 1 мл на 1 л.

10 пробирок шалфея лекарственного и 4 пробирки ромашки аптечной с добавлением транс-зеатина в дозировке 0,5 мл на 1 л.

10 пробирок шалфея лекарственного и 4 пробирки ромашки аптечной с добавлением транс-зеатина в дозировке 0,25 мл на 1 л.

10 пробирок шалфея лекарственного и 4 пробирки ромашки аптечной в контроле без добавлений фитогормонов (контроль).

4) подготовка семян;

Был проведен отбор (процесс - сортировка и калибровка) у семян без видимых дефектов шалфея лекарственного. У семян ромашки аптечной данную процедуру произвести не смог по причине их малого размера. После чего произвел обработку семян концентрированным мыльным раствором (обеззараживание). Просушивание через бумажную салфетку. После были повторно обработаны в шкафу биологической безопасности. Далее образцы были готовы к высадке в среду.

5) обработка сред и высаживание семян культур шалфея и ромашки;

В течении, примерно двух часов выполнил стерилизацию в шкафу биологической безопасности 98 пробирок со средами, также обработал сопутствующие материалы для работы и инструменты. Затем провел высадку семян и разместил их в световой комнате.

6) еженедельное наблюдение за прорастанием культур (рис.1, рис.2).

Каждый понедельник в течении трех месяцев (с февраля по апрель) текущего года вел наблюдения прорастания культур. Ниже на фотографиях зафиксирован данный процесс с моим участием. Также на протяжении всего проекта производились замеры и сравнения роста под руководством наставника.

Рис.1 «Заполнение таблицы роста». Рис.2 «Снятие замеров».

Подведем итоги эксперимента: 

По моим подсчётам ромашка проросла за одну неделю, но постоянный и активный рост дали только четыре семени:

а) два семя проросли в гиббереллиновой кислоте 0,25 мл на 1 л;

б) одно семя проросло в гиббереллиновой кислоте 1 мл на 1 л;

в) одно семя проросло в транс-зеатин 1 мл на 1 л.

Таким образом делаем вывод: гиббереллиновая кислота в концентрации 0,25 мл на 1л, улучшает всхожесть семян in vitro, по сравнению с другими образцами, а также по сравнению с контролем в земельном субстрате.

По подсчётам шалфей лекарственный «Кубанец» пророс за две недели, постоянный и активный рост дали только пять семян:

а) три семя - контроль;

б) два семя в гиббереллиновой кислоте 0,5 мл на 1 л.

Итоги

На фото ниже (рис.3 и рис.4) можно увидеть результаты эксперимента.

 

Рис.3 «Защита проекта» Рис.4 «Росток ромашки»

Делаем вывод: у выбранных семян шалфея, низкий процент всхожести, это может быть связано с тем, что питательная среда не даёт достаточного количества влаги, так как в контроле земельного субстрата процент всхожести выше, и в дальнейшем эксперименте можно изменить плотность среды. Для еще более эффективного роста семян ромашки нужно добавлять новые фитогормоны в разных дозировках. Процент всхожести семян культур в грунте и in vitro отразил в Приложении 1 «Диаграммы всхожести семян». Эксперимент показал, что данная технология не дает гарантированного успеха колониального размножения культур лекарственных растений. Требует много времени и ресурсов.

Заключение

Для выращивания лекарственных растений необходимо потратить немало времени и усилий. Это помогает сосредотачиваться и способствует трудолюбию. В процессе учит мыслить системно и решать сложные задачи, понимать технологическую специфику, анализировать и экспериментировать. Данный эксперимент позволил выполнить работы в лаборатории клонального микроразмножения растений. В этом проекте получил практические навыки по приготовлению маточных растворов и питательных сред. Научился производить расчеты для приготовления маточных растворов. Эта работа в целом помогла мне лучше понять метод вегетативного размножения растений. В основе метода лежит уникальная способность растительной клетки под влиянием экзогенного воздействия давать начало целому растительному организму. На первый взгляд, простой процесс на деле оказывается увлекательным, трудоемким, а главное полезным! Возможно, в будущем эти знания и опыт помогут мне решать задачи, которые возникнут на пути. Но поможет оставаться уникальной творческой личностью, работая в рамках стандартов, ограничений, норм и правил. Собираюсь продолжать исследовать мир растений.

Список литературы

  1. Биотехнология. В 2 ч.: учебник и практикум для академического бакалавриата / под общ. ред. Н.В. Загоскиной, Л.В. Назаренко. - 2-е изд. испр. и доп. - Москва: Юрайт, 2017.

  2. Биотехнология растений: учебник и практикум для бакалавриата и магистратуры / Л.В. Назаренко, Ю.Н. Долгих, Н.В. Загоскина, Г.Н. Радугина. - 2-с изд., испр. и доп. -Москва: Юрайт, 2019. -161 с

  3. Бутенко, Р.Г. Биология клеток высших растений in vitro и биотехнологии на их основе: учебное пособие / Р.Г. Бутенко. - Москва: ФБК-ПРЕСС, 1999. - 160 с.

  4. Калашникова, Е.А. Клеточная инженерия растений: учебное пособие / Е.А. Калашникова. - РГАУ-МСХА, 2012. - 318 с.

  5. Калашникова, Е.А Основы биотехнологии: учебное пособие / Е.А. Калашникова, М.Ю. Чередниченко. - Москва: МСХА, 2016. - 168 с.

  6. Лутова, Л.А. Генная и клеточная инженерия в биотехнологии высших растений / Л.А. Лутова, Т.В. Матвеева. - 2016. - 168 с.

  7. Чечина, О.Н. Сельскохозяйственная биотехнология: учебное пособие для СПО / О.Н. Чечина. - 2-е изд., пер. и доп. - Москва: Юрайт, 2019. - 231 с.

  8. Шевелухи, В.С. Сельскохозяйственная биотехнология и биоинженерия: учебник / В.С. Шевелухи. - Изд.4, знач. пер. и доп. - Москва: URSS, 2015. - 704 c.

  9. Лабораторный практикум по сельскохозяйственной биотехнологии / Изд. 2-е. - Москва: МСХА, 2014. - 116 с.

  10. Лабораторный практикум по культуре тканей и клеток растений - Mосква: MCXA, 2017. - 146 c.

  11. Методические рекомендации по выполнению работ в лаборатории клониального микроразмножения растений / Российский гос. аграрный ун-т МСХА им. К.А. Тимирязева. – Москва: 2020. - 55 с.

  12. Современные аспекты биотехнологии: учебно-методическое пособие / Е.А. Калашникова, Р.Н. Киракосян; М-во сельского хоз-ва Российской Федерации, Российский гос. аграрный ун-т МСХА им. К.А. Тимирязева. - Москва: РГАУ-МСХА, 2016. - 124 с.

  13. «APEX Land» современные биотехнологии в питомниководстве: сайт. – URL: https://apexland.ru (дата обращения: 22.09.2025).

  14. Научно-производственный питомник ООО «Полесьецентр»: сайт. – URL: https://polesiecenter.by/blog/in-vitro (дата обращения: 23.09.2025).

  15. Неформальная группа in-vitro Кусибаб из трех семейных питомников растений, создающий общий бренд: сайт. – URL: https://in-vitro.pl/ru (дата обращения: 22.09.2025).

Приложение 1 «Диаграммы всхожести семян».

Просмотров работы: 17