AP09057922 «Разработка способа сохранения редкого вида Казахстана афлатунии вязолистной (Aflatunia ulmifolia (Franch.) Vassilcz.) методами биотехнологии и исследование ее фитохимического состава»

Казахский НИИ лесного хозяйства и агролесомелиорации имени А.Н. Букейхана с марта 2021 года начал выполнение работ в рамках грантового финансирования молодых ученых Комитетом науки МОН РК по научным и (или) научно-техническим проектам на 2021-2023 годы по проекту ИРН AP09057922 «Разработка способа сохранения редкого вида Казахстана афлатунии вязолистной (Aflatunia ulmifolia (Franch.) Vassilcz.) методами биотехнологии и исследование ее фитохимического состава» (договор №93-КМУ2 от 05.03.2021 г.).

Представленный проект предполагает расширение научных знаний в области сохранения биологических ресурсов и биотехнологии, поскольку направлен на разработку способа сохранения афлатунии вязолистной (Aflatunia ulmifolia (Franch.) Vassilcz.) – редкого вида растений флоры Казахстана с использованием метода клонального микроразмножения и фитохимического исследования данного вида.

Афлатуния вязолистная является эндемичным среднеазиатским реликтовым видом, занесенным в Красную книгу Казахстана в статусе редкого вида с сокращающейся численностью. Вид относится к семейству Розоцветные (Rosaceae Juss.). Представляет собой листопадный кустарник или небольшое дерево до 3-5 м в высоту с широкой кроной. В Казахстане находится северная граница ареала афлатунии вязолистной. Площадь естественных популяций вида уменьшается вследствие воздействия антропогенных факторов. Вид обладает высокой декоративностью. Научно обоснованных способов сохранения афлатунии вязолистной с использованием методов биотехнологии не имеется. Слабо изучен ее химический состав.

Состав исследовательской группы:

1. Научный руководитель - Кириллов Виталий Юрьевич

Кандидат химических наук (2010 г.)

Ассоциированный профессор по специальности «Биология» (2016 г.)

Имеет опыт работы по сохранению растений методами биотехнологии, включая редкие, занесенные в Красную книгу, и химическому анализу эфирных масел растений.

Индекс Хирша – 4 (Web of Science).

https://www.researchgate.net/profile/Vitaliy_Kirillov?ev=hdr_xprf

https://orcid.org/0000-0001-8056-4073

https://publons.com/researcher/2103970/vitaliy-kirillov/publications/

https://www.scopus.com/authid/detail.uri?authorId=56890674000

Стипендиат государственной научной стипендии для талантливых молодых ученых на 2010-2012 гг.

Являлся Научным руководителем гранта Комитета науки МОН РК (0009/ГФ2) по теме «Изучение естественных популяций тимьяна ползучего (Thymus serpyllum L.) в Северном Казахстане и разработка мероприятий по сохранению вида с применением методов биотехнологии» (2012-2014 гг).

Лауреат независимой награды «Лидер науки–2017» за высокие показатели публикационной активности и цитируемости по данным информационных ресурсов Web of Science Core Collection (Clarivate Analytics) за 2014-2016 гг.

2. Исполнитель - Серафимович Мария Вячеславовна

Бакалавр биологии, Кокшетауский государственный университет им. Ш. Уалиханова, специальность 050113 «Биология» (2006-2010 гг.).

Магистр естественных наук по специальности 6М060700 «Биология» (2012 г.).

Аспирантка Биологического института Томского государственного университета (с 2020 г.).

Имеет опыт работы по размножению и сохранению редких древесных растений Казахстана методами биотехнологии.

Индекс Хирша – 2 (Scopus, Web of Science, РИНЦ)

https://www.scopus.com/authid/detail.uri?authorId=56891669200

https://elibrary.ru/author_profile.asp?authorid=997260

3. Исполнитель - Дауленова Мейржан Жакыповна

Бакалавр по специальности «Лесные ресурсы и лесоводство», Казахский агротехнический университет имени С. Сейфуллина (2010-2014).

Магистратура по специальности «Биотехнология», Уральский государственный лесотехнический университет, г. Екатеринбург, Российская Федерация (2019-2021).

Индекс Хирша – 1 (РИНЦ)

https://elibrary.ru/author_profile.asp?authorid=997300

Имеет опыт работы по размножению и сохранению древесных растений Казахстана методами биотехнологии. Имеет более 10 научных работ и 2 инновационных патента.

4. Исполнитель - Жолдасбаев Мұса Еркінұлы

Бакалавр по специальности 5В060600 «Естественная химия», Карагандинский Государственный Университет имени Е.А. Букетова (2013-2017 гг.).

Магистр по специальности 6М072100 «Химическая технология органических веществ», Карагандинский Государственный Технический Университет (2017-2019 гг.).

Докторант Кафедры фармацевтических дисциплин и химии Медицинского университета Караганды.

Научный консультант проекта – Стихарева Тамара Николаевна

Специальность - Биолог. Окончила Казанский государственный университет им. В.И. Ульянова-Ленина по специальности «Биология». Кандидат биологических наук. Ассоциированный профессор по специальности «Биология». Имеет опыт работы по сохранению генофонда лесных видов. Имеет индекс Хирша – 4 (Web of Science) и 3 (Scopus) https://www.scopus.com/authid/detail.uri?authorId=56891774100. Ею опубликовано более 70 научных трудов, 2 охранных документов, в том числе рекомендации производству. Стипендиат государственной научной стипендии для талантливых молодых ученых на 1997-1999гг. Лауреат независимой награды «Лидер науки–2017» за высокие показатели публикационной активности и цитируемости по данным информационных ресурсов Web of Science Core Collection (Clarivate Analytics) за 2014-2016 гг.

Выполнены следующие виды работ:

1. Начато изучение ареала афлатунии вязолистной и мест ее интродукции. Для этого  сделаны запросы в ботанические сады и ботанические институты как отечественные, так и зарубежные, где предположительно произрастает афлатуния вязолистная. Осуществлена экспедиционная поездка в Институт ботаники и фитоинтродукции КЛХЖМ МЭГПР (г. Алматы) с целью изучения гербарного материала и особенностей интродукции в г. Алматы.

Выражаем благодарность за поомщь в предоставлении гербарного материала и этикеток научному сотруднику Среднеазиатского сектора отдела Гербария высших растений Ботанического института им. В.Л. Комарова РАН Марие Борисовне Шелудяковой.

Благодарим за  предоставление гербарного материала, научной литературы и возможность осуществить сбор растительного материала Институту ботаники и фитоинтродукции КЛХЖМ МЭГПР РК в лице генерального директора, д.б.н., проф. Ситпаевой Гульнары Токбергеновны и главного ученого секретаря, к.б.н. Саметовой Эльмиры Сайлаухановны, а также научного сотрудника, дендролога Набиевой Светланы Вячеславовны.

Выражаем благодарность сотрудникам нашего Алматинского филиала – директору филиала Ахметову Руслану Сабыровичу, научным сотрудникам  Бектурганову Айдосу Назарбековичу и Дукенову Женису Сериковичу за сбор растительного материала для проведения фитохимического анализа.

2. В лаборатории биотехнологии начаты работы по подбору типа экспланта, режима стерилизации и питательной среды на этапе ввода в культуру in vitro афлатунии вязолистной.

3. Для проведения фитохимического анализа во время цветения собраны цветы афлатунии вязолистной.

В рамках проекта ИРН AP09057922 «Разработка способа сохранения редкого вида Казахстана афлатунии вязолистной (Aflatunia ulmifolia (Franch.) Vassilcz.) методами биотехнологии и исследование ее фитохимического состава» в 2021 году были достигнуты следующие результаты:

1. Изучен ареал афлатунии вязолистной и места интродукции, осуществлен сбор растительного материала.

В Казахстане в дикорастущем состоянии Aflatunia ulmifolia отмечена только в 2-х ущельях – (по реке Коксу в Джунгарском Алатау и реке Чалсу – в Киргизском Алатау) на высоте 900-2000 м н.у.м. За пределами Казахстана вид произрастает в Кыргызстане (хребты Чаткальский, Ферганский, Алайский, предгорья Киргизского Алатоо, склоны Александровского хребта), Таджикистане (хребтах Петра Великого, Дарвазский, Гиссарский), Узбекистане (район Ферганской области и ее окрестностей (Наманган, Андижан), а также в сопредельных районах Китая. В Казахстане вид находится на северной границе ареала.

Известны следующие места интродукции Aflatunia ulmifolia: в Казахстане - ботанический сад Института ботаники и фитоинтродукции КЛХиЖМ МЭГПР РК (г. Алматы), Карагандинский ботанический сад (г. Караганда); за пределами Казахстана - Российская Федерация (ботанические сады в городах Самара, Москва; Санкт-Петербург, коллекции декоративных культур Оренбургской опытной станции садоводства и виноградарства, г. Оренбург),  Украина (коллекции ботанического сада и озеленительные насаждения гг. Киев, Кривой Рог). Кыргызстан (ботанический сад им. Э.З. Гареева, г. Бишкек), Азербайджан (Центральный ботанический сад НАН Академии наук Азербайджана, г. Баку), Эстония (г. Таллин), Германия (личный сад, г. Ганновер).

Собран растительный материал (листья, цветы, побеги) для проведения научных исследований.

2. Подобран тип экспланта, режим стерилизации и питательная среда на этапе ввода в культуру in vitro афлатунии вязолистной. Для этого были испытаны 2 вида эксплантов, 3-4 типа ступенчатой стерилизации и 3 питательные среды.

Установлена возможность использования латеральных почек и семян (семядолей), в качестве источников эксплантов для ввода в культуру in vitro афлатунии вязолистной, где наиболее перспективными являлись латеральные почки. Показана эффективность 0,025% раствора мертиолята и 70% этанола в экспозиции по 3 минуты каждый при ступенчатой стерилизации для получения асептической культуры латеральных почек афлатунии вязолистной, где количество жизнеспособных эксплантов составило 58,3%. Варианты стерилизации, при которых семена обрабатывались 70% этанолом и 0,025% раствором мертиолята по 8 и 5 минут были эффективны для получения асептической культуры семян, на которых было получено 53,3% и 51,7% жизнеспособных эксплантов соответственно. Выявлено, что оптимальным вариантом для ввода в культуру in vitro афлатунии вязолистной латеральными почками являлась питательная среда MS, дополненная 1,0 мг/л 6-БАП, которая способствовала 58,9% индукции почек. Для размножения in vitro редкого вида семенами наилучшими были варианты питательной среды MS, содержащей 1,0 мг/л и 2,0 мг/л 6-БАП, где количество проросших семян составляло 51,7% и 50,0% соответственно. Период культивирования латеральных почек афлатунии вязолистной на этапе ввода в культуру in vitro составлял 60 дней (два пассажа по 30 дней), за который в среднем было получено 1,40-2,84 побегов на один эксплант. Период культивирования семян был равен 90 дней (три пассажа по 30 дней), который способствовал формированию 1,10-1,83 побегов на один эксплант.

3. Изучен качественный и количественный состав флавоноидов, алкалоидов, дубильных веществ и других соединений.

Применение ультразвукового воздействия на процесс экстракции позволило достичь высокой степени извлечения флавоноидов из A. ulmifolia. Время экстракции уменьшается в 2-3 раза. Проведено изучение химического состава A. ulmifolia методом ВЭЖХ анализа. Обнаружено, что в составе ультразвуковых экстрактов A. ulmifolia содержатся важные биологически активные вещества – рутин и кверцетин. Наибольшая экстракция рутина и кверцетина наблюдалась в 96% этиловом спирте, за исключением рутина в листьях 70% спиртового экстракта. В данном экстракте наблюдалось максимальное извлечение и, следовательно, обнаружение рутина (0,88%) в листьях. Кверцетина также обнаружено больше в листьях, по сравнению с цветками, с концентрацией 4,5% в экстракте 96% этилового спирта. Алкалоиды и дубильные вещества обнаружены не были.