Ресурсный потенциал некоторых видов рода Miscanthus Anderss. в условиях континентального климата лесостепи Западной Сибири

В настоящее время весьма актуальны задачи по поиску альтернативных древесине источников энергии, эколо­гически безопасных и экономически доступных. В связи с этим особый интерес представляют виды травянистых растений с высокой скоростью роста и характеризующи­еся высокими значениями нарастания надземной веге­тативной массы, имеющие практическое применение в качестве источника биоэтанола. Примером может служить род Miscanthus Anderss. (веерник), включающий примерно 14–20 видов, в том числе M. saccharif lorus (Maxim.) Hack., M. sinensis Anderss. и M. purpurascens Anderss., а также M. × giganteus, которые являются практически неисчерпаемыми источниками возобновляемого сырья в области альтернативной энергетики. В Центральном сибирском ботаническом саду (ЦСБС) СО РАН (Новосибирск) на основе коллекции газонных и декоративных злаков в конце 1990-х гг. было начато формирование и изучение родового комплек­са Miscanthus Anderss. Целью этого исследования стало изучение биологических особенностей видов Miscanthus: M. saccharif lorus, M. sinensis и M. purpurascens, интродуциро­ванных в ЦСБС, отбор и генетическая идентификация пер­спективных форм в качестве технических сырьевых рас­тений. Для оценки ресурсного потенциала и перспективы селекционной работы с родовым комплексом Miscanthus с целью хозяйственного использования в качестве техниче­ской (биоэнергетической) культуры в условиях лесостепи Западной Сибири были изучены сезонные ритмы развития модельных видов в условиях континентального климата в сравнении с муссонным и умеренно континентальным; оха­рактеризованы биоморфы, образующиеся ex situ и in situ; определен химический состав растительного сырья и про­ведена идентификация по молекулярно-генетическим мар­керам трех видов Miscanthus, интродуцированных в ЦСБС СО РАН. Анализ сезонного развития трех отборных форм веерников (M. saccharif lorus, M. purpurascens и M. sinensis) показал, что гидротермические условия благоприятство­вали получению вегетативной массы растительного сырья, т. е. использованию в качестве технической культуры в условиях лесостепи Западной Сибири. Выявлены формы для дальнейшей селекции и молекулярные признаки для разных видов мискантуса, которые можно использовать для идентификации и паспортизации форм и линий, перспективных для получения экономически доступного растительного сырья – альтернативных источников целлю­лозы недревесного происхождения.                  

1. Amirahmadi S., Kazempour Osaloo S., Maassoumi A.A. Loss of chloroplast trnLUAA intron in two species of Hedysarum (Fabaceae): evolutionary implications. Iran. J. Biotechnol. 2010;8(3):150-155.

2. Anisimov A.A., Hohlov N.F., Tarakanov I.G. Photoperiodic regulation of development in various Miscanthus species (Miscanthus spp.). Izvestiya Timiryazevskoy Selskokhozyaystvennoy Akademii = Izvestiya of the Timiryazev Agricultural Academy. 2016;(6):56-72. (in Russian)

3. Bezdelev A.B., Bezdeleva T.A. Life Forms of Seed Plants of the Russian Far East. Vladivostok: Dalnauka Publ., 2006. (in Russian)

4. Dohleman F.G., Long S.P. More productive than maize in the midwest: how does Miscanthus do it? Plant. Physiol. 2009;150(4):2104-2115. DOI 10.1104/pp.109.139162.

5. Doyle J.J., Doyle J.L. Isolation of plant DNA from fresh tissue. Focus. 1990;12:13-15.

6. Gifford J.M., Chae W.B., Juvik J.A., Swaminathan K., Moose S.P. Mapping the genome of Miscanthus sinensis for QTL associated with biomass productivity. GCB Bioenergy. 2015;7(4):797-810. DOI 10.1111/gcbb.12201.

7. Greef J.M., Deuter M., Jung C., Schondelmaier J. Genetic diversity of European Miscanthus species revealed by AFLP fingerprinting. Genet. Resour. Crop Evol. 1997;44(2):185-195. DOI 10.1023/A:1008693214629.

8. Guschina V.A., Agapkin N.D., Borisova E.N. Adaptation of giant miscanthus first year of life to the conditions of the middle Volga region. Proceedings of the 3rd International Scientific and Practical Confer-ence “Problems and Monitoring of Natural Ecosystems”. 2016;1418. (in Russian)

9. Kumar S., Stecher G., Tamura K. MEGA7: Molecular evolutionary genetics analysis version 7.0 for bigger datasets. Mol. Biol. Evol. 2016;33(7):1870-1874. DOI 10.1093/molbev/msw054.

10. Methodology of Phenological Observations in botanical gardens of the USSR: Board of botan. gardens of the USSR. Moscow, 1975;18-27. (in Russian)

11. Naidu S.L., Moose S.P., Al-Shoaibi A.K., Raines C.A., Long S.P. Cold tolerance of C4 photosynthesis in Miscanthus × giganteus: adaptation in amounts and sequence of C4 photosynthetic enzymes. Plant Physiol. 2003;132:1688-1697. DOI 10.1104/pp.103.021790.

12. Nishiwaki A., Mizuguti A., Kuwabara S., Toma Y., Ishigaki G., Miyashita T., Yamada T., Matuura H., Yamaguchi S., Rayburn A.L., Akashi R., Stewart J.R. Discovery of natural Miscanthus (Poaceae) triploid plants in sympatric populations of Miscanthus saccharif lorus and Miscanthus sinensis in southern Japan. Am. J. Bot. 2011; 98(1):154-159. DOI 10.3732/ajb.1000258.

13. Obolenskaya A.V., Elnitskaya Z.P., Leonovich A.A. Laboratory Course on the Chemistry of Wood and Cellulose. Moscow, 1991. (in Russian)

14. Revin P. Speech at the XVIth International Botanical Congress. Bulletin of the Board of botanic gardens of Russia and the branch of the Botanic Gardens Conservation International. 2000;11:38-47. (in Russian)

15. Slynko N.M., Goryachkovskaya T.N., Shekhovtsov S.V., Bannikova S.V., Burmakina N.V., Starostin K.V., Rozanov A.S., Nechiporen¬ko N.N., Veprev S.G., Shumny V.K., Kolchanov N.A., Peltek S.E. The biotechnological potential of the new crops, Miscanthus cv. Soranovsky. Vavilovskii Zhurnal Genetiki i Selektsii = Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2013;17(4/1):765-771. (in Russian)

16. Taberlet P., Coissac E., Pompanon F., Gielly L., Miquel C., Valentini A., Vermat T., Corthier G., Brochmann C., Willerslev E. Power and limitation of the chloroplast trnL (UAA) intron for plant DNA-bar-coding. Nucleic Acids Res. 2007;35(3):e14. DOI 10.1093/nar/gkl938.

17. Voroshilov V.N. Field guide to Soviet Far East plants. Moscow: Nauka, 1982. (in Russian)

18. White T.J., Bruns T., Lee S., Taylor J. Amplification and direct sequencing of fungal ribosomal RNA genes for phylogenetics. PCR Protocols: A Guide to Methods and Applications. 1990;18(1):315-322. DOI 10.1016/b978-0-12-372180-8.50042-1.