The influence of aeroponics on the adaptation of Mentha piperita L. and Melissa officinalis L. microclones and accumulation of phenolic compounds

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Relevance. One of the time-consuming stages on which the success of clonal micropropagation depends is the transfer of microclones from in vitro conditions to ex vitro conditions. At this stage, plants experience stress, which leads to their death. In addition, the low survival rate of plants to ex vitro conditions is primarily due to their poorly developed root system, non-functional stomatal apparatus, poorly formed cuticle, as well as the use of non-sterile soil. The effectiveness of clonal micropropagation depends on the choice of the nutrient substrate and the technology of adaptation of microclones to ex vitro conditions. Hydroponic and aeroponic technologies are designed to increase the productivity and economic efficiency of clonal micro-propagation of plants, by reducing the time of cultivation of cloned plants.

Purpose of the study. The aim of the study was to study the effect of aeroponics on the growth and accumulation of phenolic compounds in the microclones of medicinal plants Mentha piperita L. and Melissa officinalis L.

Material and methods. The object of the study was the microclones Mentha piperita L. and Melissa officinalis L., which were originally propagated on a hormone-free nutrient medium containing mineral salts according to Murashige and Skооg (MS). Microclones were adapted to ex vitro conditions in two ways: on an aeroponic installation and directly in the soil. Adaptation was carried out on two groups of plants: 1 – with roots, 2 – without roots (the root system was removed with a scalpel before planting on an aeroponic installation or in the soil). The results were taken into account at the end of the adaptation cycle, while taking into account the length of the root system (cm) and the height of plants (cm). Based on the results obtained, the growth index (I) and the specific growth rate (µ) were calculated, and the total content of phenolic compounds and flavonoids was determined.

Results. It is established that at the last stage of clonal micropropagation, it is advisable to use aeroponic installations that allow rooting and adaptation of microclones simultaneously. The developed method makes it possible to obtain high-quality planting material, since this reduces the percentage of plant death, increases the growth and development of green biomass, as well as the root system. The rooting of micro-shoots during adaptation is achieved by including in the composition of the nutrient solution of IBА at a concentration of 0.5 mg / l. In addition, under these conditions, there is a change in phenolic metabolism, which manifests itself in an increase in the total content of phenolic compounds in microclones.

About the authors

A. V. Gushchin

Russian State Agrarian University – Moscow Agricultural Academy named after K.A. Timiryazeva

Author for correspondence.
Email: temagushchin@yandex.ru

Assistant of the Department of Biotechnology

Russian Federation, Moscow

R. N. Kirakosyan

Russian State Agrarian University – Moscow Agricultural Academy named after K.A. Timiryazeva

Email: mia41291@mail.ru

Candidate of Biological Sciences, Associate Professor, Department of Biotechnology

Russian Federation, Moscow

M. Y. Cherednichenko

Russian State Agrarian University – Moscow Agricultural Academy named after K.A. Timiryazeva

Email: cherednichenko@rgau-msha.ru

Candidate of Biological Sciences, Associate Professor, Acting Head of Department of Biotechnology

Russian Federation, Moscow

E. A. Kalashnikova

Russian State Agrarian University – Moscow Agricultural Academy named after K.A. Timiryazeva

Email: kalash0407@mail.ru

Doctor of Biological Sciences, Professor, Department of Biotechnology

Russian Federation, Moscow

References

  1. Kalashnikova E.A., Kirakosjan R.N. Kul'tura tkanej i kletok rastenij: uchebnoe posobie. M.: KnoRus. 2023. 184 s.
  2. Agrobiotehnologii XXI veka. Monografija. Pod red. Belopuhova S.L. 2022. 516 s.
  3. Kalashnikova E.A., Ganaeva D.R., Desiaterik A.A., Kirakosian R.N., Gushchin A.V. Innovative technologies for cloned plants adaptation. Caspian Journal of Environmental Sciences. 2021; 19(5): 877–882.
  4. Demenko V.I., Lebedev V.A. Adaptacija rasteniĭ, poluchennyh in vitro, k nesteril'nym uslovijam. Izvestija TSHA. 2011; 1: 60–70.
  5. Ivanova-Hanina L.V. Adaptacija rastenij-regenerantov ezheviki k uslovijam ex vitro. Uchenye zapiski Krymskogo federal'nogo universiteta imeni V.I. Vernadskogo. Biologija. Himija. 2019; 5(71), 1: 30–39.
  6. Golovina L.A., Ishmuratova M.M. Optimizacija uslovij adaptacii rastenij-regenerantov smorodiny chernoj (Ribes nigrum L.) sortov bashkirskoj selekcii pri perevode iz in vitro v ex vitro. Izvestija Ufimskogo nauchnogo centra RAN. 2019; 1: 83–88.
  7. Klyuchka E., Petkovic M. Vertical Greenhouses Agrotechnology: Solution Toward Environmental Problems. Ecological Intensification of Natural Resources for Sustainable Agriculture, 2021: 289–339.
  8. Ali Lakhiar I., Gao J., Naz Syed T., et al. Modern plant cultivation technologies in agriculture under controlled environment: a review on aeroponics. Journal of Plant Interactions. 2018: 338–352.
  9. Murashige T., Skoog F. A revised medium for rapid growth and bioassays with tobacco tissue cultures. Physiol. Plant. 1962, 15: 473–497.
  10. Kalashnikova E.A., Cherednichenko M.Ju., Kirakosjan R.N. i dr. Osnovy biotehnologii. Praktikum. M.: KnoRus, 2023. 160 s.
  11. Zaprometov M.N. Fenol'nye soedinenija i ih rol' v zhizni rastenija. LVI Timirjazevskie chtenija. M.: Nauka. 1996. 45 s.
  12. Lakin G.F. Biometrija: ucheb. posobie dlja biol. spec. vuzov. M.: Vysshaja shkola. 1990. 352 s.
  13. Benabdallah A., Rahmoune C., Boumendjel M., et al. Total phenolic content and antioxidant activity of six wild Mentha species (Lamiaceae) from northeast of Algeria. Asian Pacific Journal of Tropical Biomedicine. 2016; 6(9): 760–766.
  14. Kumari R., Kumar R. Aeroponics: A Review on Modern. Agriculture Technology. 2019: 286–292.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Fig. 1

Download (843KB)
3. Fig. 2

Download (282KB)
4. Fig. 3

Download (278KB)

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».