Breeding of medicinal and essential oil crops in VILAR: achievements and prospects

This review discusses the main methods of breeding material development, the current state, problems and prospects for medicinal and essential oil plants breeding. The relevance of this area has especially increased due to the sanctions, the resulting shortage of medicinal plants and their low quality, which does not meet the requirements of the pharmaceutical industry. To produce a stable plant raw material base, it is necessary to actively develop a breeding process to create new highly productive varieties of medicinal plants resistant to biotic and abiotic environments. In breeding with the use of modern molecular biological methods, related species and generic complexes of the All-Russian Research Institute of Medicinal and Aromatic Plants (VILAR) collection can be involved, where there is extensive original genetic material of medicinal, essential oil, rare and endangered species. In the breeding of medicinal and essential oil crops, traditional methods of individual and individual-family selection, polyploidy, chemical mutagenesis and a combination of methods to obtain original breeding material are still promising. VILAR has created more than 90 varieties of medicinal and essential oil crops, most of which have been approved for use throughout the Russian Federation

СПЕЦИФИКА ПРОРАСТАНИЯ СЕМЯН ОВОЩНЫХ ЗОНТИЧНЫХ КУЛЬТУР ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ТЕМПЕРАТУРНЫХ РЕЖИМАХ

The effect of temperature during seeds germination of some species of Umbelliferae vegetable crops has been studied. There is a different reaction of vegetable crops on the temperature factor: depending on crops and temperature, the number of days until the maximum rate of growth can varied from 7,6 to 22,8 days, and percentage of germinated seeds can varied from 7% to 88%. The effect of temperature on growth of seeds embryo has been studied in different crops. The «degree of underdevelopment of embryo» (DUE) characterized the morphological and anatomical features of embryo varied from 13 to 52%. The temperature coefficient (Q10) for the rate of germination of seeds of vegetable crops of Umbelliferae was 1,23 - 1,82.Изучено влияние температуры при прорастании семян некоторых видов овощных зонтичных культур. При этом различные культуры поразному реагируют на температурный фактор: изменяется число суток до наступления максимальной скорости прорастания (в зависимости от культуры и температуры составляет 7,6 - 22,8 суток) и доля проросших семян (7 - 88 %). Изучено действие температуры на рост зародыша в семенах изучаемых культур. В зависимости от температуры скорость роста зародыша варьирует от 0,02 до 0,15 мм/сут. у различных изучаемых культур. Проанализирован показатель «степень недоразвития зародыша» (СНЗ), который характеризует морфо - анатомические особенности зародыша, изменяется от 13 до 520%. Рассчитан температурный коэффициент (Q10) для скорости прорастания семян овощных зонтичных культур, он составляет 1,23 - 1,82

Развитие зародыша семян укропа после воздействия кратковременного температурного стресса

NNew data on germ growth processes of dill seeds formed at the first and second branching orders after exposure to short-term heat stress (40 °C) are presented. Morphometric method and analysis of dill seed embryo growth in dynamics were used. The studies were carried out in 20152017 at the All-Russian Research Institute of Vegetable Growing, a branch of FSBSI FSCVG. Seeds of dill (Anethum graveolens L.) of the variety Centaurus from the first and second branching orders were the object of research. First, seeds were germinated in a thermostat. Then, swollen roots were exposed to a temperature of 40 °C according to the experiment scheme: 0 (control); 1; 2; 3; 4 and 5 days. After incubation, the seeds were transferred to standard conditions (temperature 20 °C) and germinated in Petri dishes on filter paper without light for 21 days. Germ size was measured using image analysis software. Critical embryo length and degree of underdevelopment were determined, and the ratio of embryo length to endosperm length (I Z/E) was calculated. Logistic regression with four parameters: b, c, d, e., was used to construct a germ growth curve. The relationship between the parameters was assessed using Pearson correlation analysis. The differences were considered statistically significant at P≤0.05. The duration of temperature action, which has an inhibitory effect on embryo growth, germination rate, the number of germinated seeds, were revealed. It was found that the embryos of seeds obtained from different branching orders have different sizes and have different intensity of growth under stress and standard conditions. It was shown that the effect of brief temperature (40 °C) on embryo growth depends on branching order and that embryos of seeds of the second branching order are more sensitive to high temperature. Morphometric parameters of the source were shown to play a critical role in the ability of dill seeds to resist the effect of temperature stressor during germination.Изложены новые данные о процессах роста зародыша семян укропа, сформированных на первом и втором порядках ветвления после воздействия на них кратковременного теплового стресса (40 °С). Использованы морфометрический метод и анализ роста зародыша семян укропа в динамике. Исследования проводили в 2015-2017 гг. во Всероссийском научно-исследовательском институте овощеводства – филиале ФГБНУ ФНЦО. Объектом исследований служили семена укропа (Anethum graveolens L.) сорта Кентавр с первого и второго порядков ветвления. Проращивание семян проводили в термостате. Набухающие семена подвергали воздействию температуры 40°С в соответствии со схемой опыта: 0 (контроль); 1; 2; 3; 4 и 5 суток. После инкубации семена переносили в стандартные условия (температура 20 °С) и проращивали в чашках Петри на фильтровальной бумаге без доступа света в течение 21 суток. Размер зародыша измеряли с использованием программного обеспечения для анализа изображений. Определяли критическую длину зародыша и степень его недоразвития, рассчитывали отношение длины зародыша к длине эндосперма (Iз/э). Для построения кривой роста зародыша использовали лог-логистическую регрессию с четырьмя параметрами: b, с, d, e. Взаимосвязь между параметрами оценивали с использованием корреляционного анализа Пирсона. Различия считали статистически значимыми при P ≤ 0,05. Выявлена продолжительность действия температуры, которая оказывает ингибирующее действие на рост зародыша, скорость прорастания, количество проросших семян. Установлено, что зародыши семян, полученных с разных порядков ветвления, имеют разные размеры и обладают разной интенсивностью роста в стрессовых и стандартных условиях. Показано, что эффект краткого температурного (40 °С) воздействия на рост зародыша зависит от порядка ветвления и что зародыши семян второго порядка ветвления более чувствительны к действию высокой температуры. Выявлено, что морфометрические параметры зародыша играют ключевую роль в способности семян укропа противостоять действию температурного стрессора в процессе прорастания

ИЗМЕНЧИВОСТЬ МАССЫ ЗАРОДЫША СЕЛЕКЦИОННЫХ ОБРАЗЦОВ МОРКОВИ СТОЛОВОЙ

The  study  was  carried  out  at  All-Russian  Research Institute  of  Vegetable Growing  (GNU VNIIO) in  2013-2016.  The objects  of  the  study  were  seeds of  carrot taken from  variety ‘Rogneda’  regarded  as a standard, breeding lines 690V, 690P and 753. The aim of the work was to study the dry weight of carrot-embryos and calculate the main characteristics regarding their variability among different accessions that were obtained through both inbreeding and outbreeding methods. Mean values of the sample for seed embryo weight  differed  among different  carrot  accessions  and  breeding  lines  in  the range from 36.8 μg to 17.0 μg in ‘Rogneda’ and line 753, respectively. Moreover, there is no strong derivation of mean value from median within each sample of the breeding  line  was  observed.  The  derivation  of  mean value from median was 0.2 μg in ‘Rogneda’. The least embryo weight 14.0 μg was observed in breeding lines. The coefficient of variation for embryo weight varied in the  range  from  10.4  to  14.2  and  reached  25.1  %  in ‘Rogneda’. The method of maximum likelihood was used to  reveal correspondences  of  experimental function  of distribution in embryo weight in seed population of accessions studied  and  normal  distribution.  Statistical high-order moments (asymmetry and excess) of sample in  carrot  had  insignificant  shift.  The highest  values of asymmetry and excess were observed for selected measurements of embryo weight in breeding line 690V. The experimental data observed may lead to  previous conclusions about significant difference among four carrot  accessions in  embryo  weight  and  its  character  of variability. Thus, such a main morphological element-the embryo-in  the seed is also very probably subjected  to the strong inbreeding depression. Morphometrical parameter of embryo weight may be interesting not only for seed production and seed study, but also for breeding program, and regarded as an inherited trait that can be improved.Исследования проводили в ГНУ ВНИИО в 2013-2016 годах. Объектом  исследований были семена моркови  столовой сорт Рогнеда (стандарт),  линий 690В, 690П и 753. Цель исследований – провести изучение сухой массы зародыша и рассчитать  основные  параметры,  характеризующие   их вариабельность у различных образцов моркови столовой, полученных методами, как инбридинга, так и аутбридинга. Средние арифметические значения выборки по показателю массы зародыша семян отличаются у различных представителей изучаемых сортов и линий в значительных пределах от   36,8 мкг у сорта Рогнеда до  17,0 мкг у линии 753. При этом в пределах выборки по каждой линии сильного отклонения среднего значения от медианы не наблюдается. У сорта Рогнеда отклонение среднего значения от медианы составляет 0,2 мкг. Наименьшая масса зародыша отмечена у линий, она составила 14,0 мкг. Коэффициент вариации показателя массы зародыша изменялся у линий в пределах от  10,4 до 14,2%, достигая максимума у сорта Рогнеда – 25,1%. Для выявления, соответствия  экспериментальной функции распределения массы зародыша в популяции семян изучаемых представителей и нормального распределения использован метод максимального правдоподобия. Статистические моменты высших порядков (асимметрия и эксцесс) выборки у моркови имеют незначительные смещения. Набольшие значения асимметрии и эксцесса культур отмечены для выборочных измерений массы зародыша линии 690В. Экспериментальные  данные позволяют сделать предварительные   выводы о существенном отличии четырех изученных образцов моркови столовой по массе зародыша, а также по степени и характеру изменчивости этого показателя.  Таким образом, основной морфологический элемент семени – зародыш, по-видимому, также подвергается сильной  депрессии  в  процессе  инбридинга. Морфометрический показатель массы  зародыша может представлять  интерес не  только для  семеноведения  и семеноводства, но  и  для  селекции,  как  наследственно обусловленный признак, заслуживающий совершенствования

КОРРЕЛЯЦИОННЫЙ И ФАКТОРНЫЙ АНАЛИЗ ПРИЗНАКА СЕМЕННОЙ ПРОДУКТИВНОСТИ КАПУСТЫ БЕЛОКОЧАННОЙ

The data of analysis of the interaction between the components determined the seed productivity of white head cabbage are presented. The positive correlation between the percent of seeding and poten tial/real seed productivity was revealed.Представлены данные анализа взаимодействия компонентов, определяющих семенную продуктивность капусты белокочанной. Выявлена тесная положительная связь между процентом семенификации и потенциальной / реальной семенной продуктивностью

ОСОБЕННОСТИ ПОКОЯ СЕМЯН ОВОЩНЫХ ЗОНТИЧНЫХ КУЛЬТУР, ВЫЗВАННОГО РАЗЛИЧНЫМИ ФАКТОРАМИ

Experiments were carried out at FGBNU VNIIO in 20112016. The aim of the study was to analyze the influence of different types of organic dormancy caused by various factors on seed quality of some representatives of umbellifer crops. The objects of the study were seeds: parsnip ‘Kulinar’ (Pastinaca sativa L.); carrot ‘Rogneda’ (Daucus carrota L.); root parsley ‘Ljubasha’ (Petroselinum crispum (Mill.) Nyman ex A.W. Hill.); root celery ‘Kupidon’ (Apium graveolens L.); coriander ‘Yantar’ (Coriandrum sativum L.) and dill ‘Kentavr’ (Anethum graveolens L.). In all seeds studied, the speed of embryo growth was decreased by 30% or0.03 mma day. Under influence of the induced dormancy caused by incubation in extract from dill seeds, the speed of embryo growth in all species was decreased by 94-97% on average. The process of germination of just picked seeds in all crops studied showed itself in reduction of germinated seed number by 54% as compared with control variant. Under the effect of incubation at high temperature the seeds of parsnip and root celery didn’t germinate, whereas the germination in the seeds of coriander, root parsley and carrot was decreased by 51%, 47% and 46%, respectively as compared with control. There is no germination observed in parsnip, carrot, root celery and coriander under influence of induced dormancy caused by incubation in extract from dill seeds. In this case, the germination of seeds of root parsley and dill was 8.1% and 15%, respectively. The Pearson correlation between the speed of embryo growth and percent of seed germination showed the significant and positive relationship in the range 0.706-0.952. Analysis of variance (ANOVA) showed that induced by temperature or allelopathic dormancy had impact on the speed of embryo’s growth in the crops studied, where factor effect was 89-86% depending on type of dormancy. Analysis of variance between the factors of dormancy and germination revealed that all types of dormancy analyzed had much influence on germination in these crops. The factor effects for primary, temperature induced, and induced allelopathic dormancy were 98% (F=1590.3; P=< 2x10-16), respectively. Опыты проводили в 2011-2016 годах в ФГБНУ ВНИИО. Цель работы: провести анализ влияния различных типов органического покоя, вызванных различными факторами, на качество семян некоторых представителей овощных зонтичных культур. Объектами исследований служили семена пастернака (Pastinaca sativa L.) сорт Кулинар, моркови (Daucus carrota L.) сорт Рогнеда, петрушки корневой (Petroselinum crispum (Mill.) Nyman ex A.W. Hill.) сорт Любаша, сельдерея корневого (Apium graveolens L.) сорт Купидон, кориандра (Coriandrum sativum L.) сорт Янтарь и укропа (Anethum graveolens L.) сорт Кентавр. В семенах всех изучаемых культур снижение скорости роста зародыша в среднем составляет 30% или на 0,03 мм/сутки. Под действием индуцированного покоя, вызванного инкубацией в вытяжке из семян укропа, скорость роста зародыша у всех изучаемых культур снизилась в среднем на 94-97%. Проращивание свежесобранных семян всех изучаемых культур проявляется в снижение количества проросших семян по сравнению с контролем в среднем на 54%. Под действием инкубации в условиях высокой температуры пастернак и сельдерей корневой не прорастали, а кориандр, петрушка корневая и морковь снижали процент прорастания на 51; 47 и 46% соответственно по сравнению с контролем. Под действием индуцированного покоя, вызванного инкубацией в вытяжке из семян укропа, прорастание пастернака, моркови, сельдерея корневого и кориандра не наблюдалось, а процент проросших семян петрушки корневой и укропа находился на уровне 8,1 и 15% соответственно. Корреляционный анализ Пирсона между скоростью роста зародыша и процентом прорастания показал достоверную высокую положительную зависимость, которая варьировала в пределах 0,706-0,952. Дисперсионный анализ данных показал, что индуцированный (температурный и аллелопатический) покой оказывает сильное влияние на скорость роста зародыша изучаемых культур (доля влияния фактора составляет 89-86% в зависимости от типа покоя). Дисперсионный анализ влияния фактора покоя на прорастание показал, что все анализируемые типы покоя оказывают сильное влияние на прорастание изучаемых культур. Так доля влияния первичного покоя составляет 98% (F=1590,3; P=< 2x10-16).

ПОЛОСАТЫЙ ЩИТНИК (GRAPHOSOMA LINEATUM L.) КАК ПРИЧИНА БЕЗЗАРОДЫШЕВОСТИ, НИЗКОЙ ПРОДУКТИВНОСТИ И КАЧЕСТВА СЕМЯН ОВОЩНЫХ ЗОНТИЧНЫХ КУЛЬТУР

In condition of Ramenskyi district (Moscow region) there was wide spreading of minstrel bug (Graphosoma lineatum L.), which is cause of yield loss of vegetable crops of Umbelliferae family. It was found up to nine mature insects per one plant. The larvae and imago feed mainly on buds, flowers, and seeds in all stages of its development. Because of damaging the seed productivity is decreased by 11-45%, the weight of 1000 seeds is decreased by 12-40%, germination energy is decreased by 13-100%, and germination ability is decreased by 10-82%. The germless seeds can range from 5% to 15 % and seeds without endosperm can range from 7% to 36 %.В условиях МО Раменского района отмечено широкое распространение полосатого, итальянского или линейчатого щитника (Graphosoma lineatum L.), наносящего существенный вред семенным растениям овощных культур семейства зонтичные. Численность клопов в расчете на одно растение достигает девяти штук. Личинки и имаго питаются преимущественно на генеративных органах растений, повреждая бутоны, цветки и семена во всех стадиях их развития, нередко они сосут содержимое спелых семян. Повреждения приводят к снижению семенной продуктивности (на 11 45%), массы 1000 семян (на 12 40 %), энергии прорастания (на 13 100%) и всхожести (на 10 82%) в зависимости от культуры. Доля семян без зародыша достигает 5 15%, а отсутствие эндосперма отмечено у 7 36 % семян

Морфометрические параметры разнокачественности семян моркови и факторы их определяющие.

Relevance.The contribution of varietal and environmental factors to the variability of the length of the endosperm and the embryo of carrot seeds was studied. Materials and methods. The objects of study were the original seeds of Rogneda, Lubava and Chernozemochka, Chantene 2461 and Boyarynya varieties. The seeds were grown at the Voronezh and West Siberian experimental stations. The linear dimensions of the seed and endosperm were measured using a caliper. The length of the embryo was measured using a microscope (Micromed) and a video eyepiece (DCM 300 MD) at х40 magnification. Statistical processing of the research data two-factor experiment was carried out using analysis of variance. Differences in the compared parameters were considered statistically significant at p 0.05.Results. The linear dimensions of all the main elements of seeds, as well as the index of Ie/z on average for three years significantly differed in the studied carrot varieties (P < 0.001). The maximum length of the seed (3.14±0.02 mm), the length of the endosperm (2.66±0.02 mm) and the length of the embryo (1.23±0.03 mm) on average for three years was observed in the Rogneda variety. The average coefficient of variation (V) of seed length was minimal and varied from 10.1% to 12.9%. The average values of the coefficient of variation (V) for the length of the endosperm varied in a wider range from 12.0% to 14.6%. The length of the embryo had a maximum level of variability from 18.7% in the Rogneda variety to 20.3% in the Chernozemochka variety 21.3%. The variety factor had a predominant influence (from 50.8 % to 86.5 %) on the size of the seed and its morphological elements. The contribution of the environmental conditions of the year of reproduction to the formation of morphometric parameters did not exceed 22.3 %. This allowed us to draw a conclusion about the prospects of selection and the possibility of selective changes in the morphological parameters of the seed. Актуальность. Изучен вклад сортового и экологического факторов в изменчивость длины эндосперма и зародыша семян моркови.  Материал и методы. Объектами для изучения служили оригинальные семена сортов Рогнеда, Любава и Черноземочка, Шантенэ 2461 и Боярыня. Семена выращены на Воронежской и Западно-Сибирской опытных станциях. Измерение линейных размеров семени и эндосперма осуществляли штангенциркулем. Длину зародыша измеряли с помощью микроскопа (Микромед) и видеоокуляра (DCM 300 MD) при x40 увеличении. Статистическую обработку данных исследований двухфакторного опыта проводили с помощью дисперсионного анализа. Различия сравниваемых параметров считали статистически значимыми при Р 0,05.Результаты. Линейные размеры всех основных элементов семян, а также индекс Iэ/з в среднем за три года существенно отличались у изученных сортов моркови (Р < 0,001). Максимальная длина семени (3,14±0,02 мм), длина эндосперма (2,66±0,02 мм) и длина зародыша (1,23±0,03 мм) в среднем за три года отмечена у сорта Рогнеда. Средние значения коэффициента вариации (V) длины семени были минимальными и изменялись от 10,1% до 12,9%. Средние значения коэффициента вариации (V) для длины эндосперма изменялись в более широких пределах от 12,0% до 14,6%. Длина зародыша имела максимальный уровень вариабельности от 18,7% у сорта Рогнеда до 20,3% у сорта Черноземочка 21,3%. Фактор сорта оказывал преобладающее влияние (от 50,8% до 86,5%) на размер семени и его морфологические элементы. Вклад фактора экологических условий года репродукции в формирование морфометрических параметров не превышал 22,3%. Это позволило сделать вывод о перспективности отбора и возможности селекционного изменения морфологических параметров семени, которые определяют технологические, посевные и другие их свойства.

КОМПЛЕКС ПРИЗНАКОВ ЛУКА БАТУНА В ОДНОЛЕТНЕЙ КУЛЬТУРЕ

In the central region of Russia welsh onion is a promising crop for bunch onion combined with a high sappy sheath. The annual crop in open field allows getting the product at August- September. For this purpose the cv. Nezhnosty, Aprelyskyi, Sprinter (length of sheath is 15 cm, yield is 3.7 – 3.8 kg/m2) are the most suitable. In order to get bunching onion during September-October, the cv. Long Tokio, Ishikura long wait (yield is 3.1-3.2 kg / m2), Totem F1, and Performer (yield is 2.5 kg / m2) characterized by the medium height and the vertical position of leaves (5 leaves per plant) are recommended.В центральном регионе России лук батун является перспективной культурой для получения зеленого пера в сочетании с высоким сочным ложным стеблем. В открытом грунте при однолетней культуре поступление продукции возможно в конце августа – начале сентября. При испытании в условиях Московской области для этой цели выделили отечественные сорта Нежность, Апрельский и Спринтер с длиной ложного стебля от 15 см, длиной неокрашенной части стебля более 11 см, числом листьев на ложном стебле от 7 шт. и с урожайностью в пределах 3,7-3,8 кг/м2. Для получения зеленого пера с середины сентября по октябрь наиболее пригодны сорта японской (Long Tokio, Ishikura long wait) с урожайностью 3,1-3,2 кг/м2 и голландской селекции (Totem F1, Performer) с урожайностью 2,5 кг/м2, характеризующиеся средней высотой растения, вертикальным положением листьев, числом листьев до 5 шт

Test-objects as differentiating background at study allelopathy activities of the vegetable celery cultures

As a result, studies have shown that Lactuca sativa and Lepidium sativum can be described as analyzing the backgrounds. This suggests that for those environments in full, the effect ofallelopathy of crops. Brassica chinesis var. Japonica, Raphanus sativus and Brassica juncea are particularly distinguished by less substantial and more aligned differentiating ability (with respect to all studied donor cultures) evaluation of allelopathic activity and, therefore, are stabilizing the background. The information obtained can be used in the selection of informative testers to evaluate the allelopathic activity of the celery crop. Considered in the work relationship of donors and testers are of interest as a model for studying the phenomenon of allelopathy, involving mathematical and statistical methods