Ботанические коллекции

УДК 58.082:574.472(476-25)

Спиридович, Е. В. Ботанические коллекции: документирование и биотехнологические аспекты использования / Е. В. Спиридович. – Минск : Беларуская навука, 2015. – 226 c. – ISBN 978-985-08-1915-4.

Обобщены данные по биохимическому составу представителей коллекционных фондов 
Центрального ботанического сада Национальной академии наук Беларуси, показана перспективность всестороннего изучения генетического разнообразия, представленного в ботанических коллекциях, их биотехнологического использования, в том числе на основе клонального 
микроразмножения. Проведение документирования и паспортизации ботанических коллекций также является необходимой частью сохранения генофонда. Этот вид работы включает 
фотодокументирование и описание морфологических параметров с дальнейшей разработкой 
и использованием биохимических и молекулярно-генетических маркеров. В целом монография содержит современные сведения по биохимическим и биотехнологическим аспектам изу- 
чения и сохранения ботанических коллекций.
Предназначена для специалистов в области ботаники, интродукции, физиологии и биохимии растений, биотехнологии, а также студентов вузов биологического профиля.
Табл. 58. Ил. 59. Библиогр.: 321 назв.

Р е ц е н з е н т ы:

академик НАН Беларуси, доктор биологических наук, профессор Н. А. Ламан, 
доктор биологических наук, профессор В. М. Юрин

ISBN 978-985-08-1915-4
© Спиридович Е. В., 2015
© Оформление. РУП «Издательский дом  
    «Беларуская навука», 2015

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

АБД – администратор базы данных;
АО – антиоксиданты;
АОА – антиоксидантная активность;
БД – база данных;
БАВ – биологически активные вещества; 
БАД – биологически активные добавки;
БАП – бензил аминопурин;
ВЭЖХ – высокоэффективная жидкостная хроматография;
ГЖХ – газовая жидкостная хроматография;
ГП – государственная программа;
ГССР – Глобальная стратегия сохранения растений;
ДД – диспетчер данных;
ДНК – дезоксирибонуклеиновая кислота;
ДФПГ – 2,2-дифенил-1-пикрилгидразил;
ЕССР – Европейская стратегия сохранения растений;
ИУК – ß-индолилуксусная кислота;
КБР – Конвенция о биологическом разнообразии;
НУК – нафтилуксусная кислота; 
МС – масс-спектрометрия;
МЭЖК – метиловые эфиры жирных кислот;
ПНП – повторяющиеся нуклеотидные последовательности;
ПЦР – полимеразная цепная реакция;
т.п.н. – тысяч пар нуклеотидов;
CTAB – цетилтриметиламмония бромид;
ЯМР спектроскопия – спектроскопия ядерно-магнитного резонанса
ABTS (2,2′-zino-bis (3-ethylbenzthiazoline-6-sulphonic acid) – 2,2′-азино-бис (3-этилбензо- 
тиазолин-6-сульфоновая кислота);
AHP (American Herbal Pharmacopoeia) – Американская фармакопея лекарственных растений;
AFLP (amplified fragment length polymorphism) – полиморфизм длины амплифицированных фрагментов;
BGCI (Botanical Garden Conservation International) – Международный совет ботанических 
садов по охране растений;
CAPS (cleaved amplified polymorphic sequences) – расщепленные амплифицированные полиморфные последовательности;
CITES (Convention on International Trade in Endangered Species of Wild Fauna and Flora) –  
Конвенция о международной торговле видами дикой фауны и флоры, находящимися под 
угрозой исчезновения;
CCA (compact callus aggregates) – плотные каллусные образования; 
DArT (diversity array technology) – ДНК чип технология для изучения разнообразия;

DOGS (Database Of Genome Sizes) – база данных размеров геномов;
EMA (European Medicines Agency) – Европейское медицинское агентство;
ex situ – сохранение компонентов биологического разнообразия вне их естественных мест 
обитания;
in situ – сохранение экосистем и естественных мест обитания, а также поддержание и восстановление жизнеспособных популяций видов в их естественной среде, а применительно  
к одомашненным или культивируемым видам – в той среде, в которой они приобрели свои отличительные признаки;
in vivo – сохранение буквально в живой системе, в целом организме или в его части;
in vitro – технология выполнения экспериментов, когда опыты проводятся «в пробирке» – 
вне живого организма;
IOPI (International Organization for Plant Information) – Международная организация по информации о растениях;
IPNI (The International Plant Names Index (Kew, BG)) – Международный указатель научных 
названий растений Королевских ботанических садов (Кью, Великобритания);
IUCN (The International Union for Conservation of Nature) – Всемирный союз охраны природы; 
IRAP (inter retrotransposon amplified polуmorphism) – полиморфизм амплифицированных 
последовательностей между ретротранспозонами;
ISSR (inter simple sequence repeats) – межмикросателлитные последовательности;
QTL (quantitative trait loci) – локусы количественных признаков;
RAPD (random amplified polymorphic DNA) – случайно амплифицированная полиморф- 
ная ДНК;
RFLP (restriction fragment length polymorphism) – полиморфизм длины рестрикционных 
фрагментов;
SCAR (sequence characterized amplified region) – амплифицированная область, охарактеризованная нуклеотидной последовательностью;
SNP (single nucleotide polymorphism) – однонуклеотидный полиморфизм;
SSAP (sequence specific amplification polymorphism) – полиморфизм сиквенс специфичной 
амплификации;
SSCP (single strand conformation polуmorphism) – полиморфизм конформации одноцепочечной ДНК;
SSR (simple sequence repeats) – простые повторяющиеся последовательности (микроса- 
теллиты);
STS (sequence tagged site) – сайт/локус, маркированный нуклеотидной последовательностью;
TRAFFIC (Trade Records Analysis of Flora and Fauna in Commerce) – Программа мониторинга торговли дикими видами флоры и фауны;
Tropicos – номенклатурный проект Миссурийского ботанического сада;
UPOV (International Union for the Рrotection of New Varieties of Plants) – Международный 
союз по охране новых сортов растений;
UPGMA (Unweighted Pair Group Method with Arithmetic Mean) – метод невзвешенного  
попарного среднего; 
WWF (World Wide Fond for Nature) – Всемирный фонд дикой природы.

К 57-летию Отдела биохимии и биотехнологии растений

ВВЕДЕНИЕ

Сохранение биологического разнообразия занимает особое место среди 
глобальных проблем современности. В ее решении усиливается роль ботанических садов как координирующих центров изучения и сохранения биоразнообразия растительного мира, организации кооперативных научных исследований и сотрудничества в этой области. Глобальная и Европейская стратегии сохранения растений (ГССР и ЕССР, доступные в www.plantaeuropa.org), 
Стратегия ботанических садов как составляющие часть Международной Конвенции о биологическом разнообразии (КБР, 1992) стали координирующими 
документами по приостановлению усилившегося темпа сокращения разнооб- 
разия растений в мире.
Впервые Н. И. Вавиловым была разработана концепция о необходимости  
контроля и мобилизации мировых растительных ресурсов, планомерной работы по созданию генетических банков растительных ресурсов в разных странах. К настоящему времени в них собраны миллионы образцов, однако до сих 
пор нет универсальных принципов их отбора [1]. Ботанические сады играют 
важную роль в осуществлении национальных стратегий, планов и программ 
сохранения и рационального использования биологического разнообразия. 
Эффективность сохранения растений ex situ, что является одним из самых 
важных способов сохранения биоразнообразия среди тех, которые доступны 
ботаническим садам, может быть резко повышена путем создания генетических банков (коллекций) растений в виде генных банков семян, банков in vitro 
и полевых генных банков [2]. Организация таких банков давно начата и проведена в ботанических садах мира и считается необходимым компонентом 
работ по сохранению биоразнообразия растительного мира. Цель сохранения 
растений – создать резервный запас, который служит источником растительного материала для последующей реинтродукции в места обитания с нарушенной экологией и пополнения численности популяций в рамках охраны  
и рационального использования экосистем; для научной и образовательной 
работы; для практической селекции растительного материала; для питомников, сельского хозяйства, озеленения, лесного хозяйства и т. д. Еще одна функция сохранения заключается в снижении антропогенного воздействия на природные популяции растений, представляющих интерес для ученых, садово

дов, любителей-флористов и др. Наконец, сохранение ex situ делает растения 
доступными для новых сфер использования [1]. Собранные в ботанических 
садах генофонды поддерживаются в коллекциях генетических ресурсов, которые постоянно пополняются для использования в будущем в хозяйственной 
деятельности, в том числе посредством вовлечения в процесс направленной 
селекции.
Коллекции генетических ресурсов растений ботанических садов являются 
составной частью государственной системы сохранения и рационального использования биоразнообразия, установления наиболее уникальных генотипов 
и подразделяются в соответствии со своим предназначением на следующие 
категории: национальные базовые коллекции, активные рабочие коллекции, 
дублетные коллекции, генетические коллекции, стержневые коллекции, гербарные коллекции, коллекции меристем, коллекции ДНК и РНК [3, 4].
В коллекционных фондах Центрального ботанического сада НАН Беларуси (ЦБС) объединены более 60 самостоятельных коллекций, которые зарегистрированы в Министерстве природных ресурсов и охраны окружающей 
среды Республики Беларусь. Формирование и создание активных репрезентативных коллекций создает предпосылки как для широкого спектра научных 
исследований, так и для сохранения и расширения биологического разнообразия. Комплексное исследование с применением традиционных, биохимических и биотехнологических подходов позволяет рационально использовать 
имеющийся в коллекции материал.
Перспективность всестороннего изучения генетического разнообразия, представленного в ботанических коллекциях, несомненна. Используемые методы 
современной селекции обычно приводят к постепенному сужению генетической изменчивости изучаемых культур, которая создает проблемы в адаптации к биотическим стрессам, устойчивости к фитопатогенам, засухе, засоле- 
нию, холоду и др. Поэтому изучение генетического разнообразия культур необходимо для того, чтобы в будущем расширить генетический и биохимический потенциал создаваемых сортов. Проведение документирования и паспортизации ботанических коллекций также является необходимой частью 
селекции и сохранения генофонда. Этот вид работы начинается с фотодокументирования и описания морфологических характеристик с дальнейшей 
разработкой и использованием биохимических и молекулярно-генетических 
маркеров на основе полиморфизма вторичных метаболитов, белков и нуклеиновых кислот.

Глава 1

БОТАНИЧЕСКИЕ САДЫ  
И БИОРАЗНООБРАЗИЕ РАСТЕНИЙ

1.1. Вклад международных организаций и инициатив  
в сохранение биоразнообразия

Конвенция о биологическом разнообразии (КБР) вступила в силу 29 декабря 1993 г. и в настоящее время ратифицирована более чем 190 странами. КБР 
была принята в Рио-де-Жанейро и направлена на сохранение биоразнообразия 
и обеспечение его устойчивого использования, а также на содействие и развитие справедливого и равноправного распределения выгод от использования 
генетических ресурсов. Сферы КБР охватывают все уровни биоразнообразия, а работа разделена на ряд направлений, одно из которых – Глобальная  
стратегия сохранения растений (ГССР) [4], имеющая особое значение для ботанических садов. Действительно, именно представители ботанического сообщества во главе с рядом ведущих ученых ботанических садов (Питер Вайс 
Джексон, Стелла Саймаа, Дейвид Гивен, Дейвид Брамвелл) возглавили разработку ГССР, что обеспечило ее принятие в 2002 г. Опыт ГССР показал, как 
небольшая группа самоотверженных людей, работая в составе ботанического 
сообщества, может позитивно влиять на принятие решений на самом высоком 
уровне. На деле ГССР превратилась в наиболее действующую и интересную 
часть КБР. Международный совет ботанических садов по охране растений 
(BGCI) постоянно анализирует результаты использования стратегии в работе 
с растениями в рамках всеобщего понимания и достижения полного успеха  
в будущем. В свете глобального изменения климата, которое продолжает изу- 
чаться, нужно постоянно прилагать усилия по обеспечению сохранения мира 
биоразнообразия. С 2010 г. все сады мира независимо от их размера и географического положения призываются к принятию активных мер по сохранению 
биоразнообразия. КБР предусматривает рамки действий, в которых мероприя- 
тия по охране природы, пусть небольшого и локального характера, но проводимые централизованно, явятся залогом реальных глобальных изменений.
В 2010 г. Конференция Сторон Конвенции о биологическом разнообразии, 
приняла обновленную версию Глобальной стратегии сохранения растений 
(ГССР) на 2011–2020 гг. Видение Стратегии заключается в том, чтобы остановить продолжающуюся утрату биоразнообразия растений и обеспечить достойное 
и устойчивое будущее, в котором деятельность человека не нарушает, а поддерживает разнообразие растительной жизни (в том числе устойчивость генетического разнообразия растений, выживание видов растений и их сообществ,  

а также связанных с ними мест обитания и экологических ассоциаций); в свою 
очередь, разнообразие растений поддерживает и улучшает нашу жизнь, делая 
ее благополучной.
Издавна ботанические сады разработали и пронесли через века традицию 
обмена, изучения и сохранения растений во всем мире. Они служили местом 
эстетического отдыха, центрами лекарственных и таксономических исследований, т. е. играли центральную роль в историческом распределении полезных растений по регионам мира и способствовали развитию национальных 
экономик государств. Теперь, когда количество видов растений во всем мире 
снижается из-за утраты мест обитания, экспансии инвазивных чужеродных 
видов, чрезмерной эксплуатации ресурсов, загрязнения окружающей среды  
и изменения климата, сохранение растительного биоразнообразия становится 
жизненно важным обоснованием существования имеющихся ботанических 
садов и разработки проектов создания новых.
Сегодня место каждого ботанического сада зависит от акцента на локальное или глобальное разнообразие растений, вклада в общественное образование и в научные исследования в области ботаники, экологии и садоводства,  
а также использования новых подходов для устойчивого сохранения и рацио- 
нального использования растений. Все эти мероприятия, разрабатываемые  
в рамках Организации Объединенных Наций, КБР, Международной рамочной 
конвенции, привели к развитию многих новых национальных законов, политики и инициатив во всем мире. Ботанические сады обеспечивают важные 
связи между исследовательскими институтами, правительственными ведомствами и коммерческими секторами, такими, как садоводческие, пищевые  
и фармацевтические производства.
Садам, которые обмениваются растительным материалом в этой новой  
обстановке, требуется хорошее понимание многих, иногда спорных вопросов, 
возникающих вокруг доступа к генетическим ресурсам и распределения выгод от их использования, в том числе концепции предварительного обоснованного согласия и справедливого и равноправного распределения выгод, 
хотя во многих случаях страны сами пока не решили, как осуществлять такие 
вопросы на практике.
Положения КБР по вопросам совместного использования выгод и научнотехнического сотрудничества опираются на партнерство и связи между поставщиками и пользователями биоразнообразия. На примере ботанических 
садов можно увидеть много вдохновляющих примеров успешного партнерства, и эта тенденция должна продолжаться. Сады также должны продемонстрировать государственным органам их жизненно ценный вклад в процесс 
реализации всех целей КБР. Очень важно, чтобы ботанические сады понимали правовые, социальные и этические последствия этого глобального договора и продолжали свою работу конструктивно и последовательно.
Следует отметить, что нормы КБР достаточно сложны. Для детализации 
этой работы BGCI издает специальные руководства, чтобы «демистифици- 

ровать» КБР и объяснить ее значение для всех организаций, которые связаны 
с сохранением и использованием природных ресурсов. Существует уже два 
руководства для ботанических садов, направленных на стимулирование действий по сохранению растений, объяснению международного контекста такой 
работы. Первое руководство для ботанических садов, опубликованное в 2007 г.,  
разъясняет действия по использованию CITES – Convention on International  
Trade in Endangered Species of Wild Fauna and Flora (Конвенция о международной торговле видами дикой фауны и флоры, находящимися под угрозой 
исчезновения), чтобы она была полностью эффективной и, следовательно,  
ни один вид растений не был бы использован вне правил международной торговли [5]. Второе руководство имеет гораздо более широкий объем, его цель –  
разъяснить ботаническим садам их роль в осуществлении международных 
договоров по сохранению биоразнообразия. Руководство содержит предло- 
жения о том, как ботанические сады могут концентрировать свои работы  
в рамках КБР и как они могут гарантировать, что их ценную работу признают 
в качестве вклада в общую цель – снизить угрожающе высокие темпы утраты 
биоразнообразия [6].
Республика Беларусь является стороной, которая приняла КБР в 1993 г.,  
и проводит большую работу по выполнению ее требований. В 1997 г. Министерством природных ресурсов и охраны окружающей среды совместно с Национальной академией наук Беларуси разработаны и утверждены постановлениями Совета Министров Республики Беларусь Национальная стратегия  
и План действий по сохранению и устойчивому использованию биологического разнообразия Республики Беларусь. В республике приняты и вступили 
в действие законы «Об охране окружающей среды», «О растительном мире», 
«О животном мире», «О безопасности генно-инженерной деятельности», ряд 
иных нормативных правовых документов, призванных обеспечить правовую 
и экономическую основу сохранения и устойчивого использования биологического разнообразия. Разработана и утверждена Государственная программа развития особо охраняемых природных территорий (ООПТ), Национальная стратегия развития и управления системой природоохранных территорий  
и Схема рационального размещения ООПТ до 2015 г., обсуждается Закон  
о генетических ресурсах [3].

1.2. Что представляет собой ботанический сад в ХХI веке?

Начало организации ботанических садов относится к XIV–XVII вв., когда 
они создавались как живые коллекции медицинских, декоративных и других 
растений, центры сбора местных и иноземных растений, их описания и изучения систематики. Однако на рубеже XX–XXI вв. традиционная деятельность 
ботанических садов наполняется новым содержанием: в настоящее время их 
следует рассматривать как объекты, самым непосредственным образом вовлеченные в дело содержания, изучения и охраны биологического разнообразия. 
Важность их в этом качестве зафиксирована в Федеральном законе РФ об особо  

охраняемых природных территориях [7]. На территории ботанических садов 
запрещается всякая деятельность, не связанная с выполнением их задач и влекущая за собой нарушение сохранности флористических объектов. Тем не менее зачастую мы сталкиваемся с сохранением взгляда на ботанический сад 
как на своего рода объект озеленения и недооценкой его роли в сохранении 
растительного богатства планеты [8].
По некоторым оценкам, значительная часть разнообразия растений приходится на более чем 2800 ботанических садов в 153 странах мира. По данным 
BGCI, в садах, где все виды и экосистемы, находящиеся под угрозой исчезновения, включены в программы по реинтродукции и репатриации, создается 
научная и образовательная база для сохранения биоразнообразия [9].
В то время как основные центры биологического разнообразия находятся 
в тропиках и субтропиках, местоположения ботанических садов показывают, 
что они расположены в высокоразвитых индустриальных странах и на сравнительно маленьких площадях культивируют тысячи видов со всех концов мира.
И если ранее сады стремились увеличить свои коллекции, например, самыми большими ботаническими садами в Европе являются Королевские ботанические сады (Кью, Великобритания) – 34 тыс. таксонов, Берлин-Далем 
(Германия) – 20 тыс. таксонов, то сегодня тенденции изменились: сады прежде 
всего занимаются своей природной флорой.
Согласно позиции BGCI, в глобальном виде миссия ботанических садов  
в сохранении растений может быть обобщена следующим образом:
приостановление потерь видов растений и их генетического разнообразия 
во всем мире;
концентрация усилий на предотвращение дальнейшей деградации окружающей среды;
формирование общественного понимания ценности растительного разнооб- 
разия и угроз, которым оно подвергается;
реализация практических мер для сохранения и улучшения состояния 
окружающей среды;
пропаганда и обеспечение долгосрочного использования природных ресурсов нынешними и будущими поколениями [10–12].
Эти и другие вопросы обсуждались на 5-м Всемирном конгрессе ботанических садов, который проходил с 11 по 25 октября 2013 г. в Данидине, Новая 
Зеландия, и предоставил уникальную возможность для сообщества ботанических садов совместно обсудить ключевые вопросы, которые актуальны сегодня, оценить успехи и недостатки Международной программы ботанических 
садов и Глобальной стратегии сохранения растений (ГССР) в качестве программных документов, регулирующих деятельность ботанических садов [13]. 
На Конгресс, девизом которого стали слова «Отмечаем успех ботанических 
садов», приехали почти 500 участников более чем из 40 стран мира. В ходе 
работы были выделены следующие «горячие точки».
Определение ботанического сада дано BGCI еще в 1998 г. и сформулировано в Международной программе ботанических садов по охране растений: