Кок‑сагыз (Taraxacum kok-saghyz Rodin): методы выделения каучука и перспективы использования биотехнологических подходов

Натуральный каучук является стратегическим природным сырьем, который широко применяется при производстве шин, военной техники, в медицине и в других отраслях. Около 90% добычи каучука высокого качества приходится на Hevea brasiliensis (Willd. ex A. Juss.) Müll. Arg. Однако этот природный источник каучука весьма уязвим к грибным заболеваниям. Синтетический каучук уступает по физико‑химическим и механическим свойствам натуральному, в связи с чем существует необходимость в поиске альтернативных источников данного сырья. Наиболее перспективным альтернативным гевее каучуконосом является одуванчик кок‑сагыз (Taraxacum kok-saghyz Rodin). В его корнях накапливается каучук, не уступающий по качеству гевейному, содержание которого у высокопродуктивных линий достигает 27% к сухой массе корней. В связи с этим целью данной статьи является описание хозяйственно ценных компонентов T. kok-saghyz, некоторых методов выделения натурального каучука из корней этого растения, а также подходов по микроклональному размножению и генетической трансформации кок‑сагыза и близких видов. В СССР в середине XX века в основе промышленного метода выделения каучука из кок‑сагыза лежала предварительная обработка корней 2% раствором щелочи, которая может оказывать негативное влияние на качество каучука. Поэтому разработка новых, но в то же время недорогих промышленных методов выделения каучука из корней кок‑сагыза весьма актуальна. Одновременно в некоторых странах мира ведется селекционная работа, направленная на увеличение как размеров корней кок‑сагыза, так и содержания каучука в них. В связи с этим возникает необходимость в разработке лабораторных экспресс‑методов выделения каучука. Нами был отработан и оптимизирован лабораторный метод выделения каучука из сухой растительной ткани при помощи воды и ацетона, с финальной экстракцией гексаном. Разработанный нами протокол экстракции каучука показал результаты, сопоставимые с литературными данными. Для выведения более продуктивных форм проводятся также эксперименты по микроклональному размножению и генетической трансформации кок‑сагыза, однако число таких работ пока небольшое, что, видимо, связано с низкими регенерационными способностями данного вида одуванчиков.

1. Bae TW, Park HR, Kwak YS, Lee HY, Ryu SB (2005) Agrobacterium tumefaciens mediated transformation of a medicinal plant Taraxacum platycarpum. Plant Cell Tiss. Org. Cult. 80: 51–57.

2. Бобков П.К. Получение каучука из корней кок-сагыза // Каучук и резина. 1939. № 8. С. 67–70.

3. Большая энциклопедия нефти и газа. URL: https://www.ngpedia.

4. Booth A, Satchuthananthavale R (1974) Regeneration in root cuttings in Taraxacum officinale. II. Effects of exogenous hormones on root segments and root callus cultures. New Phytol. 73: 453–460.

5. Bowes BG (1970) Preliminary observations on organogenesis in Taraxacum officinale tissue cultures. Protoplasma 71 (1): 97–202.

6. Bowes BG (1971) The occurrence of shoot teratomata in tissue cultures of Taraxacum officinale. Planta 100 (3): 272–276.

7. Buranov AU, Elmuradov BJ (2010) Extraction and characterization of latex and natural rubber from rubber-bearing plants. J. Agric. Food. Chem. 58: 734–743. DOI: 10.1021/jf903096z

8. Bushman BS, Scholte AA, Cornish K, Scott DJ, Brichta JL, Vederas JC, Ochoa O, Michelmore RW, Shintani DK, Knapp SJ (2006) Identification and comparison of natural rubber from two Lactuca species. Phytochemistry 67: 2590–2596. DOI: org/10.1016/j.phytochem.2006.09.012

9. Чалдаева Д. А., Хусаинов А. Д. Применение натурального и синтетического каучука в производстве шин // Вестник Казанского технологического университета. 2013. Т. 16. № 11. С. 195–198.

10. Collins-Silva J, Nural AT, Skaggs A, Scott D, Hathwaik U, Woolsey R, Schegg K, McMahan C, Whalen M, Cornish K, Shintani D (2012) Altered levels of the Taraxacum kok-saghyz (Russian dandelion) small rubber particle protein, TkSRPP3, result in qualitative and quantitative changes in rubber metabolism. Phytochemistry 79: 46–56. DOI: 10.1016/j.phytochem.2012.04.015

11. Дыкман А. С., Гильманов Х.Х., Федорцова Е. В., Бусыгин В. М., Моисеев И.И. Перспективные возможности мирового производства натурального и изопренового каучуков // Экономика и управление. 2011. № 10. С. 46–51.

12. Филиппов Д.И., Ничипорович А.А., Аксельрод Д.М. Культура каучуконосов в СССР. M.: ОГИЗ-Сельхозгиз, 1948. С. 90–93.

13. Гаршин М.В., Картуха А.И., Кулуев Б.Р. Кок-сагыз: особенности культивирования, перспективы возделывания и внедрения в современное производство // Биомика. 2016. Т. 8. № 4. С. 323–333.

14. Гаврилова В.А., Пендинен Г.И., Петросян И.А., Конькова Н.Г., Кутузова С.Н., Вахрушева Т.Е., Сиротинкин Н.В., Брач Н.Б., Дунаева С.Е., Журавлев Е.В., Гавриленко Т.А. Микроклональное размножение кок-сагыза – источника натурального каучука и латекса // Биотехнология: состояние и перспективы развития : материалы VIII Московского международного конгресса. М., 2015. Ч. 2. С. 26–28.

15. Grout BWW (2010) Evaluation of total antioxidant production in seed and in vitro populations of Taraxacum mongolicum and T. officinale. Acta Hortic. 925: 275–280. DOI: 10.17660/ActaHortic.2011.925.41

16. Iaffaldano B, Zhang Y, Cornish K (2016) CRISPR/Cas9 genome editing of rubber producing dandelion Taraxacum kok-saghyz using Agrobacterium rhizogenes without selection. Ind. Crops Prod. 30: 356–362. DOI: 10.1016/j.indcrop.2016.05.029

17. Игнатьев А.М. О каучуке из крым-сагыза // Каучук и резина. 1939. № 6. С. 41–44.

18. Jamshieed S, Das S, Sharma MP, Srivastava PS (2010) Difference in in vitro response and esculin content in two populations of Taraxacum officinale Weber. Physiology and Molecular Biology of Plants 16 (4): 353–358.

19. Келлер А.Б. Каучук и каучуконосы. М. ; Л.: Издательство Академии наук СССР, 1936. 487 с.

20. Хайруллин Р.З., Власова Ю.С., Янов В.В. Перспективы использования альтернативных видов растительного сырья для производства натурального каучука // Вестник Казанского технологического университета. 2014. .Т 17. № 13. С. 205–206.

21. Князев А.В., Чемерис А.В., Вахитов В.А. Каллусообразование и морфогенез у Taraxacum officinale Weber в культуре in vitrо // Вестник биотехнологии и физико-химической биологии им. Ю.А. Овчинникова. 2007. Т. 3. № 3. С. 5–9.

22. Князев А.В., Чемерис А.В. Опосредованная Аgrobacterium tumefaciens трансформация одуванчика Тaraxacum officinale Weber // Биомика. 2012. Т. 2. № 2. С. 47–53.

23. Knyazev AV, Kuluev BR, Mikhaylova EV, Yasybaeva GR, Chemeris AV (2017a) Aseptic germination and Agrobacterium rhizogenes-mediated transformation of Taraxacum kok-saghyz Rodin. Plant Root. 11: 64–69. DOI: 10.3117/plantroot.11.64

24. Knyazev AV, Kuluev BR, Fateryga AV, Yasybaeva GR, Chemeris AV (2017b) Aseptic germination and Agrobacterium rhizogenes-mediated transformation of Taraxacum hybernum Steven. Plant Tissue Cult. Biotech. 27 (2): 141–151. DOI: 10.3329/ptcb.v27i2.35019

25. Кобелев В.К. Селекция каучуконосных растений. 1937. Т. 3. С. 641–670.

26. Коган Л.М. Технология извлечения натурального каучука // Каучук и резина. 1939. № 8. С. 32.

27. Корзинов Н. Битва за резину. С чего начинается шина // Популярная механика. 2008. № 2. URL: http://www.popmech.ru/vehicles/7329-bitva-za-rezinu-s-chego-nachinaetsya-shina/

28. Коялович Н.Б. Количественное определение каучука в корневых каучуконосах // Каучук и резина. 1939. № 7. С. 26–29.

29. Кулуев Б.Р., Бережнева З.А., Чемерис А.В. Гидропонное и аэропонное выращивание одуванчика Taraxacum kok-saghyz Rodin // Биомика. 2017. . Т9. № 2. С. 96–100.

30. Кулуев Б.Р., Гарафутдинов Р.Р., Максимов И.В., Сагитов А.М., Чемерис Д.А., Князев А.В., Вершинина З.Р., Баймиев Ан.Х., Мулдашев А.А., Баймиев Ал.Х., Чемерис А.В. Натуральный каучук, его источники и составные части // Биомика. 2015. Т. 7. № 4. С. 224–283.

31. Ладнова О.Л., Меркулова Е.Г. Применение инулина и стевии при разработке рецептур продуктов нового поколения // Успехи современного естествознания. 2008. № 2. С. 33–34.

32. Лапин А.К. Культура каучуконосов // В кн.: Сельское хозяйство СССР. Ежегодник. 1935. М.: Сельхозгиз, 1936. С. 65–73.

33. Lee M, Yoon ES, Jeong J, Choi YE (2004) Agrobacterium rhizogenes mediated transformation of Taraxacum platycarpum and changes of morphological characterPsl. Cell R.e p22: 822–827.

34. Luo Z, Iaffaldano BJ, Cornish K (2018) Colchicine-induced polyploidy has the potential to improve rubber yield in Taraxacum kok-saghyz. Ind. Crop. Prod. 112: 75–81. DOI: 10.1016/j.indcrop.2017.11.010

35. Mahesh A, Jeyachandran R (2011) Agrobacterium rhizogenes-mediated hairy root induction in Taraxacum officinale and analysis of sesquiterpene lactones. Plant Biosystems 145 (3): 620–626. DOI: 10.1080/11263504.2011.584702

36. Навашин М.С., Герасимова Е.Н. Получение тетраплоидного кок-сагыза и его практическое значение // Доклады академии наук СССР. 1941. Т. 31. № 1. С. 47–50.

37. Навашин М.С., Герасимова-Навашина Е.Н. О тетраплоидии и тетраплоидном кок-сагызе // Агробиология. 1951. № 6. С. 102–109.

38. Павлов Н.В. Дикие полезные технические растения. М., 1942. 640 с.

39. Половенко И.С., Филиппов Д.И., Правдин Ф.Н., Фурман Л.М. Кок-сагыз. М.: Государственное издательство сельскохозяйственной литертауры, 1950.

40. Ramirez-Cadavid D, Cornish K, Michel F (2017) Taraxacum koksaghyz: compositional analysis of a feedstock for natural rubber and other products. Ind. Crop. Prod. 107: 624–640. DOI: 10.1016/j.indcrop.2017.05.043

41. Rawa’a, AM, Hassawi DS, Ibraheem NK (2018) In vitro micropropagation of Taraxacum officinale medicinal plant by direct and in director gamogenesis. Plant Archives 18 (2): 2273–2284. Rzymski WM (2014) Extraction of natural rubber from alternative sources. KGK rubberpoint 67: 22–27.

42. Сандомирский Д. Радиокоагуляция латекса // Каучук и резина. 1938. С. 88.

43. Schmidt T, Lenders M, Hillebrand A, van Deenen N, Munt O, Reichelt, Eisenreich W, Fischer R, Prüfer D, Gronover CS (2010) Characterization of rubber particles and rubber chain elongation in Taraxacum kok-saghyz. BMC Biochem. 11 (11). DOI: 10.1186/1471-2091-11-11

44. Song YH, Wong PF, Chua NH (1999) Tissue culture and genetic transformation of dandelion. Acta Hort 289: 261–262.

45. Spano D, Pintus F, Mascia C, Scorciapino MA, Casu M, Floris G, Medda R (2012) Extraction and characterization of a natural rubber from Euphorbia characias latex. Biopolymers 97: 589–594. DOI: 10.1002/bip.22044

46. Swanson CL, Buchanan RA, Otey FH (1979) Molecular weights of natural rubbers from selected temperate zone plants. J. Appl. Polym. Sci. 23: 743–748. DOI: ogr/10.1002/app.1979.070230309

47. Тверская С.С., Иосса М.М. Каучук и резина. 1938. № 2. С. 84–87.

48. Warmke HE (1945) Experimental polyploidy and rubber content in Taraxacum kok-saghyz. Botanical Gazette 106 (3): 316–324.

49. Yeo SE, Roh KS (2001) Transformation of Taraxacum mongolicum Hand, by Agrobacterium tumefaciens. Korean J. Biotechnol. Bioeng. 16: 480–485