vuzbiochemiИзвестия вузов. Прикладная химия и биотехнологияProceedings of Universities. Applied Chemistry and Biotechnology2227-29252500-1558ИРНИТУ10.21285/achb.964QWUIGHvuzbiochemi-1412Research ArticleФИЗИКО-ХИМИЧЕСКАЯ БИОЛОГИЯPHYSICOCHEMICAL BIOLOGYГидропонное выращивание кок-сагыза и крым-сагыза на торфяном субстрате для получения натурального каучукаHydroponic cultivation of kok-saghyz and krim-saghyz on a peat substrate for natural rubber productionhttps://orcid.org/0000-0002-1564-164XКулуевБ. Р.KuluevB. R.

Кулуев Булат Разяпович, д.б.н., заведующий лабораторией

450054, г. Уфа, Проспект Октября, 71

Bulat R. Kuluev, Dr. Sci. (Biology), Head of the Laboratory

71, Oktyabrya Ave., Ufa, 450054

kuluev@bk.ruhttps://orcid.org/0009-0005-7029-4563ПетровичевА. Н.PetrovichevA. N.

Петровичев Алексей Николаевич, учредитель

115487, г. Москва, ул. Нагатинская, 28, к. 2

Alexey N. Petrovichev, Founder

28/2, Nagatinskaya St., Moscow, 115487

Mistera@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-1987-7315БариГ. Т.BariG. T.

Бари Габит Толегенулы, к.б.н., ведущий научный сотрудник

050000, г. Алматы, ул. Валиханова, 137

Gabit T. Bari, Cand. Sci. (Biology), Leading Researcher

137, Valikhanov St., Almaty, 050000

baracuda.co@mail.ruИнститут биохимии и генетики – обособленное структурное подразделение Уфимского федерального исследовательского центра РАНРоссияInstitute of Biochemistry and Genetics, Ufa Federal Research Center RASRussian FederationООО «Гала-студия»РоссияOOO Gala-studioRussian FederationКазахский национальный аграрный исследовательский университетКазахстанKazakh National Agrarian Research UniversityKazakhstan2025070420251515159Copyright © Кулуев Б.Р., Петровичев А.Н., Бари Г.Т., 20252025Кулуев Б.Р., Петровичев А.Н., Бари Г.Т.Kuluev B.R., Petrovichev A.N., Bari G.T.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vuzbiochemi.elpub.ru/jour/article/view/1412

В настоящее время основным источником натурального каучука является гевея бразильская (Hevea brasiliensis). Актуальность поиска альтернативных источников натурального каучука связана с зависимостью его производства лишь от одного вида растения, изменениями климата и распространением грибковых заболеваний. Лучшей альтернативой гевее бразильской являются каучуконосные одуванчики Taraxacum kok-saghyz Rodin, Taraxacum hybernum Steven, Taraxacum pobedimovae Schischk и некоторые другие. Ввиду большого числа проблем, возникающих при полевом возделывании каучуконосных одуванчиков, целью проведенной работы стали исследования по их гидропонному выращиванию. В испытанной нами технологии для выращивания каучуконосных одуванчиков были использованы стандартная гидропонная установка, твердый грунт в виде нейтрального торфа, 1/8 раствора Хогланда – Арнона, а также биопрепараты Фитоспорин-М (Bacillus subtilis) и Триходерма вериде (Trichoderma viride). Наибольшую сырую и сухую массу корней набирали гидропонные Taraxacum kok-saghyz, причем в 10 раз большую, чем при выращивании в почвенных условиях. Тем не менее наибольшее содержание каучука на сухую массу корней было обнаружено у гидропонных Taraxacum pobedimovae. В целом наилучшие показатели продукции каучука на объем использованного торфа были характерны для гидропонных Taraxacum kok-saghyz и Taraxacum pobedimovae, тогда как для почвенных одуванчиков этот показатель был на порядок ниже. Полноценные зрелые семена в условиях гидропоники дали только Taraxacum pobedimovae и Taraxacum hybernum. С учетом накопления биомассы корней и каучука, а также семенной продуктивности наиболее предпочтительным для гидропонного выращивания является Taraxacum pobedimovae.

Natural rubber is currently obtained primarily from Hevea brasiliensis. Due to the dependence of natural rubber production on only one plant species, climate changes, and the spread of fungal diseases, it is relevant to find alternative sources. The best alternatives to Hevea brasiliensis include rubber dandelions Taraxacum kok-saghyz Rodin, Taraxacum hybernum Steven, and Taraxacum pobedimovae Schischk, as well as several others. Due to the large number of problems arising in the cultivation of rubber-bearing dandelions in soil, this work was aimed at studying their hydroponic cultivation. The tested technology for growing rubber-bearing dandelions used a standard hydroponic system, hard soil (neutral peat), and 1/8 Hoagland-Arnon solution, as well as Phytosporin-M (Bacillus subtilis) and Trichoderma viride. The highest wet and dry weights of roots were found in hydroponically grown Taraxacum kok-saghyz, which were ten times higher than those of plants cultivated in soil. The highest rubber content per dry weight of roots was found in hydroponically grown Taraxacum pobedimovae. The best rubber yield per the volume of used peat was observed in hydroponically grown Taraxacum kok-saghyz and Taraxacum pobedimovae; in the dandelions grown in soil, this parameter was found to be an order of magnitude lower. Only Taraxacum pobedimovae and Taraxacum hybernum produced fully mature seeds under hydroponic conditions. Taking the accumulation of root biomass and rubber into account, as well as seed production, Taraxacum pobedimovae is preferred for hydroponic cultivation.

Taraxacum kok-saghyzTaraxacum hybernumTaraxacum pobedimovaeкок-сагызкрым-сагызнатуральный каучукгидропоникаTaraxacum kok-saghyzTaraxacum hybernumTaraxacum pobedimovaekok-saghyzkrim-saghyznatural rubberhydroponicsИсследование выполнено за счет средств ООО «Гала-студия» (г. Москва, Россия).The OOO Gala-studio (Moscow, Russia) funded the study.ReferencesPanara F., Fasano C., Lopez L., Porceddu A., Facella P., Fantini E., et al. Genome-wide identification and spatial expression analysis of histone modification gene families in the rubber dandelion Taraxacum kok-saghyz // Plants. 2022. Vol. 11, no. 16. P. 2077. DOI: 10.3390/plants11162077.Panara F., Fasano C., Lopez L., Porceddu A., Facella P., Fantini E., et al. Genome-wide identification and spatial expression analysis of histone modification gene families in the rubber dandelion Taraxacum kok-saghyz. Plants. 2022;11(16):2077. DOI: 10.3390/plants11162077.Cherian S., Ryu S.B., Cornish K. Natural rubber biosynthesis in plants, the rubber transferase complex, and metabolic engineering progress and prospects // Plant Biotechnology Journal. 2019. Vol. 17, no. 11. P. 2041–2061. DOI: 10.1111/pbi.13181.Cherian S., Ryu S.B., Cornish K. Natural rubber biosynthesis in plants, the rubber transferase complex, and metabolic engineering progress and prospects. Plant Biotechnology Journal. 2019;17(11):2041-2061. DOI: 10.1111/pbi.13181.Ramirez-Cadavid D., Cornish, K., Michel F.С. Taraxacum kok-saghyz (ТК): compositional analysis of a feedstock for natural rubber and other bioproducts // Industrial Crop Products. 2017. Vol. 107. P. 624–640. DOI: 10.1016/j.indcrop.2017.05.043.Ramirez-Cadavid D., Cornish, K., Michel F.С. Taraxacum kok-saghyz (ТК): compositional analysis of a feedstock for natural rubber and other bioproducts. Industrial Crop Products. 2017;107:624-640. DOI: 10.1016/j.indcrop.2017.05.043.Van Beilen J.B., Poirier Y. Production of renewable polymers from crop plants // Plant Journal. 2008. Vol. 54, no. 4. P. 684–701. DOI: 10.1111/j.1365-313X.2008.03431.x.Van Beilen J.B., Poirier Y. Production of renewable polymers from crop plants. Plant Journal. 2008;54(4):684-701. DOI: 10.1111/j.1365-313X.2008.03431.x.Nowicki M., Zhao Y., Boggess S.L., Fluess H., PayáMilans M., Staton M.E., et al. Taraxacum kok‐saghyz (rubber dandelion) genomic microsatellite loci reveal modest genetic diversity and cross‐amplify broadly to related species // Scientific Reports. 2019. Vol. 9. P. 1915. DOI: 10.1038/s41598-019-38532-8.Nowicki M., Zhao Y., Boggess S.L., Fluess H., PayáMilans M., Staton M.E., et al. Taraxacum kok‐saghyz (rubber dandelion) genomic microsatellite loci reveal modest genetic diversity and cross‐amplify broadly to related species. Scientific Reports. 2019;9:1915. DOI: 10.1038/s41598-019-38532-8.Salehi M., Cornish K., Bahmanka M., Naghavi M.R. Natural rubber-producing sources, systems, and perspectives for breeding and biotechnology studies of Taraxacum kok-saghyz // Industrial Crop Products. 2021. Vol. 170. P. 113667. DOI: 10.1016/j.indcrop.2021.113667.Salehi M., Cornish K., Bahmanka M., Naghavi M.R. Natural rubber-producing sources, systems, and perspectives for breeding and biotechnology studies of Taraxacum kok-saghyz. Industrial Crop Products. 2021;170:113667. DOI: 10.1016/j.indcrop.2021.113667.Cornish K., Kopicky S.L., McNulty S.K., Amstutz N., Chanon A.M., Walker S., et al. Temporal diversity of Taraxacum kok-saghyz plants reveals high rubber yield phenotypes // Biodiversitas. 2016. Vol. 17, no. 2. P. 847–856. DOI: 10.13057/biodiv/d170262.Cornish K., Kopicky S.L., McNulty S.K., Amstutz N., Chanon A.M., Walker S., et al. Temporal diversity of Taraxacum kok-saghyz plants reveals high rubber yield phenotypes. Biodiversitas. 2016;17(2):847-856. DOI: 10.13057/biodiv/d170262.Kuluev B., Uteulin K., Bari G., Baimukhametova E., Musin K., Chemeris A. Molecular genetic research and genetic engineering of Taraxacum kok-saghyz L.E. Rodin // Plants. 2023. Vol. 12, no. 8. P. 1621. DOI: 10.3390/plants12081621.Kuluev B., Uteulin K., Bari G., Baimukhametova E., Musin K., Chemeris A. Molecular genetic research and genetic engineering of Taraxacum kok-saghyz L.E. Rodin. Plants. 2023;12(8):1621. DOI: 10.3390/plants12081621.Fateryga V.V., Kuluev B.R., Svirin S.A., Fateryga A.V. Lectotypification and comments on the taxonomic status of Taraxacum pobedimovae Schischk. (Asteraceae: Crepidinae) // Turczaninowia. 2024. Т. 27. N 1. С. 32–38. DOI: 10.14258/turczaninowia.27.1.4. EDN: DJKVDG.Fateryga V.V., Kuluev B.R., Svirin S.A., Fateryga A.V. Lectotypification and comments on the taxonomic status of Taraxacum pobedimovae Schischk. (Asteraceae: Crepidinae). Turczaninowia. 2024;27(1):32-38. DOI: 10.14258/turczaninowia.27.1.4. EDN: DJKVDG.Kuluev B., Fateryga A., Zakharova E., Zakharov V., Chemeris A. Pinkish-achened form of Taraxacum hybernum Steven – a source of inulin and high molar mass natural rubber // Botany Letters. 2023. Vol. 170, no. 2. P. 258–268. DOI: 10.1080/23818107.2022.2147998.Kuluev B., Fateryga A., Zakharova E., Zakharov V., Chemeris A. Pinkish-achened form of Taraxacum hybernum Steven – a source of inulin and high molar mass natural rubber. Botany Letters. 2023;170(2):258-268. DOI: 10.1080/23818107.2022.2147998.Ahrends A., Hollingsworth P.M., Ziegler A.D., Fox J.M., Chen H., Su Y., et al. Current trends of rubber plantation expansion may threaten biodiversity and livelihoods // Global Environmental Change. 2015. Vol. 34. P. 48–58. DOI: 10.1016/j.gloenvcha.2015.06.002.Ahrends A., Hollingsworth P.M., Ziegler A.D., Fox J.M., Chen H., Su Y., et al. Current trends of rubber plantation expansion may threaten biodiversity and livelihoods. Global Environmental Change. 2015;34:48-58. DOI: 10.1016/j.gloenvcha.2015.06.002.Luo Z., Iaffaldano B.J., Zhuang X., Fresnedo-Ramirez J., Cornish K. Analysis of the first Taraxacum kok-saghyz transcriptome reveals potential rubber yield related SNPs // Scientific Reports. 2017. Vol. 7. P. 9939. DOI: 10.1038/s41598-017-09034-2.Luo Z., Iaffaldano B.J., Zhuang X., Fresnedo-Ramirez J., Cornish K. Analysis of the first Taraxacum kok-saghyz transcriptome reveals potential rubber yield related SNPs. Scientific Reports. 2017;7:9939. DOI: 10.1038/s41598-017-09034-2.Bari G., Gainullina K., Gumerova G., Uteulin K., Golovanov Ya., Chemeris A., et al. Multilocus DNA polymorphism of some rubber-bearing dandelions (Taraxacum spp.) of Russia and Kazakhstan // Genetic Resources and Crop Evolution. 2022. Vol. 69. P. 335–348. DOI: 10.1007/s10722-021-01233-1.Bari G., Gainullina K., Gumerova G., Uteulin K., Golovanov Ya., Chemeris A., et al. Multilocus DNA polymorphism of some rubber-bearing dandelions (Taraxacum spp.) of Russia and Kazakhstan. Genetic Resources and Crop Evolution. 2022;69:335-348. DOI: 10.1007/s10722-021-01233-1.Krotkov G. A review of literature on Taraxacum koksaghyz Rod. // The Botanical Review. 1945. Vol. 11. P. 417–461. DOI: 10.1007/BF02861139.Krotkov G. A review of literature on Taraxacum koksaghyz Rod. The Botanical Review. 1945;11:417-461. DOI: 10.1007/BF02861139.Van Beilen J.B., Poirier Y. Production of renewable polymers from crop plants // The Plant Journal. 2008. Vol. 54, no. 4. P. 684–701. DOI: 10.1111/j.1365-313X.2008.03431.x.Van Beilen J.B., Poirier Y. Production of renewable polymers from crop plants. The Plant Journal. 2008;54(4):684-701. DOI: 10.1111/j.1365-313X.2008.03431.x.Cornish K., Xie W., Kostyal D., Shintani D., Hamilton R.G. Immunological analysis of the alternate rubber crop Taraxacum koksaghyz indicates multiple proteins cross-reactive with Hevea brasiliensis latex allergens // Journal of Biotechnology & Biomaterials. 2015. Vol. 5. P. 207. DOI: 10.4172/2155-952X.1000207.Cornish K., Xie W., Kostyal D., Shintani D., Hamilton R.G. Immunological analysis of the alternate rubber crop Taraxacum koksaghyz indicates multiple proteins cross-reactive with Hevea brasiliensis latex allergens. Journal of Biotechnology & Biomaterials. 2015;5:207. DOI: 10.4172/2155-952X.1000207.Кулуев Б.Р., Бережнева З.А., Чемерис А.В. Гидропонное и аэропонное выращивание одуванчика Taraxacum kok-saghyz Rodin // Биомика. 2017. Т. 9. N 2. С. 96–100. EDN: ZHKNYZ.Kuluev B.R., Berezhneva Z.A., Chemeris A.V. Hydroponic and aeroponic growing of Russian dandelion Taraxacum kok-saghyz Rodin. Biomics. 2017;9(2):96-100. (In Russian). EDN: ZHKNYZ.Кулуев Б.Р., Картуха А.И., Князев А.В., Фатерыга А.В., Чемерис А.В. Опыт выращивания Taraxacum hybernum (Asteraceae) // Растительные ресурсы. 2017. Т. 53. N 4. С. 543–554. EDN: ZRTLDJ.Kuluev B.R., Kartuha A.I., Knyazev A.V., Fateryga A.F., Chemeris A.V. Growing experience of Taraxacum hybernum (Asteraceae). Rastitelnye resursy. 2017;53(4):543-554. (In Russian). EDN: ZRTLDJ.Патент № 2779988C1, Российская Федерация, A01G 22/25. Способ аэропонного выращивания каучуконосного растения кок-сагыз Taraxacum kok-saghyz R / Л.Ю. Мартиросян, Ю.Ц. Мартиросян, С.Д. Варфоломеев, В.М. Гольдберг. Заявл: 01.02.2022; опубл.: 16.09.2022. Бюл. № 26.Martirosyan L.Yu., Martirosyan Yu.Ts., Varfolomeev S.D., Goldberg V.M. Method for aeroponic cultivation of rubber plant kok-saghyz Taraxacum kok-saghyz R. Patent RF, no. 2779988C1; 2022. (In Russian).Duncan D.B. Multiple range and multiple F tests // Biometrics. 1955. Vol. 11, no. 1. P. 1–42. DOI: 10.2307/3001478.Duncan D.B. Multiple range and multiple F tests. Biometrics. 1955;11(1):1-42. DOI: 10.2307/3001478.Кулуев Б.Р., Минченков Н.Д., Гумерова Г.Р. Коксагыз (Taraxacum kok-saghyz Rodin): методы выделения каучука и перспективы использования биотехнологических подходов // Биотехнология и селекция растений. 2019. Т. 2. N 2. С. 33–43. DOI: 10.30901/2658-6266-2019-2-33-43. EDN: FNLIMQ.Kuluev B.R., Minchenkov N.D., Gumerova G.R. Russian dandelion (Taraxacum kok-saghyz Rodin): rubber extraction methods and prospects for biotechnological methods application. Plant Biotechnology and Breeding. 2019;2(2):33-43. (In Russian). DOI: 10.30901/2658-6266-2019-2-33-43. EDN: FNLIMQ.Cornish K., Kopicky S., Madden T. Hydroponic cultivation has high yield potential for TKS // Rubber & Plastics News. 2019. October 7. P. 23–25. Режим доступа: https://cornishlab.cfaes.ohio-state.edu/sites/hcs-cornishlab/files/imce/Hydroponic%20cultivation%20has%20high%20yield%20potential%20for%20TKS.pdf (дата обращения: 10.02.2025).Cornish K., Kopicky S., Madden T. Hydroponic cultivation has high yield potential for TKS. Rubber & Plastics News. 2019:23-25. Available from: https://cornishlab.cfaes.ohio-state.edu/sites/hcs-cornishlab/files/imce/Hydroponic%20cultivation%20has%20high%20yield%20potential%20for%20TKS.pdf [Accessed 10th February 2025].Мартиросян Л.Ю., Мартиросян Ю.Ц., Кособрюхов А.А., Гольдберг В.М., Гачок И.В., Мартиросян В.В. [и др.]. Биосинтез каучука и инулина в зависимости от спектрального состава света и активности фотосинтетического аппарата при аэропонном культивировании Taraxacum kok-saghys Е. Rodin // Сельскохозяйственная биология. 2023. Т. 58. N 1. С. 100–113. DOI: 10.15389/agrobiology.2023.1.100rus. EDN: GSWCBD.Martirosyan L.Yu., Martirosyan Yu.Ts., Kosobryukhov A.A., Goldberg V.M., Gachok I.V., Martirosyan V.V., et al. Biosynthesis of rubber and inulin depending on the spectral composition of light and activity of the photosynthetic apparatus during aeroponic cultivation of Taraxacum kok-saghys E. Rodin. Agricultural Biology. 2023;58(1):100-113. (In Russian). DOI: 10.15389/agrobiology.2023.1.100rus. EDN: GSWCBD.Bari G.T., Zhanbyrbayev Ye.A., Jantassov S.K., Kuluev B.R. Organic hydroponics (bioponics) and aeroponics application for dandelion kok-saghyz cultivation // Вестник Кызылординского университета имени Коркыт Ата. 2022. N 3. С. 218–225. DOI: 10.52081/bkaku.2022.v62.i3.097. EDN: LHXUOP.Bari G.T., Zhanbyrbayev Ye.A., Jantassov S.K., Kuluev B.R. Organic hydroponics (bioponics) and aeroponics application for dandelion kok-saghyz cultivation. Bulletin of the Korkyt Ata Kyzylorda University. 2022;3:218-225. DOI: 10.52081/bkaku.2022.v62.i3.097. EDN: LHXUOP.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.