Влияние состава питательной среды при микроклональном размножении сортов и гибридов картофеля

УДК 635.21. 631.53.01

А.И. ЧЕРЕМИСИН1, ВН. КУМПАН2

1 Сибирский научно-исследовательский институт сельского хозяйства, Омск 2Омский государственный аграрный университет имени П.А. Столыпина, Омск

ВЛИЯНИЕ СОСТАВА ПИТАТЕЛЬНОЙ СРЕДЫ ПРИ МИКРОКЛОНАЛЬНОМ РАЗМНОЖЕНИИ СОРТОВ И ГИБРИДОВ КАРТОФЕЛЯ

Целью исследований является совершенствование технологического процесса оздоровления новых сортов и гибридов картофеля на основе модификации состава питательной среды в культуре in vitro. Объект исследований - оздоровленные микрорастения раннеспелых сортов Алена, Жуковский ранний и гибридов, полученных в лаборатории селекции СибНИИСХ 133-02 и 91-08. В качестве маточных растений использовали зеленые микрорастения с типичными сортовыми признаками и этиолированные ростки из глазков клубней, выращенные на стерильном песке с последующей термообработкой температурой 37°С. Изучали процесс регенерации картофеля из меристемы на питательных средах, различающихся по содержанию сахарозы и регуляторов роста. В качестве контроля использована стандартная среда Мурасиге-Скуга в методике НИИКХ им. Лорха. Анализ полученных результатов выявил достоверность различий по изучаемым показателям как между различными генотипами, так и между различными концентрациями сахарозы в питательной среде. Максимальное влияние на изменчивость длины растений оказывал генотип. Состав питательной среды оказался менее значимым, но наблюдается определенная тенденция по увеличению длины растений и количеству междоузлий при увеличении концентрации сахарозы. При анализе структуры урожая тепличных мини-клубней зафиксировано: по основному показателю, количеству клубней на сосуд наиболее продуктивны растения гибридов 91-08 и 133-02, а по массе клубней и среднему весу клубня районированные сорта Жуковский ранний и Алена. На основании результатов опытов выявлено влияние состава питательной среды на рост и развитие эксплантантов сортов и гибридов картофеля, установлено, что у оригинальной среды НИИКХ им. Лорха оптимальный состав для сортов, а для гибридов рекомендуется использование питательной среды с повышенной концентрацией сахарозы.

Ключевые слова: картофель, сорт, гибрид, культура in vitro, микрорастения, питательная среда, сахароза.

Введение

Качество семенного материала остается одним из важнейших факторов получения высокого урожая. Задача современного семеноводства заключается в оздоровлении картофеля от вирусных и других болезней и размножении оздоровленного материала в условиях, предохраняющих его от вторичной инфекции. Технология оздоровления опирается на современные достижения биологической науки в области биотехнологии, иммунологии, молекулярной биологии. Клональное микроразмножение - новый перспективный способ вегетативного размножения растений, позволяющий получать генетически однородный, оздоровленный посадочный материал [1].

Эффективность метода апикальной меристемы зависит от целого ряда факторов, основные из которых состав питательной среды и условия фотопериода. Процесс получения здоровых растений из микрорастений очень трудоемок и длителен по времени. Из-за слабой способности меристем к регенерации и низкого выхода оздоровленных растений возникает необходимость вычленения большого количества меристем. Если удается создать благоприятные условия для стеблевого морфогенеза, из меристемы развивается целое растение. Клетки наружной зоны меристемы делятся, образуя вначале зачатки листьев, а затем листья; клетки центральной части делятся и вытягиваются, давая начало всем тканям стебля, на котором затем образуются корни [2]. Основные ингридиенты питательных сред -макро и микроэлементы, витамины, сахара, регуляторы роста. Весьма важен при оздоровлении картофеля подбор препаратов, их концентраций, подавляющих вирусы, с учетом пораженности патогенами сортов картофеля [3; 4]. Малейшее несоответствие в изменении

© Черемисин А.И., Кумпан В.Н., 2017

состава питательной среды и светового режима влечет существенные изменения в росте и дифференциации меристемной ткани. Из большого состава изученных питательных сред наиболее пригодны для меристем картофеля среды на минеральной основе по Мурасиге-Скуга, отличающиеся наиболее полным содержанием питательных веществ и высоким содержанием азота и калия [5; 6]. Культура меристемной ткани в сочетании с химиотерапией достаточно эффективна для оздоровления картофеля лишь тогда, когда освобождение от вирусной инфекции происходит без существенного снижения регенерации. Клональное микроразмножение является новым перспективным способом вегетативного размножения растений, позволяющим получать генетически однородный, оздоровленный посадочный материал [7-9].

Цель исследований - совершенствование технологического процесса оздоровления новых сортов и гибридов картофеля на основе модификации состава питательной среды в культуре in vitro.

Материалы и методы

Опыты проведены в лаборатории микроклонального размножения ФГБНУ СибНИИСХ. Работы по получению оздоровленных растений картофеля, клональному размножению их in vitro ведутся по стандартным методикам ВНИИКХ им. Лорха. В качестве маточных растений использовали зеленые микрорастения с типичными сортовыми признаками и этиолированные ростки из глазков клубней, выращенные на стерильном песке с последующей термообработкой температурой 37 °С. Изучали процесс регенерации картофеля из меристемы на питательных средах, различающихся по содержанию сахарозы и регуляторов роста. Выращивание эксплантантов проводилось в специальном помещении с регулируемыми условиями температуры, влажности и освещенности. Полученные растения-регенеранты размножаются путем культивирования стеблевых черенков на стерильной жидкой среде Мурасиге-Скуга. В последующем растения выращивают на светоустановках при температуре 24-26 °С днем и 14-16 °С ночью при 16-часовом освещении.

Объектом исследований являются оздоровленные микрорастения раннеспелых сортов Алена, Жуковский ранний, гибриды 133-02 и 91-08. В дальнейшем проводили наблюдения за процессом отрастания и формирования морфологических структур. Полученные микрорастения высаживались в теплице в вазоны с почвенным субстратом, состоящим из смеси торфа и песка с добавлением расчетной дозы удобрений. Во время вегетации проводились обработки инсектицидами «Актара» 0,05кг/га; «Биская», 0,2 л/га и фунгицидами «Ридомил Голд», 1 кг/га; «Инфинито» 1,2 л/га. Варианты опыта:

Фактор А - среды:

1 - среда МС, стандартная концентрация сахарозы 3 % (контроль).

2 - среда МС, концентрация сахарозы 2 %;

3 - среда МС, концентрация сахарозы 4 %.

Фактор В - сорта Алена, Жуковский ранний; гибриды 133-02 и 91-08.

На каждом из вариантов освещения выращивали по 20 растений указанных сортов. По окончании опыта измерялись показатели, характеризующие развитие растений: длину растения и количество междоузлий на одно растение. Последний показатель важен для оценки количества черенков, которые могут быть получены с одного растения и, следовательно, для последующего прогнозирования коэффициента размножения [10; 11].

Корневая система меристемных растений картофеля in vitro, культивируемых на данной среде, более мощная и такие растения лучше укореняются в грунте (85-90 %), в результате также повышается коэффициент размножения. Это важно для этапа получения мини-клубней в системе безвирусного семеноводства.

Результаты исследований

Основной метод ускоренного размножения оздоровленных растений регенерантов картофеля - микроклональное черенкование in vitro. Главное требование к питательной

среде - обеспечение высокого коэффициента размножения, то есть максимального выхода растений из микрочеренков в минимальные сроки.

Дисперсионный анализ полученных результатов выявил достоверность различий по изучаемым показателям как между различными генотипами, так и между различными концентрациями сахарозы в питательной среде. Максимальное влияние на изменчивость длины растений оказывал генотип. Состав питательной среды оказался менее значимым, но отмечена определенная тенденция по увеличению длины растений и количеству междоузлий при увеличении концентрации сахарозы (табл. 1).

Установлено, что средняя длина меристемных растений картофеля в варианте опыта с концентрацией сахарозы 4 % и в контрольном варианте (3 %) достоверно превосходила длину растений в варианте с концентрацией 2 %.

Между вариантами 1 и 3 по этому показателю достоверных различий не выявлено, разница между вариантами составляла 0,4-08 см при средней высоте растений от 5,2 до 7,8 см.

Анализ длины растений по сортам также выявил у большинства из них достоверное превосходство этого показателя в вариантах 1 (контроль) и 3 над вариантом 2 и отсутствие достоверных различий между вариантами 2 и 3. Отмечается, что сорта Алена и Жуковский ранний достоверно уступали гибридам как по высоте растений, так и по количеству междоузлий. По нашему мнению, существует определенная специфическая реакция на повышенную концентрацию сахарозы, связанная с генотипическими особенностями сорта. Количество междоузлий - важный морфологический признак, свидетельствующий о регенерационной способности генотипов и способствующий увеличению коэффициента размножения микрорастений in vitro.

Корневая система мери-стемных растений картофеля in vitro, культивируемых на данной среде, более мощная и такие растения лучше укореняются в грунте (85-90 %), в результате также повышается коэффициент размножения, это важно для второго этапа в системе безвирусного семеноводства на безвирусной основе (табл. 2).

За вегетационный периоды 2016-2017 гг. визуально не выявлены растения с признаками поражения грибными, бактериальными и микоплазменными болезнями, а также вирусами,

Таблица 1

Характеристика растений картофеля в культуре in vitro

Высота Количество

Сорт Вариант растений, см. междоузлий, шт.

1 5, 2 2,8

Алена 2 4,8 2,5

3 5,6 3,0

Жуковский ранний 1 2 3 5,7 5,0 6,3 3,3 2,8 3,1

1 7,8 3,6

133-02 2 7,3 3,4

3 8,2 3,9

1 7,0 3,4

91-08 2 6,6 3,2

3 7,8 3,7

НСР 05 0,54 0,22

Таблица 2

Структура урожая картофеля, полученного из оздоровленного материала, 2016-2017 гг.

Сорт Вариант Количество клубней, шт./куст Масса клубней, г/куст Средняя масса клубня, г

1 7,2 180,0 25,0

Алена 2 5,8 169,2 29,1

3 6,8 173,6 25,5

Жуковский ранний 1 2 3 7,6 5.1 6.2 195,0 155,4 176,6 25,6 30.4 28.5

1 6,9 160,3 23,2

133-02 2 6,6 152,6 23,1

3 7,4 178,8 24,1

1 8,5 166,0 19,5

91-08 2 8,0 159,2 19,9

3 9,3 168,3 18,0

НСР05 0,56 10,5 1,9

включая находящихся в латентной форме и определяемых методом ИФА, - вследствие получения их на основе апикальной меристемы.

Анализ структуры урожая тепличных мини-клубней показывает, что по основному показателю (количеству клубней на сосуд 6,8-9,4 шт.) наиболее продуктивны растения гибридов 91-08 и 133-02, а по массе клубней с колебаниями 155,4-195,0 г/растение - районированные сорта Жуковский ранний и Алена. Средний вес одного тепличного клубня соответственно был выше у сортов Алена и Жуковский ранний по сравнению с гибридами. В вариантах опыта с разным содержанием сахарозы существенного превышения в урожае мини-клубней над стандартом с концентрацией сахарозы 3 % по районированным сортам не отмечено. В то же время установлено увеличение количества клубней у гибридов с повышенным содержанием сахарозы.

Заключение

В результате проведенных исследований выявлены особенности морфобиологическо-го развития сортообразцов картофеля и получения исходного здорового материала для повышения количественного выхода семян в оригинальном семеноводстве. Установлено, что наибольшее влияние на изменчивость длины растений оказывал генотип. Состав питательной среды оказался менее значимым, но наблюдается определенная тенденция по увеличению длины растений и количеству междоузлий при увеличении концентрации сахарозы. Таким образом, экспериментально показана возможность выращивания растений картофеля в меристемной культуре при концентрации сахарозы в питательной среде Мурасиге-Скуга, повышенной до 4%. В этом варианте опыта не выявлено достоверных различий с контрольным вариантом как по длине растений, так и по количеству междоузлий. Концентрация сахарозы оказывала максимальное влияние на изменчивость длины меристемных растений картофеля. На рост и развитие меристемных растений картофеля в данном случае большее влияние оказывают генотипические особенности сорта, поэтому использование питательной среды с повышенной концентрацией сахарозы рекомендуется после изучения реакции каждого конкретного сорта на изменение данного фактора.

A.I. Cheremisin1, V.N. Kumpan2

1Siberian Research Institute of Agriculture, Omsk

2Omsk State Agrarian University named after P.A. Stolypin, Omsk

The impact of nutrient medium under microclonal reproduction of potato varieties and hybrids

Aim of the research is the improvement of technological process of healthy new potato varieties and hybrids on the basis of content modification of nutritious habitat content in crop in vitro. The object of the research are healthy micro plants of early ripe varieties Alena, Zhukovsky early and hybrids, obtained in selection laboratory of Siberian NIISH 133-02 and 91-08. Green micro plants with typical variety indications and etiolated seedlings from potato tuber eyes grown in sterile sand with subsequent heat treatment under 37 0С are used in the capacity of grafter. The process of potato regeneration from meristem in nutritious habitats distinguished according to sucrose content and growth regulator is studied. Standard habitat Murasige-Skuga in the method of NIIKH named by Lorkh is also used for controlling. Analyses of the results determined the trustworthiness of differences due to studied indications both between different genotypes and between different sucrose concentrations in nutritious habitat. Genotype maximum influenced on variability of plant length. Nutritious habitat content was less considerable but specific tendency of increasing of plant length and quantity of internodes during increasing of sucrose concentration is observed. Analyses of harvesting structure of greenhouse mini- tubers show that among the quantity of tubers the most productive were hybrids plants 133-02 and 91-08 and as for mass of tubers were sorts Alena and Zhukovsky early. The influence of nutritious habitat content on the growth and development of varieties explants and potato hybrids are determined on the base of experimental result. It is established that original habitat of NIIKH named by Lorkh has optimal content for different varieties and it is recommended to use nutritious habitat with increased sucrose concentration for hybrids.

Keywords: potato, varieties, hybrid, crop in vitro, micro plant, nutritious habitat, sucrose.

Список литературы

1. Трофимец Л.Н, В.В. Бойко, Б.В. Анисимов и др. Безвирусное семеноводство картофеля : рекомендации. М. : Агропромиздат, 1990. С. 8-9.

2. Бутенко Р.Г. Технологии in vitro в сельском хозяйстве // Сельскохозяйственная биология. 1983. Т. 15. С. 3-7.

3. Fartais L., Fvramiue M. The regeneration capacity of potato explains stored on media with growth inhibitors // An sti. Univ. lasi. Sec. 2a. 1988. 44. Р. 69-73.

4. Биотехнология растений: Культура клеток / пер. с англ. В.И. Негрук. М. : Агропромиздат. 1989. 280 с.

5. Хромова Л.М. Культивирование верхушечных меристем картофеля для оздоровления сортов от вирусной инфекции. Тканевые и клеточные культуры в селекции растений. М., 1990. 55 с.

6. Технологический процесс производства оригинального, элитного и репродукционного семенного картофеля / ФГБУ «Россельхозцентр», ГНУ ВНИИКХ Рос-сельхозакадемии. М., 2011. 32 с.

7. Куликова В.И., Рябцева Т.В., Ходаева В.П., Аношкина Л.С. Получение исходного материала картофеля различными способами ускоренного размножения в Кемеровской области // Картофелеводство: история развития и результаты научных исследований по культуре картофеля : сб. науч. тр. / ФГБНУ ВНИИКХ ; под ред. С.В. Жеворы. М., 2015. С. 174-180.

8. Демчук И.В. и др. Изменение свойств оздоровленных клоновых линий сортов картофеля в зависимости от длительности культивирования in vitro // Картофелеводство : сб. науч. тр. / РУП НПЦ НАН Беларуси по картофелеводству и плодоовощеводству. Минск, 2008. Т. 14. С. 56- 66.

9. Реуцкий В.Г. и др. Жизнеспособность растений картофеля invitro. Анализ проблемы и методика оценки // Картофелеводство : сб. науч. тр. / РУП НПЦ НАН Беларуси по картофелеводству и плодоовощеводству. Минск, 2007. Т. 13. С. 93-104.

10. Черемисин А.И. Производство оздоровленного исходного материала для первичного семеноводства картофеля в Омской области // Сельскохозяйственная наука АПК Сибири, Монголии, Казахстана и Кыргызстана : сб. тр. 7-й Междунар. науч.-практ. конф. / под ред. П.Л. Гончарова ; отв. за вып. И.Т. Литвинен-ко. Новосибирск, 2004. С. 46-50.

11. Дергачева Н.В., Черемисин А.И., Согу-ляк С.В. Основные итоги работы отдела картофеля СибНИИСХ // Аграрная наука - сельскохозяйственному производству Сибири, Монголии, Казахстана и Болгарии: материалы XVII Междунар. науч.-практ. конф. Новосибирск, 2014. С. 48-50.

Черемисин Александр Иванович, канд. с.-х наук, доцент, СибНИИСХ, biocentr@bk.ru; Кумпан Владимир Николаевич, канд. с.-х. наук, доцент, Омский ГАУ, vn.kumpan@omgau.org.

References

1. Trofimec L.N., Bojko V.V., Anisimov B.V. i dr. Bezvirusnoe semenovodstvo kartofelya : re-komendacii. M. : Agropromizdat,1990. S. 8-9.

2. Butenko R.G. Tekhnologii in vitro v selskom ho-zyajstve // Selskohozyajstvennaya biologiya. 1983. T. 15. S. 3-7.

3. Fartais L., Fvramiue M. The regeneration capacity of potato explains stored on media with growth inhibitors // An sti. Univ. lasi. Sec. 2a. 1988. 44. R. 69-73.

4. Biotekhnologiya rastenij: Kultura kletok / per. s angl. V.I. Negruk. M. : Agropromizdat, 1989. 280 s.

5. Hromova L.M. Kultivirovanie verhushechnyh meristem kartofelya dlya ozdorovleniya sortov ot virusnoj infekcii // Tkanevye i kletochnye kultury v selekcii rastenij. M.,1990. 55 s.

6. Tekhnologicheskij process proizvodstva original-nogo, ehlitnogo i reprodukcionnogo semennogo kartofelya / Rosselhozcentr, GNU VNIIKH Rosselhozakademii. M., 2011. 32 s.

7. Kulikova V.I., Ryabceva T.V., Hodaeva V.P., Anoshkina L.S. Poluchenie iskhodnogo materiala kartofelya razlichnymi sposobami uskorennogo razm-nozheniya v Kemerovskoj oblasti // Kartofelevodstvo: is-toriya razvitiya i rezultaty nauchnyh issledovanij po kulture kartofelya : sb. nauch. tr. / FGBNU VNIIKH ; pod red. S.V. Zhevory. M., 2015. S. 174-180.

8. Demchuk I.V. i dr. Izmenenie svojstv ozdo-rovlennyh klonovyh linij sortov kartofelya v zavisimosti ot dlitelnosti kultivirovaniya invitro // Kartofelevodstvo : sb. nauch. tr. / RUP NPC NAN Belarusi po kartofelevodstvu i plodoovoshchevodstvu. Minsk, 2008. T. 14. S. 56-66.

9. Reuckij V.G. i dr. Zhiznesposobnost' rastenij kartofelya invitro. Analiz problemy i metodika ocenki // Kartofelevodstvo : sb. nauch. tr. / RUP NPC NAN Belarusi po kartofelevodstvu i plodoovoshchevodstvu. Minsk, 2007. T. 13. S. 93-104.

10. Cheremisin A.I. Proizvodstvo ozdorovlennogo iskhodnogo materiala dlya pervichnogo semenovodstva kartofelya v Omskoj oblasti // V sbornike: Selskohozyajst-vennaya nauka APK Sibiri, Mongolii, Kazahstana i Kyr-gyzstana : sb. tr. 7-j Mezhdunar. nauch.-prakt. konf. Pod redakciej P.L. Goncharova; otvetstvennyj za vypusk I.T. Litvinenko. Novosibirsk, 2004. S. 46-50.

11. Dergacheva N.V., Cheremisin A.I., Sogu-lyak S.V. Osnovnye itogi raboty otdela kartofelya Sib-NIISKH // Agrarnaya nauka - selskohozyajstvennomu pro-izvodstvu Sibiri, Mongolii, Kazahstana i Bolgarii: materi-aly XVII Mezhdunar. nauch.-prakt. konf. Novosibirsk, 2014. S. 48-50.

Cheremisin Alexandr Ivanovich, Cand. Agr. Sci., Ass. Prof., Siberian NIISH, biocentr@bk.ru; Kumpan Vladimir Nikolaevich, Cand. Agr. Sci., Ass. Prof., Omsk SAU, vn.kumpan@omgau.org.