Влияние светодиодного и лазерного излучения на рост и размножение ягодных культур in vitro на примере малины чёрной и актинидии коломикта

культур // Агрофизические свойства почв и их регулирование в условиях интенсивного земледелия: Сб. научн. тр. Мордовский университет. Саранск, 1989. С. 129-135.

6. Лебедева Т.Б., Надежкина Е.В. Используйте экологически безопасные препараты // Картофель и овощи. 2009. № 1. С. 8.

7. Савина О.В., Шевченко В.А. Биопрепараты улучшают сохраняемость картофеля // Картофель и овощи. 2008. № 8. С. 9-10.

8. Сорокин А.А., Постнов И.Е. Влияние обработки клубней биопрепаратами на устойчивость картофеля к болезням и его урожайность / Совершенствование технологий производства и повышение качества продукции растениеводства: Сб. научн. тр. Н. Новгород, 2008. С 263-266.

9. Усанова З.И., Филиппов В.Н. Технологии возделывания картофеля в Верхневолжье // Картофель и овощи. 2008. № 3. С. 5-6.

Influence of elements of technology on productivity and power efficiency of cultivation of potato

Ivenin V., Ivenin А., Bannikov V.

Various elements of technology (width of a row-spacing, a way of pre-sowing processing of soil, an irrigation) of potato cultivation in the Non-Chernozem zone on leached chernozems and their influence on growth and development, marketability and power efficiency of cultivation of potato varieties Udacha, Kolette, and Alvara are studied. Elements of technology of potato cultivation have not affected essentially on change of density of shoots and field germination rate of potato. Under the influence of an irrigation the number of stalks in a bush increased on the average by 8-12 % from each hectare. At irrigation the number of tubers in a bush has increased slightly - to 7.6-8.4 pieces, the weight of tubers has increased by 69 % (125-168), the number of commodity tubers with weight of 130-149 g has made 6.8-7.9 pieces. Marketability has increased on 51%.

The greatest power factor is received at use of ridge-making mills, width of row-spacing of 90 sm and at irrigation in variety Alvara - 1.43, the least in variety Udacha - 1.28 and Kolette - 1.29, without an irrigation accordingly 1.02, 0.89, and 0.96.

Key words: potato, variety, width of a row-spacing, irrigation, growth, development, marketability, power factor

УДК 634.7:581.143.6

Влияние светодиодного и лазерного излучения на рост и размножение ягодных культур in vitro на примере малины чёрной и актинидии коломикта

Наталья Владимировна Соловых, кандидат биол. наук, вед. научный сотрудник, Андрей Валентинович Будаговский, доктор техн. наук, вед. научный сотрудник, Марина Борисовна Янковская, мл. научный сотрудник ВНИИ генетики и селекции плодовъх растений им. И.В. Мичурина, г. Мичуринск, Россия

E-mail: natalyasolovykh@yandex.ru

В статье представлены результаты исследований по влиянию дополнительного лазерного и светодиодного освещения на рост и размножение ягодных культур in vitro. Актуальность работы обусловлена необходимостью совершенствования методов клонального микроразмножения растений и создания энергосберегающих технологий их культивирования.

Целью работы являлось изучение действия дополнительного красного освещения на рост и размножение растений, культивируемых in vitro, при различных уровнях базовой полихроматической освещённости. Микропобеги малины чёрной (Rubus occidentalis L.) и актинидии коломикта (Actinidia kolomikta Maxim..), культивируемые при освещённости 1250 и 2500 люкс, подвергали ежедневному дополнительному освещению светодиодами (5 Вт/м2, 60 минут) или гелий-неоновым лазером (15 Вт/м2, 8 минут) c длинами волн (638 нм, 632,8 нм), вызывающими переход фитохромов в активное конформа-ционное состояние.

В условиях низкой освещённости (1250 люкс) отмечено снижение интенсивности роста и размножения чёрной малины по сравнению с таковыми при освещённости 2500 люкс. Для актинидии коломикта освещённость 1250 люкс оказалась оптимальной. Светодиодное и лазерное дополнительное

освещение увеличивали коэффициенты размножения и длину побегов ягодных культур в условиях in vitro. Наибольший стимулирующий эффект красной квазихроматической досветки отмечен при низкой базовой освещённости (1250 люкс). У малины чёрной лазерная или светодиодная досветка позволила при недостаточной освещённости (1250 люкс) получить коэффициенты размножения и длину побегов, не отличающиеся статистически от таковых при полной освещённости (2500 люкс) без досветки. Лазерное облучение более эффективно стимулировало рост и размножение растений, чем светодиодное, вероятно, вследствие его более высокой когерентности.

Ключевые слова: ягодные культуры, клональное размножение in vitro, фоторегуляторная стимуляция, система фитохромов, малина чёрная, актинидия коломикта

Одной из форм совершенствования пи-томниководства является клональное размножение растений in vitro. Этот метод позволяет не только обеспечить высокий коэффициент мультипликации, но и провести оздоровление посадочного материала от вредителей и ряда фитопатогенов [1, 2]. Традиционно работы по повышению эффективности микроклонального размножения растений биотехнологическим методом сводятся к оптимизации состава питательных сред и условий культивирования. Однако стимулирование морфофизиологических процессов у растений возможно путём использования фоторегуляторных методов. Сведения о лазерной стимуляции прорастания семян, роста и развития растений, их продуктивности, увеличения резистентности к абиотическим и биотическим неблагоприятным воздействиям внешней среды обобщены в ряде монографий [3, 4, 5]. В литературе имеются также немногочисленные сообщения о применении лазерной стимуляции in vitro [5, 6]. Стимулирующее действие красного лазерного света связывают с возбуждением фито-хромов и переходом этих хромопротеидов в физиологически активное конформационное состояние: ФХ660 ——— > ФХ730 [7, 8]. Представляет интерес сравнение действия красного лазерного и светодиодного освещения, которые различаются уровнем когерентности.

Остается открытым вопрос об эффективности применения фоторегуляторных методов стимуляции физиологической активности растений при наличии такого лимитирующего фактора, как недостаток основного полихроматического освещения. Особый интерес это представляет для растений, культивируемых in vitro, т.к. их питание не является полностью автотрофным. Изучение данной проблемы не только расширяет представление о возможностях фоторегуляции роста и развития растений, но и в перспективе может

способствовать разработке энергосберегающих технологий их культивирования.

Цель исследований - изучить влияние кратковременного периодического дополнительного красного освещения на рост и размножение растений, культивируемых in vitro, при различных уровнях основной полихроматической освещённости.

Материал и методы. Для исследования использовали культивируемые in vitro растения малины чёрной (Rubus occidentalis L.) сорта Кумберленд и актинидии коломикта (Actinidia kolomrnta Maxim.) сорта Находка. Чёрная малина - светолюбивое растение. Актинидия коломикта в природе произрастает под пологом леса, культурные сорта выращивают на открытых местах, однако более обильное плодоношение отмечено при лёгком затенении. Культивирование малины чёрной in vitro проводили на среде с минеральным составом по прописи MS [9] с добавлением 1,0 мг/л гибберелловой кислоты (ГК), 0,1 мг/л Р-индолил-3-масляной кислоты (ИМК) и 0,05 мг/л тидиазурона (ТДЗ). Для культивирования актинидии коломикта использовали среду с минеральным составом по прописи QL [10] с добавлением витаминов по MS, 1,0 мг/л зеатина, 0,1 мг/л индолилуксусной кислоты (ИУК). Освещённость в процессе культивирования составила 1250 и 2500 лк, температура 23±2оС, продолжительность светового дня - 16 часов.

Красную квазимонохроматическую досветку проводили ежедневно в течение всего периода культивирования. Излучение светодиодов (А = 638 нм, ДА, = 22 нм) с плотностью мощности 5 Вт/м2 непрерывно воздействовало на культивируемые растения в течение 60 минут. В опытах с лазерной досветкой использовали сканирование по побегам лучом гелий-неонового лазера ЛГ-72 (А = 632,8 нм, ДА < 1 нм) с плотностью мощности 15 Вт/м2 в течение 8 мин. Скорость сканирования 0,3 м/с.

В каждом варианте опыта использовали по 40 микропобегов. Учитывали коэффициент размножения и длину вновь образовавшихся побегов через 30 (для актинидии) и 40 (для малины чёрной) дней после начала облучения.

Результаты и их обсуждение. Красное квазимонохроматическое излучение лазера и светодиодов с длинами волн, соответствующими переходу фитохромов в активное конформационное состояние, вызвало стимуляцию роста и размножения малины чёрной сорта Кумберленд. Наиболее заметно этот эффект проявился в случае освещённости, равной 1250 лк.

На 40 день культивирования при ежедневной светодиодной досветке и базовой

освещённости 1250 лк значение коэффициента размножения малины чёрной составило 0,70±0,15, превысив контрольное значение (без досветки) на 46 % (рис. 1). Суммарная длина побегов на один эксплант в данном варианте (16,73±3,70 мм) достоверно превышала таковую в контроле (7,40±1,86 мм) на 127 % (рис. 2).

При высокой освещённости (2500 лк) стимулирующее действие излучения красных светодиодов для малины чёрной сохранялось, но было выражено слабее. Увеличение коэффициентов размножения и суммарной длины побегов на один эксплант не превышало 30-50% и не всегда являлось статистически достоверным (рис. 1, 2).

I

0

1

0 га с^

н

1 ф

В

т о

1,4 -| 1,2 1

0,8 -0,6 0,4 0,2 0

1250 лк 1250 лк+св. 2500 лк 2500

диод. лк+св.диод.

Рис. 1. Влияние светодиодной досветки на коэффициент размножения малины чёрной сорта Кумберленд при различной освещённости

о

О! X со о 0) ю о

X

го го

1 ЕЁ

с; о

1:1 £ г,- П

к го

X СР

го

¿С

30

25

20

- 15

10

1250 лк

1250лк+св. диод.

2500 лк

2500 лк+св.диод.

Рис. 2. Влияние светодиодной досветки на суммарную длину побегов малины чёрной сорта Кумберленд при различной освещённости

5

0

Лазерная досветка (А = 632,8 нм) в течение 8 минут в сутки на протяжении всего времени культивирования оказала более интенсивное стимулирующее действие на рост и размножение in vitro малины чёрной, чем светодиодная. Вероятно, это связано с более высокой когерентностью лазерного излучения [5]. При освещённости, равной 1250 лк, лазерное облучение позволило увеличить коэффициент размножения с 0,70±0,17 до 1,33±0,26, что составило 190 % к контролю

(рис. 3). Суммарная длина побегов на один эксплант при лазерном облучении превысила контрольную на 120 %, увеличившись с 11,10±2,87 до 23,80±5,15 мм (рис. 4). При высокой базовой освещённости (2500 лк) лазерная стимуляция коэффициента размножения составила 35%, длины побегов - 47% по сравнению с контролем, что, учитывая достаточно большие стандартные отклонения, не может считаться статистически достоверным.

I

о

X

<п

го

CL

IX CD

-8-8т о

2,5

1,5

0,5

1250 лк

1250 лк+лазер

2500 лк

2500 лк+лазер

Рис. 3. Влияние лазерной досветки на коэффициент размножения малины чёрной сорта Кумберленд при различной освещённости

40

35

^ 30 -

* 25-н

£ 20

с 115 го 0) £ 10 го

го

X со о !_ CD Ю О С

ГО X S

ц

5 -

О

1250 лк

1250 лк+лазер

2500 лк

2500 лк+лазер

Рис. 4. Влияние лазерной досветки на суммарную длину побегов малины чёрной сорта Кумберленд при различной освещённости

Актинидия не является требовательной к свету культурой. Освещение 2500 лк явилось

для неё избыточным. После 2-х недель культивирования началось угнетение эксплантов,

2

1

0

0

на что указывало появление антоциановой окраски листьев и побегов, прекращение их роста, отрицательный фототропизм. Светодиодная досветка в данном случае не увеличила существенно ни коэффициент размножения, ни длину побегов.

В случае применения дополнительного лазерного облучения актинидия коломикта продемонстрировала тенденцию к увеличе-

2 п

1,8 -

1,6 -

1,4 -

1,2 -

1 -

0,8 -

0,6 -

0,4 -

0,2 -

0 -

нию коэффициента размножения. Этот показатель повысился при базовой полихроматической освещённости 1250 лк - на 26%, а при освещённости 2500 лк - на 14%, хотя различия находятся в пределах стандартного отклонения (рис. 5). Увеличения суммарной длины побегов у актинидии под действием лазерного облучения не отмечено.

1250 лк

1250 лк+лазер

2500 лк

2500 лк+лазер

Рис. 5. Влияние лазерной досветки на коэффициент размножения актинидии коломикта сорта Находка при различной освещённости

Проведенные эксперименты показали, что кратковременное воздействие красного света повышает функциональную активность растений в культуре in vitro. Даже при пониженной освещённости 1250 лк использование досветки, в первую очередь лазерной, для выращивания светолюбивой культуры, каковой является малина чёрная, позволяет получить такие же ростовые показатели, как и при 2500 лк без её использования. У теневыносливой актинидии коломикта наблюдается незначительный стимулирующий эффект при использовании на фоне лазерного облучения низкого уровня базовой освещённости. Следовательно, возбуждение фоторегуляторных процессов с помощью дополнительного облучения красным цветом позволяет более полно использовать фотосинтетический аппарат клетки.

Заключение. Периодическая досвет-ка красными светодиодами или гелий-неоновым лазером существенно увеличивает коэффициенты размножения и интенсивность роста малины чёрной in vitro при де-

фиците освещенности. У актинидии коло-микта также наблюдается тенденция к ускорению процесса мультипликации под действием дополнительного лазерного облучения. Излучение гелий-неонового лазера, обладающего более высокой когерентностью, сильнее воздействует на рост и размножение растений, чем облучение светодиодами. Представленные данные показывают возможность использования лазерной или светодиодной досветок красной области спектра для увеличения эффективности размножения растений, в первую очередь светолюбивых, при искусственном освещении.

Список литературы

1. Пронина И.Н., Матушкина О.В. Экономические аспекты использования клональ-ного микроразмножения в системе производства посадочного материала плодовых и ягодных культур // Плодоводство и ягодоводство России, 2011. Т. 26. С. 82-88.

2. Сковородников Д.Н., Казаков И.В. Особенности клонального микроразмножения

ремонтантных форм малины // Садоводство и виноградарство. 2012. №3. С. 39-42.

3. Умаров Х.Т., Инюшин В.М., Фёдорова Н.Н., Дергач Т.В. Биофизические и физиологические показатели роста сельскохозяйственных культур под действием гелий-неонового лазера. Ташкент ФАН, 1991. 152 с.

4. Шахов А.А. Фотоэнергетика растений и урожай. М.: Наука, 1993. 411 с.

5. Будаговский А.В. Теория и практика лазерной обработки растений. Мичуринск-наукоград РФ, 2008. 548 с.

6. Smoljar N. Lasersteuerung bei der in vitro- Organogenese schwer bewurzelbarer tropischer

obstarten // Obstbau der tropen und Subtropen. Berlin, 1996. Р. 159-162.

7. Конев С.В., Волотовский И.Д. Фотобиология. Минск: Изд-во БГУ, 1979. 384 с.

8. Волотовский И.Д. Фитохром - фото-регуляторный рецептор растений. Минск: Изд-во Наука и техника, 1992. 166 с.

9. Murashige T., Skoog F. A revised medium for rapid growth and bioassays with tobacco tissue cultures // Physiol. Plant. 1962. V.15, №13. Р. 473-497.

10. Quoirin M., Lepoivre P. Improved medium for in vitro culture of Prunus sp. // Acta Hortic. 1977. Vol. 78. P. 437-442.

The influence of led and laser radiation on the growth and propagation of berry cultures in vitro on the example of black raspberry and actinidia kolomikta

Solovykh N., Budagovsky A., Yankovskaya M.

The article presents results of research on effect of the additional laser and led lighting on the growth and propagation of berry cultures in vitro. The relevance of the work due to the need of improving of methods of clonal micropropagation of plants and the creation of energy-saving technologies of their cultivation.

The aim of this work was to study the effects of additional red light on the growth and reproduction of plants cultivated in vitro at different levels of basic polychromatic light. Microshoots of black raspberry (Rubus occidentals L.) and Actinidia kolomikta (Actinidia kolomikta Maxim.) cultivated under basic illumination 1250 and 2500 Lux, were subjected to an additional daily lighting with led-emitting diodes (5 W/m2, 60 minutes) or helium-neon laser (15 W/m2, 8 minutes)) with wavelengths that cause the transition of phytochromes in active conformation state (638 nm, 632,8 nm).

In low-light conditions (1250 Lux) the decrease of growth and propagation of black raspberry compared with those with illumination 2500 lux was noted. For Actinidia kolomikta illumination suite 1250 lux proved to be optimal. Supplementary lighting of light-emitting diodes (LED) and laser increased the propagation and the length of shoots of berry plants in vitro. The greatest stimulating effect of red lighting is marked in a low base light (1250 Lux). In black raspberry laser or LED supplementary lighting allowed in low light (1250 Lux) to get the coefficient of multiplication and length of microshoots, not statistically different from those in full light (2500 Lux) without supplementary lighting. Laser irradiation stimulated the growth and propagation of plants more effectively than LED, probably because of greater coherence.

Key words: berry plants, clonal micropropagation in vitro, photoregulatory stimulation, system of phytochromes, black raspberry, actinidia kolomikta