Укоренение in vitro сортов картофеля ( Solanum tuberosum L . )

УДК 633.4

К.Ю. Гусева, И.Д. Бородулина, Е.П. Мякишева, О.К. Таварткиладзе Укоренение in vitro сортов картофеля

K.Yu. Guseva, I.D. Borodulina, E.P. Myakisheva, O.K. Tavartkiladze Rooting of Potato (Solanum Tuberosum L.) Varieties in vitro

Изучались особенности укоренения при клональном микроразмножении сортов картофеля. В результате проведенных исследований определена оптимальная концентрация гормона роста (НУК), обеспечивающая интенсивный ризогенез и развитие морфологических признаков.

Ключевые слова картофель, укоренение in vitro, ризогенез, концентрация ауксина.

Rooting of potato varieties for clonal micropropagation is studied. The studies determined the optimal concentration of growth hormone (NAC) which provides intensive rhizogenesis and development of morphological features.

Key words: potatoes, rooting in vitro, rhizogenes, concentration of the auxins.

Картофель (Solanum tuberosum L.) является одной из важнейших продовольственных, технических и кормовых культур. В мировом производстве растительных продуктов питания картофель занимает 4-е место, уступая пшенице, кукурузе и рису. Биотехнология картофеля in vitro нашла широкое применение в первичном семеноводстве данной культуры — в технологиях оздоровления, микроклонального размножения, депонирования сортовых коллекций in vitro, в получении микроклубневого посадочного материала [1, с. 3; 2, с. 3].

М. А. Эрастова и Ю. Н. Федорова [3, с. 21] отмечают, что сорта картофеля сильно различаются по их способности развиваться в культуре in vitro в зависимости от состава питательной среды.

Целью исследования явилось изучение влияния концентрации ауксина на ризогенез картофеля в культуре in vitro.

Объекты и методы исследования. Объектом для исследования служили четыре сорта картофеля: раннеспелый — Ред Скарлет (Голландия); среднеранние — Адретта (Германия) и Кузнечанка (Кемеровский НИИСХ) и среднеспелый — Тулеевский (Кемеровский НИИСХ и ВНИИКХ). Данные сорта были выбраны вследствие их вкусовых качеств, высокой урожайности, крупноплодности. Все сорта внесены в государственный реестр РФ.

Метод исследования основывался на общепринятых классических приемах работы с культурами изолированных тканей и органов растений. В качестве эксплантов использовали микрочеренки с 1-2 пазушными почками и верхушки микропобегов. Укоренение микрорастений проводили на агаризованной питательной среде по прописи Мурасиге и Скуга (МС), дополненной для индукции ризогенеза ауксином —

1-нафтилуксусной кислотой (НУК) в различных концентрациях: 0,1; 0,5; 1,5; 3,0 и 5,0 мкМ.

Экспланты культивировали в следующих условиях: фотопериод 16/8 ч свет/темнота, освещенность

2-3 клк, температура 24±1 °С. Длительность пассажа составляла 25-30 дней. Через 20 сут. фиксировали показания: количество корней, шт./экспл.; длина корней, мм; высота побега, мм; количество листьев на побеге, шт./экспл.; наличие каллуса, +/-. Статистическую обработку данных осуществляли с использованием пакета прикладных программ Microsoft Office Excel 2007. Расчет абсолютной скорости роста (К) морфологических признаков проводили по следующей формуле: К= W2 — W1, t2 — t1 ’

где W1 и W2 — параметры растения или его отдельного органа в моменты времени t1 и t2.

Исследования выполнены в 2012-2013 гг. на кафедре экологии, биохимии и биотехнологии АлтГУ Результаты исследований и их обсуждение. Укоренение размноженных побегов in vitro представляет собой третий этап клонального микроразмножения. От типа и концентрации ауксина на этом этапе, согласно литературным данным [4, с. 51], зависит эффективность корнеобразования у микрорастений. Традиционно для индукции ризогенеза используют ауксины ИУК, ИМК, НУК или их сочетания [5, с. 19].

В наших экспериментах в качестве стимулятора корнеобразования у микрорастений четырех сортов картофеля была использована НУК.

Изучение влияния концентрации НУК (0,1; 0,5; 1,5; 3,0 и 5,0 мкМ) на ризогенез сортов картофеля in vitro показало, что через 20 сут. максимальное количество корней (24,0±9,8: от 3 до 43 шт./экспл.) было получено у сорта Тулеевский на питательной среде с 0,5 мкМ НУК (рис. 1). Это в 2,4 раза больше, чем у сорта Адретта (9,8±7,0 шт./экспл.), в 1,6 и 1,7 раза больше по сравнению с Кузнечанкой (14,3±8,6 шт./экспл.) и Ред Скарлет (13,8±6,0) соответственно.

0,1 0,5 1,5

Рис. 1. Влияние концентрации НУК на укоренение сортов картофеля (Solanum tuberosum L.) в культуре in vitro

При использовании ауксина в концентрации 1,5 мкМ отмечалось более дружное корнео-бразование у всех изучаемых сортов (в среднем 15,8±3,1 шт./экспл.). Так, максимальное количество корней при данной концентрации ауксина наблюдалось у двух сортов: Адретта (17,5±2,7 шт./ экспл.) и Кузнечанка (18,0±3,0 шт./экспл.); на уровне средней — у сорта Тулеевский (16,1±4,1 шт./экспл.) и на 4,1 корня меньше (относительно среднего значения) у сорта Ред Скарлет.

Увеличение концентрации ауксина индуцировало корнеобразование, но не столь интенсивно. В среднем корнеобразовательная способность мини-растений всех сортов на среде с 3,0 мкМ НУК составила 11,8±1,6 шт./экспл., с 5,0 мкМ НУК — 14,3±2,3 шт./ экспл. Использование низкой концентрации ауксина (0,1 мкМ) вызывало слабую индукцию ризогенеза у всех исследуемых сортов картофеля.

Таким образом, наиболее эффективной для индукции корнеобразования явилась концентрация НУК, равная 1,5 мкМ, так как она обеспечивала наиболее массовое укоренение in vitro сортов картофеля. Наибольшим ризогенным потенциалом обладал сорт Тулеевский, для которого 0,5 мкМ НУК уже было достаточно для активного корнеобразования в культуре in vitro.

Анализ длины образовавшихся корней выявил, что у сорта Тулеевский в варианте с 0,5 мкМ НУК были самые длинные корни — 3,3± 1,2 см (рис. 2). В среднем при данной концентрации ауксина длина корней по сортам составила через 20 сут. 2,3±0,4 см.

Такая же средняя длина корней наблюдалась и при использовании более высокой концентрации НУК — 1,5 мкМ, но при этом у всех сортов она была на уровне (у Тулеевского — 2,3±0,4 см, у Адретты — 1,7±0,2 см) и выше средней (у Ред Скарлет — 2,5±0,3 см, у Кузнечанки (рис. 3) — 2,9±1,7 см). Более высокие концентрации НУК (3,0 и 5,0 мкМ) ингибировали рост образовавшихся корней. Так, длина корней в варианте с 3,0 мкМ НУК в среднем не превышала 2,0 см, а с 5,0 мкМ НУК составила всего 1,1±0,1 см.

Длина побега увеличивалась следующим образом: при использовании низких (0,1 мкМ) и высоких (5,0 мкМ) концентраций ауксина она была минимальной, в среднем по сортам — 2,8±0,2 и 3,8±1,9 см соответственно. На средах с 3,0 мкМ НУК средняя длина побега составила 3,9±1,5 см, на 0,7 см выше (4,6±1,7 см) — в варианте с 1,5 мкМ НУК. Самые высокие побеги в среднем отмечены при использовании ауксина в концентрации 0,5 мкМ: от 4,3±1,6 см (у Ред Скарлет) до 7,8±2,0 см (у Тулеевского). Таким образом, наиболее оптимальной является концентрация НУК, равная 1,5 мкМ, так как на ней не происходит сильное вытягивание побегов сортов картофеля.

Максимально облиственные побеги наблюдались у сорта Тулеевский в варианте с 1,5 мкМ НУК; на 1,4 листа меньше у этого же сорта было в варианте с 0,5 мкМ ауксина. Более высокие концентрации НУК (3,0 и 5,0 мкМ) почти в 1,5 раза снижали его об-лиственность, но несмотря на это данный сорт был с наибольшим числом листьев на побеге по сравнению с другими сортами. В среднем концентрации

ауксина 0,5 и 1,5 мкМ вызывали хорошую облиствен-ность побегов всех изучаемых сортов. Низкая концентрация ауксина (0,1 мкМ) была оптимальной для сортов Адретта и Ред Скарлет, у которых формировались 9,5±1,9 и 8,7±1,1 шт./экспл. листьев соответственно. Для сорта Кузнечанка оптимальной оказалась концентрация 0,5 мкМ НУК, так как здесь было отмечено наибольшее облиствление побегов (8,9±1,1 шт./ экспл.) по сравнению с другими изучаемыми вариантами концентраций.

Изучение скорости образования корней у микрорастений картофеля через 20 сут. показало, что ми-

нимальной она была у двух сортов — Адретта и Кузнечанка (0,3±2,3 и 0,3±1,8 шт./сут. соответственно) на питательной среде с 0,1 мкМ НУК (рис. 4); максимальной — у сорта Кузнечанка (1,4±2,7 шт./сут.) при увеличении концентрации ауксина в 15 раз (1,5 мкМ). При анализе всех вариантов отмечено, что наиболее высокой скоростью корнеобразования обладали растения, укореняемые на среде с 1,5 мкМ НУК. При этом абсолютная скорость образования корней составила 1,1±0,1 шт./сут. Низким ризогене-зом обладали варианты с применением ауксина в концентрации 0,1 мкМ.

4

ВРЕД СКАРЛЕТ  АДРЕТТА И КУЗНЕЧАНКА  ТУЛЕЕВСКИЙ

3 5

Концентрация НУК, мкМ

Рис. 2. Влияние концентрации НУК на длину корней сортов картофеля (Solanum tuberosum L.) в культуре in vitro

Рис. 3. Растения-регенеранты картофеля сорта Кузнечанка после посадки на питательную среду МС+НУК 1,5 мкМ

Рис. 4. Скорость образования корней у микрорастений сортов картофеля (Solanum tuberosum L.) в культуре in vitro

Такая же тенденция прослеживалась и в скорости роста образовавшихся корней. Быстрее всего корни росли у всех сортов картофеля, укореняемых на питательной среде с 1,5 мкМ НУК, — 1,5±0,1 мм/сут. Чуть ниже (на 0,15 мм/сут.) скорость роста была в вариантах с повышенной концентрацией ауксина — 5,0 мкМ. Самая низкая скорость отмечена во всех вариантах с применением 0,1 мкМ НУК. Таким образом, низкая концентрация ауксина (0,1 мкМ) слабо стимулировала корнеобразование, а высокая (5,0 мкМ) незначительно ингибировала этот процесс у мини-растений картофеля, и только концентрация 1,5 мкМ оптимально индуцировала ризогенез в сочетании с эндогенными ауксинами укореняемых растений.

Наряду с корнеобразованием у мини-растений идет развитие надземной части — увеличиваются длина побега и количество листьев на нем. Так, наивысшей скоростью роста побегов (в среднем 2,6±0,6 мм/сут.) характеризовались растения на средах с использованием ауксина в концентрации 1,5 мкМ: от 1,4±0,5 у сорта Ред Скарлет до 3,7±1,2 у сорта Адретта. Несколько меньшую (на 0,6 мм/сут.) скорость имели побеги всех исследуемых сортов картофеля в вариантах с 5,0 мкМ НУК, хотя сорт Тулеевский на этой среде показал максимальный темп роста (4,2±0,5 мм/сут.). У сорта Кузнечанка на этой же среде была минимальная скорость роста побега (0,5±0,2 мм/сут.) среди всех изучаемых сортов картофеля и вариантов концентрации НУК.

Самая высокая скорость образования листьев (0,9±2,8 шт./сут.) наблюдалась у сорта Тулеевский на среде с 1,5 мкМ НУК. На этой же среде отмече-

на и минимальная листообразовательная способность у сорта Адретта (0,2±0,7 шт./сут.). У сортов Ред Скарлет и Кузнечанка скорость образования листьев была ниже среднего уровня в 1,6 и 1,4 раза соответственно.

Использование ауксина в низкой концентрации (0,1 мкМ) в среднем в 1,5 раза снижало скорость образования листьев по сравнению со средней концентрацией (1,5 мкМ); в высокой (5,0 мкМ) — незначительно уменьшало листообразование.

Анализ абсолютной скорости роста разных морфологических признаков сортов картофеля в культуре in vitro показал, что такие сорта, как Кузнечанка и Тулеевский, быстро образовывали и наращивали корни по сравнению с сортами Адретта и Ред Скарлет.

Таким образом, обобщая изложенное выше, можно сделать вывод, что использование НУК в концентрации 1,5 мкМ активно индуцирует ризогенез растений (в среднем 15,8±3,1 шт./экспл.), способствует формированию хорошей корневой системы с достаточно длинными корнями (в среднем 2,3±0,4 см), а также эта концентрация является достаточным регулятором роста для развития побега (в среднем 4,6±1,7 см — длина побега и 9,4±4,3 шт./экспл. — количество листьев). Наибольшим морфогенетическим потенциалом обладает сорт Тулеевский, у которого наряду с активным ризогенезом наблюдались достаточно хорошие рост и развитие побега. В дальнейшем будет продолжено изучение укоренения сортов картофеля с применением других регуляторов роста и развития растений.

Библиографический список

1. Глушкова Т. Н. Изучение нетрадиционных регуляторов роста в культуре ткани картофеля : автореф. дис. ... канд. биол. наук. — М., 2003.

2. Назарова В. Ф. Оптимизация элементов технологии семеноводства картофеля на основе микроклонально-го размножения посадочного материала : автореф. дис. ... канд. с.-х. наук. — М., 2011.

3. Эрастова М. А., Федорова Ю. Н. Изучение процесса ризогенеза растений картофеля in vitro // Вестник АГАУ — 2009. — № 5.

4. Вечернина Н. А. Методы биотехнологии в селекции, размножении и сохранении генофонда растений : монография. — Барнаул, 2004.

5. Нам И. Я. Оптимизация применения регуляторов роста и развития растений в биотехнологиях in vitro : автореф. дис. ... д-ра биол. наук. — М., 2004.