Влияние света разного спектрального состава на рост растений картофеля invitro

УДК 635.21:612.085.2

ВЛИЯНИЕ СВЕТА РАЗНОГО СПЕКТРАЛЬНОГО СОСТАВА НА РОСТ РАСТЕНИЙ КАРТОФЕЛЯ IN VITRO

Юлия Николаевна Федорова, д. с.-х. н., профессор Надежда Владимировна Лебедева, к. с.-х. н.

ФГБОУ ВО «Великолукская государственная сельскохозяйственная академия», Россия, г. Великие Луки

Картофель считают светолюбивым растением. Однако по современной фотопериодической классификации растений культурные сорта картофеля относят к короткоднев-ным растениям, т.е. к таким, для развития которых короткий день не является строго обязательным, но в условиях средних широт ускоряет их развитие. У различных сортов картофеля количественная реакция на длину дня бывает разной. Даже при небольшом уменьшении освещения у него отмечаются пожелтение ботвы, вытягивание стеблей, ослабление или полное отсутствие цветения и снижение урожая. Излишне загущенные посадки, как и изреженные, не могут обеспечить высокие урожаи, следовательно, свет является одним из важных факторов окружающей среды. Он выполняет регуляторную функцию в растении, а также выступает в качестве усилителя основных механизмов регулирования морфогенеза. Изменением интенсивности и состава спектра света вызываются определенные изменения в метаболизме и, в конечном итоге, в процессе роста растений. В эксперименте использованы специальные светодиодные панели. Такой свет используется для того, чтобы выращивать картофель и плодоовощную продукцию. Светодиоды, используемые в фитотроне, являются перспективным направлением в выращивании растений, так как дают возможность регулировать спектр светового потока и характеризуются высокой светоотдачей, длительностью рабочего ресурса.

Главная задача при производстве оздоровленных растений картофеля - это увеличение коэффициента размножения и скорости отрастания после черенкования, поэтому необходимость оптимизации условий выращивания in vitro стоит достаточно остро.

В предложенном опыте по действию спектра света на оздоровленный картофель использовались диоды, преимущественно красные и синие.

Ключевые слова: картофель, световой спектр, морфогенез, ризогенез.

Введение

ре также оказывают влияние возраст материнского растения, генотип, сезон введения в культуру, величина первичного экспланта. Гормональные факторы отражаются соотношением ауксинов и цитокининов, составом питательной среды и концентрацией в ней минеральных веществ, витаминов, сахарозы, а из физических факторов влияние оказывают плотность среды (жидкая или агари-

При клональном микроразмножении растений необходимо учитывать влияние различных факторов, как внешних, так и внутренних. К внутренним относятся: генетические, гормональные, физиологические. К внешним - физические: температура, свет, влажность, воздухопроницаемость (аэрация). На размножение в пробирочной культу-

зированная), ее кислотность, спектральный состав света и длительность светового дня, а также относительная влажность и температура окружающего воздуха [2].

Каллусные ткани способны произрастать в условиях слабого освещения или темноте, так как они не фотосинтезируют. Вместе с этим свет выступает как фактор, стимулирующий морфогенез и обеспечивающий активацию процессов вторичного синтеза.

В лабораториях в качестве источника света используются люминесцентные лампы. Оптимальными значениями освещенности для травянистых растений являются значения до 1000 лк. Освещенность ниже 300 лк или выше 3000-10000 лк подавляет рост и развитие растений. Спектральный состав света и его качество, интенсивность освещенности будут влиять на физиологическое развитие растения, также немалое значение имеет сезонная и суточная динамика [4].

Солнечный свет или тот, который мы получаем при использовании ламп, не является однородным, входящие в него лучи имеют разную длину волны. Из всего спектра для жизни растений важна фотосинтети-чески активная (380-710 нм) и физиологически активная радиация (300-800 нм).

Основными поставщиками энергии для фотосинтеза являются красные (720-600 нм) и оранжевые (620-595 нм) лучи. Они влияют на изменение скорости роста и развития растений - их избыток задерживает переход растения к цветению.

Лучи (490-380 нм) синего и фиолетового спектра непосредственно участвуют в фотосинтезе, а также стимулируют образование белков и обеспечивают скорость развития растения [6].

Эффективность светодиодных светильников обусловлена их моно-хроматичным излучением. Фитоак-тивная часть спектра подбирается непосредственно под культивируемое растение, что дает преимущество в отсутствии излишнего теплового и ультрафиолетового излучения, исключается риск ожогов и обезвоживания, отсутствуют неусвояемые растениями желтый и зеленый цвета [5].

Фитолампы на светодиодах имеют длину волны, необходимую для подсветки растений, синего и красного спектра. Воздействие такой лампы будет отличаться в зависимости от соотношения данных цветов, а также от их мощности.

Светодиоды, используемые в фитотронах, являются довольно перспективными в плане их высокой светоотдачи, регулировки спектра излучения, длительного ресурса работы. Но для этого требуется проведение дополнительного

анализа воздействия светового излучения на развитие и рост картофеля. При получении безвирусных растений картофеля важной задачей является повышение коэффициента размножения и скорости восстановления растений после пассажа, поэтому главная задача такого исследования - оптимизация условий выращивания in vitro [3].

Материал и методы исследований

Работа проводилась в лаборатории по клональному микроразмножению растений в 2015-2016 годах, путем проведения лабораторных опытов.

Целью нашего исследования являлось выявление влияния спектрального состава света на развитие растений картофеля в культуре in vitro. Для чего были поставлены следующие задачи:

- оценить сорта картофеля разного срока созревания по скорости отрастания при различном освещении;

- изучить процесс ризогенеза при выращивании растений картофеля на белом и сине-красном световых спектрах.

Для этого в опыте изучались мини-растения сортов Кардинал, Чароит и Сударыня [1].

На стандартной питательной среде выращивали растения картофеля. Выделяли по 40 эксплантов растений картофеля в 3-кратной повторности. Регенерацию отмечали на 20-й день с появлением корешков и 2-3 междоузлий. Отбраковывали экспланты с признаками корневого ризогенеза. Растения выращивались на стеллажах с лампами различного типа -люминесцентными и светодиодными.

Результаты и обсуждение

Изолированные меристемы используются для освобождения от вирусов при введении картофеля в культуру in vitro и его дальнейшего размножения.

Процесс черенкования основан на подавлении апикального доминирования, при удалении верхушечного побега и высвобождении пазушных меристем, из которых в дальнейшем развиваются растения на питательной среде.

Согласно результатам наших исследований, регенерация на 7-й день наблюдается у сортов Чароит и Сударыня при изучении всех видов света и составляет 95-100%. У сорта Кардинал процент отрастания при светодиодном освещении равнялся 95%, при люминесцентном освещении наблюдается начало формирования междоузлий.

На 7-й день у сорта Кардинал развивается наибольшее количество междоузлий при люминесцентном освещении. У сорта Чароит на седьмой и четырнадцатый день лучшие результаты по количеству междоузлий были при светодиодном освещении. У сорта Кардинал лучший результат по числу междоузлий был п р и люминесцентном освещении.

На 21 -й день у сорта Сударыня н а ибольшее количество междоузлий б ыло отмечено при выращивании на све тодиодном стеллаже и равнялось 8,3 шт., что превышало стандарт на

I,2 шт. По высоте растений на 21 -й день выделилось светодиодное освещение, при котором наблюдались лучшие результаты (Чароит -

II,1 см, Кардинал - 20,2 см).

Согласно нашим данным, на морфогенез растений картофеля сортов Чароит и Кардинал в условиях in vitro положительное влияние оказало светодиодное освещение (таблица 1).

Таблица 1 - Развитие междоузлий у сортов картофеля в условиях in vitro при различных типах освещения ___

Сорт Вариант 7-й день 14-й день 21-й день ± St

освещения растений с междоузлиями, % кол-во междоузлий, шт. растений с междоузлиями, % кол-во междоузлий, шт. кол-во междоузлий, шт. высота растений, см кол-во междоузлий, шт. высота растений, см

Чароит Люминесцентное 100 2,9 100 5,8 7,1 10,6 0 0

Светоди- 100 3,5 100 6,0 7,0 11,1 -0,1 +0,5

одное

Сударыня Люминесцентное 100 1,8 100 2,2 4,3 8,5 -2,8 -2,1

Светоди- 100 2,5 100 4,9 8,3 19,2 +1,2 +8,6

одное

Кардинал Люминесцентное 100 4,2 100 6,5 6,8 10,3 -0,3 -0,3

Светоди- 95 3,6 100 4,2 9,8 20,2 +2,7 +9,6

одное

НСР05 2,67 12,24

Изучаемые в опыте светодио-ды вызывают положительную реакцию у сорта Чароит: на 7-й и 14-й день по количеству междоузлий картофель данного сорта превышает контрольный вариант. На 21-й день сложившаяся ситуация меняется, и он начинает уступать по количеству междоузлий стандарту, однако положительная динамика по высоте растений сохраняется.

У сорта Кардинал светодиодное освещение также оказало положительное влияние на рост и развитие междоузлий, высоту растений. Таким образом, превышение стандарта составило по количеству междоузлий +2,7 шт. в среднем на растение, по высоте растений +9,6 см. Дисперсионный анализ данных подтверждает положительное влияние

светодиодного освещения на развитие растений: количество междоузлий, высоту растений и проходящие в них процессы ассимиляции и диссимиляции.

Важным моментом при кло-нальном микроразмножении является коэффициент размножения растений. Он зависит от высоты растения и количества междоузлий, так как при черенковании на новую питательную среду переносится кусочек стебелька с почкой, прикрытой листочком. Согласно данным таблицы 1 коэффициент размножения у сорта Чароит при люминесцентном освещении [Б1] равен 7,1; светодиодном - 7,0; Сударыня - 4,3 и 8,3 соответственно. У сорта Кардинал при люминесцентном освещении - 6,8, при светодиодном - 9,8.

Анализируя связь между длиной корневой системы и высотой растений, можно выделить наибольшую зависимость у сорта Кардинал при люминесцентном освещении [г=0,73], у сорта Чароит на среде при светодиодном освещении [г=0,62]. Зависимость между числом корней и числом междоузлий более слабая, но у сорта Кардинал на среде при светодиодном освещении коэффициент корреляции равен 0,87, то есть у этого сорта и на этой среде изменение одного признака объясняет изменение другого.

Через 7 дней у сорта Чароит при люминесцентном освещении [Б1:] наблюдалось у 85% растений отрастание корней, при других видах освещения - 100%-ное отрастание. У сорта Кардинал при светодиодном освещении отрастание корней было отмечено у всех растений от 80 до 90%.

Изучаемое в опыте освещение неоднозначно влияло на число и длину корней у сортов картофеля Чароит и Кардинал. На сорте Чароит при светодиодном освещении наблюдается положительная тенденция на 7-й, 14-й и 21-й дни по числу и длине корней. Так, например, на 7-й день было отмечено 4,4 шт., что превышало стандарт на 2,3 шт., на 21 -й день число корней было 5,8 шт., а длина - 17,3 см, что превышало стандарт на 2,3 см.

У сорта Сударыня при люминесцентном освещении на 7-й, 14-й и 21 -й дни наблюдалось превышение стандарта по числу корней, но длина корней на 21 -й день уступала на 1,0 см. Максимальный эффект по числу корней за время изучения у

сорта Сударыня был отмечен при выращивании на красно-синем спектре. По длине корней на этой среде было отмечено превышение стандарта на 21-й день на 7,8 см. Тенденцию развития корней можно увидеть в таблице 2.

Наибольшее число корней у сортов Сударыня и Кардинал на конечном этапе отмечено при светоди-одах, что полностью оправдывает их применение, как стимулирующее к орнеобразование.

У сорта Кардинал не было существенной разницы между освещениями и стандартом по числу корней. По длине корней растения изучаемого сорта показали небольшое снижение исследуемого показателя по сравнению со стандартом: -0,3 шт. по числу корней, и -0,1 см по их общей длине.

При пересадке растений большое значение имеет развитие корней. Мы предположили, что существует зависимость между высотой растения и длиной корней. Наибольший коэффициент корреляции - у сорта Кардинал при светодиодном освещении [г=0,74], у сорта Сударыня зависимость более слабая, но наиболее выражена при белом свете [г=0,67].

Выводы

При выращивании картофеля в культуре in vitro отмечено положительное влияние светодиодного освещения на растения. Максимальная прибавка по количеству междоузлий и высоте растений составляет от +2,7 до +9,6 см на растение (сорт Кардинал), по количеству и длине корней соответственно +1,3 шт. и +7,8 см (сорт Сударыня).

Таблица 2 - Ризогенез растений картофеля в условиях in vitro при различных типах освещения __

Сорт Вариант 7-й день 14-й день 21-й день ± St

освещения Растений с корнями, % ä . Растений с корнями, % ä . ä . ä .

от * Э о , ч « се от * Э о , л ,й се от * Э о , л ,й се % п CÖ ,4 нй ли ен от * Э о , л ,й се § ä нй ли ен

Чи н Чи н Чи н лн Чи н лн

Чароит Люминесцентное 85 2,1 100 4,0 4,9 15,0 0 0

Светоди- 100 4,4 100 5,4 5,8 17,3 +0,9 +2,3

одное

Сударыня Люминесцентное 100 4,1 100 4,5 5,1 14,0 +0,2 +1,0

Светоди- 100 4,5 100 5,6 6,2 22,8 +1,3 +7,8

одное

Кардинал Люминесцентное 80 3,3 100 4,2 5,1 15,9 0 0

Светоди- 90 3,6 100 5,1 4,8 17,8 -0,3 -0,1

одное

НСР05 2,63 7,89

Библиографический список

1. Государственный реестр селекционных достижений, допущенных к использованию, 2012 год [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.agroxxi.ru/kartofel/kartofel-semena/vse-sorta-kartofelja-opuschennye-k-ispolzovaniyu-v-rf.html, свободный. - Загл. с экрана. - Яз. рус.

2. Пильщикова А.П. Фитопатогенные вирусы и их контроль в семеноводстве картофеля: практическое руководство / А.П. Пильщикова Б.В. Анисимов. - М.: ФГНУ «Росинформагро-тех», 2004. - 80 с.

3. Смолеговец Д.В. Инновации в системе клонального микроразмножения картофеля и выращивания биотехнологических микроклубней / Д.В. Смолеговец, Б.В. Анисимов // Картофелеводство (результаты исследований, инновации, практический опыт). - Т.1. - М., 2013. - С.304-310.

4. Тихомиров А.А. Светокультура растений в теплицах / А.А. Тихомиров, В.П. Шару-пич, Г.М. Лисовский // Издательство СО РАН. - Новосибирск, 2013. - 205 с.

5. Ходаева В.П. Продуктивность оригинального семенного материала в зависимости от способа размножения оздоровленного картофеля / В.П. Ходаева, В.И. Куликова // Достижения науки и техники АПК. - 2009. - №9. - С.18-19.

6. Morphogenesis of Potato Plant in vitro. I Effekt of light quality and hormones / N.P. Aksenova, T.N. Konstantinova, L.I. Sergeeva, I. Machachkova, S.A. Golyanovskaya // J. Plant Growth Regul. - 2014. - V.13. - Р.143-146.

E-mail: nauka@vgsa.ru

182112 Псковская область, г. Великие Луки, пр. Ленина д. 2, ФГБОУ ВО «Великолукская ГСХА»

Тел.: +7 (81153) 7-28-51