Оптимизация условий культивирования микрорастений картофеля Российской селекции в условиях in vitro

На основании проведенных исследований можно сделать следующие выводы:

1. Стабильно высокая урожайность у листовых сортов Балет, Абракадабра, Скороход, Файер; полукочанных сортов - Адмирал и Вячеслав; кочанных сортов - Лимпопо.

2. Отмечено повышение урожайности при благоприятных условиях у листовых сортов Балет и Абракадабра, полукочанных - Адмирал, Аврора, Вячеслав, кочанных - Опал и Лимпопо.

3. Отличились стабильностью урожайности листовые сорта Скороход, Файер и кочанный сорт

Буру.

4. По содержанию сухого вещества, сахаров и органических кислот выделился сорт листовой разновидности Витаминный, у полукочанной разновидности - сорт Вячеслав, у кочанной -сорт Буру. По содержанию каротиноидов выделились сорта Витаминный, Скороход, Аврора, Вячеслав и Лимпопо.

5. Содержание фенольных соединений было больше у листового сорта Скороход, аскорбиновой кислоты было больше у листового сорта Файер.

Л и т е р а т у р а

1. Аутко А.А. В мире овощей. - Минск, 2004. - 559 с.

2. Борисов В.А., Литвинов С.С., Романов А.В. Качество и лежкость овощей. - М., 2003. - 625 с.

3. Боос Г.В., Буренин В.И. Овощи - родник здоровья. - Л., 1985. - 220 с.

4. Никонова Н.А. Выращивание зеленных культу в зимних пленочных теплицах Подмосковья// Промышленное производство овощей в теплицах. - М., 1977. - С. 131-152.

5. Шишкин Б.В., Циунель М.М. Селекция салата для выращивания на грунтах в зимне-весеннем обороте// Состояние и проблемы научного обеспечения овощеводства: Сб. науч. тр. - М., 2003. - С. 102-104.

УДК 635.21:631.531.02 Доктор с.-х. наук Ю.Н. ФЕДОРОВА

(ФГБОУ ВПО «Великолукская ГСХА» nauka@vgsa.ru) Аспирант А.И. КОВАЛЕВ

ОПТИМИЗАЦИЯ УСЛОВИЙ КУЛЬТИВИРОВАНИЯ МИКРОРАСТЕНИЙ КАРТОФЕЛЯ РОССИЙСКОЙ СЕЛЕКЦИИ В УСЛОВИЯХ IN VITRO

Семеноводство картофеля, культура in vitro, светодиоды, ростовые процессы, оздоровленные растения, питательная среда

Селекция и семеноводство сельскохозяйственных культур - неотъемлемая часть эффективного растениеводства, в задачу отрасли растениеводства входит получение высокоурожайных, а также размножение перспективных районированных сортов. Современная технология включает использование биотехнологических методов.

Процессы роста и развития растений могут регулировать как экзогенные фитогормоны, так и свет различного спектрального состава, эффект которого проявляется через изменение эндогенного баланса. Свет разного спектрального состава способен воздействовать на интенсивность поступления экзогенных гормонов в растения, на эндогенный уровень гормонов, на процессы их коньюгирования и окислительного разрушения, а также на уровень и характер использования гормонов в процессах роста и морфогенеза [1].

Формирование продуктивности растений определяется процессами роста на уровне целого растения и на тканевом, клеточном и других, более низких уровнях организации фотосинтетического аппарата. Среди них весьма важным является изучение показателей листа, который является чувствительным к спектральному составу света, что может быть охарактеризовано показателями роста и дифференцировки ткани листа.

Одним из основных путей восстановления продуктивности сортов картофеля, пораженных вирусными болезнями, является их оздоровление биотехнологическими методами, которые базируются на культивировании изолированных меристем. Оздоровление каждого сорта- длительный комплексный процесс. Оздоровление картофеля осуществляется методом культуры апикальной меристемы в сочетании с термотерапией. Ценность этого метода не только в том, что с его помощью получают высококачественный посадочный материал, но и в том, что значительно ускоряется

размножение сортов картофеля. Северо-Западный регион РФ является благополучным относительно распространения вирусной инфекции. Однако ежегодно фиксируется от 2 до 5 % наличия патогенна в семенном материале, выращиваемом на территории региона[2].

Метод выделения апикальных меристем и получения из них безвирусных микроклонов служит основным способом освобождения растений картофеля от патогенов. Основным способом повышения качества семенного материла, служит получение безвирусных растений и в дальнейшем безвирусных миниклубней. Увеличение количества оздоровленного материала осуществляют через микроразмножение растений картофеля in vitro.

В ходе вегетативного размножения микроклонов их черенки культивируют в условиях in vitro при искусственном освещении. Поскольку свет является определяющим фактором в оптимизации ростовых процессов растений, возникает необходимость в выборе светового режима.

В литературе к настоящему времени установлен ряд фундаментальных положений о роли спектра и интенсивности фотосинтетической активности в формировании наиболее важных составляющих продукционного процесса. Однако в литературе недостаточно освещен вопрос о действии салициловой кислоты и совместном с ним действии света разного спектрального состава.

Целью данной работы являлось выявление влияния света и салициловой кислоты на развитие растений в культуре in vitro.

В качестве модельной системы мы использовали культуру Solanum tuberosum L.

Использование светодиодов в фитотроне представляется перспективным в связи с их высокой светоотдачей, возможностью регулировать спектр излучения, длительным рабочим ресурсом и рядом других характеристик. Однако для этого необходимо провести анализ воздействия светового излучения на рост и развитие растений.

Оздоровление материала проводили проращивая клубни в термостате при температуре 37-380С, выделяя апикальную меристему. Стерилизацию растительного материала проводили в асептических условиях (ламинар-боксе) с помощью гипохлорита натрия. Изолированные экспланты из апикальной меристемы культивировали на питательной среде, содержащей минеральные соли по прописи Мурасиге-Скуга, с разной минеральной частью - У MS; % MS; и с добавлением салициловой кислоты (СК) - У MS+ СК; % MS+СК. Освещение проводили за счет синего и красного света с интенсивностью 100±30 мкмоль фотонов/м2с.

Источниками синего и красного света служили лампы фирмы «PHILIPS». Получение микрорастения проверяли на наличие вирусов Y, S, M, L, X с использованием ИХА.

Объектом исследования был картофель в культуре in vitro, сорта, салициловая кислота (СК), световой спектр, морфогенез. Использовался лабораторный метод исследования.

Выделяли по 40 эксплантов, в 3-кратной повторности. Регенерацию отмечали на 20-й день с появление корешков и 2-3 междоузлий. Отбраковывали экспланты с признаками корневого ризогенеза.

Главной задачей при получении безвирусных растений картофеля является увеличение коэффициента размножения и скорости регенерации растений, поэтому появляется необходимость оптимизации условий выращивания in vitro.

Важнейшим росторегулирующими факторами является состав питательной среды и свет, прежде всего, его спектральный состав.

Салициловая кислота является биологически активным соединением, участвующим в организации ответа растений на абиотические и биотические стрессы. С помощью биохимических методов установлено, что салициловая кислота стимулирует проявление защитных реакций растений против болезней, вызываемых биотрофными микроорганизмами.

Зачаток листа увеличивается в длину за счет роста верхушки, в ширину- за счет краевого роста. После развертывания почки происходит многократное деление всех клеток листа у двудольных и увеличение их размеров. После дифференциации клеток меристемы в постоянные ткани лист нарастаем за счет интеркалярной меристемы основания листа. У большинства растений деятельность этой меристемы быстро заканчивается.

В начальный период онтогенеза растений для их сохранения до завершения вегетации определяли ростовые параметры.

Т а б л и ц а 1. Регенерация растений из меристемы картофеля в зависимости от концентрации

питательной среды

Среда Спектр Ломоносовский Весна Белая Чародей Сударыня

света число % число % число % число %

регенери- регенери- регенериро- регенери- регенери- регенери- регенери- регенери-

рованных, рованных ванных, шт. рованных рованных, рованных рованных, рованных

шт. шт. шт.

М8 ЛБ 29,0 72,5 28,6 71,5 34,0 85,0 29,0 72,5

^ М8 30,6 76,5 31,7 79,3 34,7 86,8 31,3 78,3

% М8 33,0 82,5 32,7 81,8 36,0 91,8 33,3 89,3

М8+ СК 31,6 79,0 31,0 77,5 33,0 82,5 33,0 82,5

^ М8+ СК 32,0 80,0 34,7 86,8 36,7 90,0 35,7 83,3

% М8+СК 36,0 90,0 37,0 92,5 39,0 97,5 39,0 97,5

М8 КС 30,0 75,0 26,0 65,0 34,0 85,0 33,0 82,5

^ М8 27,0 67,5 24,0 60,0 29,0 72,5 30,0 75,0

% М8 26,0 65,0 29,0 72,5 25,0 62,5 23,0 57,5

М8+ СК 39,0 97,5 32,0 80,0 37,0 92,5 37,0 92,5

^ М8+ СК 36,0 90,0 33,0 82,5 35,0 87,5 32,0 80,0

% М8+СК 38,0 95,0 38,0 95,0 34,0 85,0 37,0 92,5

М8 СС 33,0 82,5 36,0 90,0 32,0 80,0 35,0 87,5

^ М8 29,0 72,5 32,0 80,0 30,0 75,0 26,0 65

% М8 27,0 67,5 26,0 65,0 25,0 62,5 27,0 67,5

М8+ СК 37,0 92,5 35,0 87,5 33,0 82,5 38,0 95,0

^ М8+ СК 38,0 95,0 37,0 92,5 39,0 97,5 34,0 85,0

% М8+СК 32,0 80,0 32,0 80,0 30,0 75,0 34,0 85,0

Из табл. 1 видно, что наибольшее число регенерированных из меристем микрорастений у изучаемых нами сортов было получено на питательной среде % М8+СК, больший процент выживших эксплантов апикальных меристем отмечено у сортов Чародей и Сударыня- 97,5%. Высокий процент приживаемости меристем также был выявлен на питательной среде % М8 у сортов Ломоносовский- 82,5, Чародей - 91,8, Сударыня - 89,3. У сорта Весна Белая хорошие показатели по выживаемости отмечены на средах лА М8+ СК - 86,8%; % М8+СК - 92,5%.

Таким образом, можно сделать вывод, что для повышения процента приживаемости и регенерации апикальных меристем изучаемых сортов необходимо использовать питательные среды с уменьшенным содержанием минеральной части и с добавлением салициловой кислоты 'Л М8+ СК; % М8+СК. Существенное влияние на приживаемость регенерированных микрорастений оказывает освещенность.

В ходе нашего исследования установлено, что в процессе регенерации микрорастений картофеля применение различной освещенности картофеля изменяло скорость роста побега. При культивировании микрорастений стимулирующее действие на растяжение побега оказывал красный свет, тогда как синий свет оказывал тормозящее действие.

При существующей технологии производства рост растений в пробирке происходит в течение нескольких недель в зависимости от достижения им нужной высоты и количества междоузлий. С помощью междоузлий в культуре ткани происходит черенкование. Чем больше высота растений и количество междоузлий, тем выше будем коэффициент размножения пробирочных растений, за счет чего сократится время получения необходимого количества микрорастений. В этом случае освещение красным светом имело преимущество перед классическим освещением и синим светом.

В табл. 2 видно, как по-разному оказывает действие спектр света. Можно сказать, что комплекс питательная среда и освещенность позволяет увеличить выход регенерированных растений, однако на вопросы оздоровления спектральный состав оказывает опосредованное влияние.

Выращенный исходный материал исследуется на наличие скрытых патогенов методами ИФА. На разных этапах размножения ни разу не было выявлено вирусов А, 8, Ь, однако встречаются вирусы М, Х. При проведении исследований не выявлено поражений растений кольцевой гнилью и черной ножкой. Число здоровых, свободных от основных вирусов растений получено на питательной среде % М8+СК и достигает 95% при обычном освещении лампами ЛБ. Однако, наблюдается определенная сортовая «чувствительность». Так при оздоровлении сорта Весна белая лучшие

результаты получены на питательной среде 'Л М8 +СК - 92,5% под воздействием синего спектра (СС), у сорта Ломоносовский на среде М8+СК 97,5% под воздействием красного спектра (КС). Некоторая стабильность наблюдается у сорта Сударыня при использовании питательной среды М8 +СК, на ней получены наиболее высокие проценты здоровых растений: 95% - при освещении синим спектром и 87,5% при освещении красным спектром.

Т а б л и ц а 2. Регенерация здоровых растений по результатам ИХА

Ломоносовский Весна Белая Чародей Сударыня

Среда Спектр света число регенерированных, шт. число здоровых растений, шт. % здоровых растений число регенерирован-ных, шт. число здоровых растений, шт. % здоровых растений число регенерированных, шт. число здоровых растений, шт. % здоровых растений число регенери рованных, шт. число здоровых растений шт. % здоровых растений

MS ЛБ 29,0 26,0 65,0 28,6 27,0 67,5 34,0 30,0 75,0 29,0 25,0 62,5

V MS 30,6 30,0 75,0 31,7 25,0 62,5 34,7 26,0 65,0 31,3 26,0 65,0

% MS 33,0 29,0 72,5 32,7 19,0 47,5 36,0 21,0 52,5 33,3 27,0 67,5

MS+ СК 31,6 30,0 75,0 31,0 28,0 70,0 33,0 30,0 75,0 33,0 31,0 77,5

V MS+ СК 32,0 32,0 80,0 34,7 32,0 80,0 36,7 35,0 87,5 35,7 33,0 82,5

% MS+СК 36,0 35,0 87,5 37,0 36,0 90,0 39,0 38,0 95,0 39,0 37,0 92,5

MS КС 30,0 26,0 65,0 26,0 21,0 52,5 34,0 29,0 72,5 33,0 30,0 75,0

V MS 27,0 25,0 62,5 24,0 17,0 42,5 29,0 12,0 30,0 30,0 19,0 47,5

% MS 26,0 23,0 57,5 29,0 20,0 50,0 25,0 24,0 60,0 23,0 18,0 45,0

MS+ СК 39,0 39,0 97,5 32,0 30,0 75,0 37,0 32,0 80,0 37,0 35,0 87,5

V MS+ СК 36,0 35,0 87,5 33,0 31,0 77,5 35,0 32,0 80,0 32,0 30,0 75,0

% MS+СК 38,0 35,0 87,5 38,0 36,0 90,0 34,0 33,0 82,5 37,0 32,0 80,0

MS СС 33,0 32,0 80,0 36,0 36,0 90,0 32,0 30,0 75,0 35,0 28,0 70,0

V MS 29,0 23,0 57,5 32,0 30,0 75,0 30,0 24,0 60,0 26,0 23,0 57,5

% MS 27,0 21,0 52,5 26,0 23,0 57,5 25,0 14,0 35,0 27,0 23,0 57,5

MS+ СК 37,0 36,0 90,0 35,0 35,0 87,5 33,0 30,0 75,0 38,0 38,0 95,0

V MS+ СК 38,0 29,0 72,5 37,0 37,0 92,5 39,0 34,0 85,0 34,0 34,0 85,0

% MS+СК 32,0 32,0 80,0 32,0 29,0 72,5 30,0 27,0 67,5 34,0 29,0 72,5

НСР 0,5 Для частных различий Для фактора С (сорт) Для фактора В (среда) Для фактора А (свет) 1,74 0,35 0,50 0,41

Таким образом, проведенная работа показала возможность использования светодиодных облучателей при выращивании растений картофеля в контролируемых условиях фитотрона на питательной среде с применением салициловой кислоты. Для оздоровления, повышения приживаемости и регенерации апикальных меристем, изучаемых сортов необходимо использовать питательные среды с уменьшенным содержанием минеральной части и с добавлением салициловой кислоты V MS +СК, % MS+СК. Результаты проведенных исследований могут быть применимы в оптимизации режима культивирования микроклонов картофеля in vitro, усиления продукционного процесса для получения максимального выхода оздоровленных минирастений. В дальнейших исследованиях предполагается изучение влияния КС и СС на морфогенез и ризогенез растений картофеля in vitro при использовании различных фитогормонов на ускоренное размножение оздоровленных растений.