Влияние фитогормонов на процесс морфогенеза сортов Российской селекции

УДК 635.21:661.162.6

ВЛИЯНИЕ ФИТОГОРМОНОВ НА ПРОЦЕСС МОРФОГЕНЕЗА СОРТОВ РОССИЙСКОЙ СЕЛЕКЦИИ

Ю.Н. Федорова, д-р с.-х. наук, профессор

А.И. Ковалев, агроном

М.Б. Тельпук, канд. техн. наук

ФГБОУ ВО «Великолукская ГСХА», Россия, г. Великие Луки

В работе изучено комплексное влияние на развитие морфогенеза у отечественных сортов картофеля, выведенных совместно Северо-Западным НИИСХ и селекционной фирмой «ЛиГа». Показано положительное влияние цитокинина - 6-бензамиламинпурина и гиб-береллиновой кислоты.

Ключевые слова: картофель, микрорастения, питательная среда, фитогормоны, морфогенез.

Селекция и семеноводство сельскохозяйственных культур - неотъемлемая часть эффективного растениеводства. В задачу отрасли растениеводства входит получение высокоурожайных сортов, а также их размножение. Современное семеноводство включает использование биотехнологических методов.

Процессы роста и развития растений регулируются экзогенными фитогормонами и светом различного спектрального состава. Эффект от света 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 коньюги-рования и окислительного разрушения, а также на уровень и характер использования гормонов в процессах роста и морфогенеза.

Формирование продуктивности определяется процессами роста, происходящими как на уровне целого растения, так и на тканевом, клеточном и других, более низких уровнях организации фотосинтетического аппарата. Изучение показателей роста листа определяется чувствительностью к спектральному составу света, что характеризуется показателями роста и дифференциров-ки его ткани.

Фитогормоны являются сильным химическим средством управления онтогенеза и продуктивности растений. Эти препараты находят широкое применение в биотехнологии и растениеводстве. Фитогормо-ны имеют ряд особенностей, которые необходимо учитывать.

Так, они имеют эндогенное происхождение и образуются из органических кислот. Фитогормоны способны передвигаться по расте-

нию и, образовавшись в одном органе, способны регулировать ростовые процессы в другом. В малых концентрациях фитогормоны способны вызывать заметные ростовые и формативные эффекты.

Фитогормональная регуляция играет главную роль в реализации наследственности и адаптации растений к изменяющимся условиям среды.

В научной литературе выделяют семь групп фитогормонов: ауксины, цитокинины, гиббереллины, этилен, абсцизовая кислота, брасси-ностероиды, фузикокцины, они присутствуют в растении в очень небольших концентрациях от 10 - 6 до 10 - 12 М.

В связи с развитием биотехнологии сельскохозяйственных растений необходимость получений сведений о гормональной регуляции органогенеза возрастает. Фитогормоны являются основным инструментом при различных манипуляциях с культурами клеток и тканей растений in vitro.

Помимо «классической пятерки», выделяют другие фитогормоны: брассиностероиды, жасмоновая кислота, салициловая кислота, ряд пептидных гормонов, монооксид азота и т.д.

Цитокинины играют значительную роль в регуляции органогенеза. Преобладающая концентрация этих гормонов задерживает образование корней и ускоряет закладку стеблевых почек, а гиббереллины влияют на активный рост стебля. Ре-

зультаты исследований совместного влияния цитокинина и гиббереллина на процесс морфогенеза растений картофеля в условиях in vitro представлены в таблице 1.

Из полученных нами данных у среднераннего сорта Чародей на 7, 14 и 21 дни положительное влияние на развитие количества междоузлий и высоты растений оказала питательная среда MS+БАП(1,5)+ГК(1,5) под обычным освещением. На 21 день количество междоузлий превышало стандарт на 1,1 шт. и равнялось 6,4 шт. на растение, а высота растений составила 12,8 см, что больше стандартного значения на 2,0 см.

У сорта Весна Белая на количество междоузлий в процессе культивирования благоприятное воздействие оказали питательная среда MS+БАП(1,5)+ГК(1,5), обычное и красное освещение, оно составило 2,0 шт., 4,2 шт. и 6,9 шт. По высоте растений на 7, 14 и 21 дни максимальные результаты были на среде MS+БАП(1,5)+ГК(1,5). На 21 день высота составила 14,2 см, больше St на 1,1 см.

Наибольшее значение по числу междоузлий и высоте растений у раннеспелого сорта Ломоносовский были получены на среде MS+БАП(1,5)+ГК(1,5) при синем освещении на всех этапах развития. Максимальное значение числа междоузлий на 21 день составило 5,1 шт., что выше стандарта на 0,6 шт.

Таблица 1 - Совместное влияние цитокинина и гиббереллина на процесс

морфогенеза растений картофеля в условиях in vitro

Сорт Среда Кол-во междоузлий, шт. Высота растения, см Кол-во междоузлий, шт. Высота растения, см Кол-во междоузлий, шт. Высота растения, см - St на 21 день

Кол-во междоузлий, шт. Высота растения, см

на 7 день на 14 день на 21 день

Чародей/ЛБ * 2,2 4,3 4,0 8,1 5,3 10,8 - -

** 1,3 2,6 4,1 8,5 5,9 11,1 +0,6 +0,3

*** 2,6 5,1 5,2 9,6 6,4 12,8 +1,1 +2,0

Чародей/КС * 1,5 3,4 3,0 6,9 4,3 12,3 -2,0 +1,5

** 1,4 3,6 2,7 6,5 4,9 13,1 -0,4 +2,3

*** 1,8 3,8 3,0 6,6 5,5 13,5 +0,2 +2,7

Чародей/СС * 1,7 3,6 3,4 7,1 5,1 12,3 -0,2 +1,5

** 1,5 3,2 3,5 7,8 5,0 13,9 -0,3 +3,1

*** 1,7 3,6 2,4 5,1 5,4 13,9 -0,1 +3,1

Весна Бе-лая/ЛБ * 1,0 2,5 3,5 7,2 5,7 12,1 - -

** 1,6 3,2 4,1 8,1 6,5 13,9 +0,8 +0,8

*** 2,0 4,3 4,2 8,4 6,9 14,2 +1,2 +1,1

Весна Белая/КС * 1,7 3,2 2,6 6,8 4,2 10,6 -1,5 -1,5

** 1,7 3,4 2,8 6,2 5,9 11,2 +0,2 -0,9

*** 1,7 3,6 2,6 6,9 5,9 10,1 +0,2 -2,0

Весна Бе-лая/СС * 1,8 3,1 3,0 6,9 5,7 11,9 0 -0,2

** 0,8 2,0 2,6 7,1 5,5 12,3 -0,2 +0,2

*** 2,4 4,5 3,6 7,5 5,8 11,6 +0,1 -0,5

Ломоносов-ский/ЛБ * 1,6 3,5 3,0 6,8 4,5 10,3 - -

** 1,1 2,8 2,2 6,2 4,0 9,6 -0,5 -0,7

*** 1,4 3,4 2,4 6,5 4,6 11,2 +0,1 +0,9

Ломоносов-скии/КС * 1,7 3,2 2,7 5,9 4,4 9,6 -0,1 -0,7

** 1,9 4,0 2,6 6,1 4,8 9,9 -0,3 -0,4

*** 1,9 4,2 3,3 7,3 4,7 10,3 +0,2 0

Ломоносов-ский/СС * 1,5 3,3 3,5 8,2 4,4 10,9 -0,1 +0,5

** 1,7 3,5 3,3 7,8 5,1 13,1 +0,6 +2,8

*** 1,8 4,3 3,5 7,8 5,6 12,1 +1,1 +1,8

Судары-ня/ЛБ * 1,9 2,5 2,5 5,4 4,7 12,1 - -

** 1,3 2,7 2,4 5,1 4,0 11,3 -0,7 -0,8

*** 0,8 2,1 3,0 6,5 4,9 12,4 +0,2 +0,3

Сударыня/КС * 1,9 2,9 2,7 5,5 4,6 9,6 -0,1 -2,5

** 1,7 3,1 2,5 5,9 4,9 11,1 +0,2 -1,0

*** 2,2 3,6 3,9 7,2 5,2 12,3 +0,5 +0,2

Судары-ня/СС * 1,7 2,7 3,2 6,8 4,8 11,7 +0,1 -0,4

** 1,2 2,9 2,8 5,9 4,9 12,6 +0,2 +0,5

*** 1,8 3,7 2,9 6,8 5,9 11,9 +1,2 -0,2

* MS

** MS+БАП

_

У сорта Сударыня на 14 и 21 дни положительное действие на процесс морфогенеза оказала питательная среда MS+БАП^ ,5)+ГК(1,5), число междоузлий равнялось 3,0 шт. и 4,9 шт., а высота растений на 21 день была больше на среде MS+БАП(1)+ГК(1) при синем освещении.

Для определения влияния на морфогенез в культуре in vitro состава питательной среды, содержащей цитокинин и гиббереллин, типа освещенности и дней пассажа использовали метод планирования экспериментов второго порядка. За факторы воздействия принимали: s -состав питательной среды, t - дни пассажа, l - тип света. В качестве критерия оптимизации процесса ри-зогенеза растений выбирали - Q количество междоузлий, шт.

Математическая обработка результатов экспериментов позволила получить основные уравнения регрессии зависимости числа междоузлий Q от состава питательной среды s (БАП и ГК), типа освещенности i и дней пассажа t. Чародей

Q = 3,93-0,09i+ 0,19s+1,78t+0,18is-0,05it+ 0,15st-0,90i2+0,22s2+0,05t2 Весна Белая

Q = 3,57-0,11i+ 0,33s+2,08t+ 0,03is-0,09it+ 0,12st-0,59i2+0,07s2+0,49t2 Ломоносовский Q = 2,50-0,13i+0,11s+1,53t-0,03is-0,14it+ 0,10st+ 0,48i2+0,17s2+0,21t2 Сударыня

Q = 2,32+0,02i+0,14s+1,63t+0,1is-0,16it+ 0,22st+0,43i2+0,4s2+0,36t2

Из представленных уравнений можно сделать вывод, что на количество междоузлий оказывает большее влияние сохранение полного цикла культивирования.

Рисунок 1 - Зависимость количества междоузлий у сорта Ломоносовский от состава питательной среды и типа освещенности

Количество междоузлий у сорта Ломоносовский увеличивается в зависимости от типа освещённости и присутствия в составе среды гормонов.

Для определения зависимости морфогенеза растений в культуре in vitro состава питательной среды с содержанием цитокинина и гиббе-реллина, типа освещенности и дней пассажа использовали метод планирования экспериментов второго порядка. За факторы воздействия принимали: s - состав питательной среды, t - дни пассажа, l - тип света. В качестве критерия оптимизации процесса ризогенеза растений выбирали - L высота растений, см.

Ниже представлены уравнения регрессии для исследуемых сортов.

Чародей

L = 7,48-0,04i+0,28s+4,47t+ 0,14is-0,13и+ 0,30st-0,31i2+0,12s2+0,81t2

Весна Белая

L = 7,91-0,27i+ 0,38s+4,34t-0,14is-0,38it-0,19st-1,05i2+0,03s2+0,42t2

Ломоносовский

L = 6,45-0,58i+0,3s+3,6t+0,11is-0,55П+ 0,07st+ 0,6П2+0,15s2+0,22t2

Сударыня

L = 5,73-0,2П+0,4Ь+4^+0^-0,29П+ 0,^+ 0,330,25^+1,17?

Полученные уравнения регрессии зависимости высоты L от состава питательной среды s (БАП и ГК), типа освещенности I и дней пассажа t свидетельствуют, что на высоту в этом варианте влияние оказывает полный цикл культивирования.

Таким образом, на процесс морфогенеза для развития хорошо сформировавшихся мини-растений высотой от 10, 0 до 14,0 см и коли-

чеством междоузлий от 5,0 до 6,9 шт. целесообразно использовать питательную среду MS+БАП (1,5)+ ГК(1,5) при обычном и синем освещении.

В работе выявлено влияние цитокинина и гиббереллина на морфогенез картофеля сортов селекционной фирмы «ЛиГа».

Рисунок 2 - Зависимость морфогенеза сорта Чародей от состава питательной среды и дней культивирования

Список литературы

1. Генетика развития растений: для биологических специальностей университетов / Л. А. Лутова, Т.А. Ежова, И.Е. Додуева и др. - СПб.: Н-Л, 2010 - 432 с.

2. Калашникова, Е.А. Применение клеточной и тканевой биотехнологии в растение-

водстве / Е.А. Калашникова // Аграр. Россия. - 2009. - № - 1. - С. 30-33. 3. Кошкин Е.И. Физиологические основы селекции растений: учеб. пособие / Е.И. Кошкин. - М.: АРГАМАК-МЕДИА, 2014-400с.

E-mail: nauka@vgsa.ru

182112 Псковская область, г. Великие Луки, пр. Ленина, д. 2, Великолукская ГСХА Тел.: (81153) 7-28-51