CC BY
145
ББК 28.5+42.151 УДК 582.951.4
К. Ю. Гусева, И. Д. Бородулина, Е. П. Мякишева, О. К. Таварткиладзе Изучение ризогенеза сортов картофеля (Solanum tuberosum L.) в культуре in vitro
K.Yu. Guseva, I.D. Borodulina, E.P. Myakisheva, O.K. Tavartkiladze The Study of Rhizogenes of Potato Varieties (Solanum tuberosum L.) in vitro
Изучено влияние типа и концентрации ауксина на укоренение in vitro четырех сортов картофеля — Адретта, Ред Скарлетт, Кузнечанка и Тулеевский. Определены сортовые особенности, выявлен оптимальный тип ауксина (НУК) и его концентрации (0,5 и 1,5 мкМ) для укоренения всех сортов картофеля. Ключевые слова: картофель, укоренение in vitro, ризо-генез, тип и концентрация ауксина.
DOI 10.14258/izvasu(2013)3.2-13
The influence of type and concentration of auxin on rooting four potato varieties -Adretta, Red Scarlet, Kuznechanka and Tuleevsky in vitro is studied. Varietal characteristics are defined, the optimal type of the auxin (NAA) and its concentration (0.5 and 1.5 mM) for rooting all potato varieties is identified.
Key words: potatoes, in vitro rooting, rhizogenes, type and concentration of the auxin.
Картофель — одна из важнейших сельскохозяйственных культур, используемая для продовольственных и кормовых целей, а также для перерабатывающей промышленности. На сегодняшний день имеющийся сортимент картофеля и его качество не в полной мере удовлетворяют запросы товаропроизводителей [1, с. 3]. Увеличение количества оздоровленного материала возможно за счет размножения мини-растений in vitro и повышения продуктивности пробирочных растений в условиях in vivo. По этой проблеме накоплен достаточно обширный научный материал [2, с. 3; 3, с. 30; 4, с. 89]. Однако имеющиеся в настоящее время рекомендации по технологии выращивания оздоровленного посадочного материала картофеля в значительной мере противоречивы [1, с. 3].
Целью исследования явилось изучение влияния типа и концентрации ауксина на ризогенез картофеля (Solanum tuberosum L.) в культуре in vitro.
Объекты и методы исследования. Объектом для исследования стали четыре сорта картофеля: раннеспелый — Ред Скарлетт (Голландия); среднеранние — Адретта (Германия) и Кузнечанка (Кемеровский НИИСХ) и Тулеевский (Кемеровский НИИСХ и ВНИИКХ). Данные сорта были выбраны вследствие их высоких вкусовых качеств, повышенной урожайности, крупноплодности. Все сорта внесены в Государственный реестр селекционных достижений, допущенных к использованию в РФ.
Метод работы основывался на общепринятых классических приемах работы с культурами изолированных тканей и органов растений. В качестве эксплантов использовали микрочеренки с 1-2-пазушными почка-
ми и верхушки микропобегов с растений, введенных в культуру in vitro. Укоренение микрорастений проводили на агаризованной питательной среде по прописи Мурасиге и Скуга (МС), дополненной для индукции ризогенеза ауксинами — а-нафтилуксусной (НУК), ^-индолилмасляной (ИМК), в-индолилпропионовой (ИПК) и трийодбензойной (ТИБК) кислотами 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 суток фиксировали следующие показания: количество корней, шт./ экспл.; длина корней, см; высота побега, см; количество листьев на побеге, шт./экспл.; наличие каллуса +/-. Статистическую обработку данных проводили с использованием пакета прикладных программ Microsoft Office Excel 2007.
Результаты исследований и их обсуждение. Получение растений с хорошо сформированной корневой системой является важным этапом клонального микроразмножения. Известно, что ауксины — стимуляторы процесса ризогенеза у растений в условиях in vitro [1, с. 16; 5, с. 6]. Нами было изучено влияние четырех ауксинов (НУК, ИМК, ИПК и ТИБК) на корнеобразовательную и морфогенетическую способность четырех сортов картофеля (Адретта, Кузнечанка, Ред Скарлетт и Тулеевский) в культуре ткани. Полученные данные по применению разных типов ауксинов для укоренения сортов картофеля показали, что использование НУК и ИМК в качестве индукторов ризогенеза давало 100-процентное укоре-
нение через 20 суток всех изучаемых сортов во всех вариантах концентраций (от 0,1 до 5,0 мкМ) (см. таблицу). Включение в питательную среду таких регуляторов роста как ИПК и ТИБК, не было столь успешным: 10-процентное укоренение наблюдалось только у двух сортов — Ред Скарлетт (с ИПК) и Тулеевского (с ТИБК). В остальных случаях — от 58% (Адретта — на питательной среде с ТИБК) до 94% (Тулеевский — на питательной среде с ИПК).
Укоренение сортов картофеля (Solanum tuberosum L.) в культуре in vitro
Сорт Укоренение, %
НУК ™к ИПК ТИБК
Ред Скарлетт 100 100 100 90
Адретта 100 100 78 58
Кузнечанка 100 100 82 78
Тулеевский 100 100 94 100
Аналогичная тенденция сохранялась и при образовании корней на мини-растениях картофеля. Так, максимальное их количество в среднем по сортам наблюдалось в варианте с 1,5 мкМ
НУК — 15,8±1,4 шт./экспл. Та же концентрация, но с другими типами ауксинов (ИМК, ИПК, ТИБК) снижала образование корней на 4,9 шт./экспл. (10,9±1,1 шт./экспл. — с ИМК), 11,7 шт./экспл. (4,1±0,8 — с ИПК) и 13,3 шт./экспл. (2,6±0,7 шт./ экспл. — с ТИБК).
Использование НУК на этапе укоренения в концентрации 0,1; 0,5; 1,5; 3,0 и 5,0 мкМ вызывало в среднем образование 13,0±0,5 шт./экспл. корней; ИМК индуцировала 10,6±1,3 шт./экспл.; ИПК — 4,8±0,9 шт./экспл.; ТИБК — 5,4±0,8 шт./экспл.
Сравнение двух регуляторов ауксинового типа, НУК и ИМК, показало преимущество использования НУК в качестве индуктора ризогенеза для всех сортов картофеля в концентрации 1,5 мкМ (рис. 1), что способствовало образованию в среднем по сортам 15,8±1,4 шт./экспл. корней. Уменьшение (0,1 мкМ) и увеличение (3,0 и 5,0 мкМ) концентрации этого регулятора вызывало в первом случае недостаточную индукцию корнеобразования (7,5±0,9 корней), а во втором — частичное ингибирование этого процесса (11,8-14,3 корня). Кроме того, некоторые авторы [1, с. 19] отмечают, что высокие концентрации фитогормонов могут вызывать мутации у растений в культуре ткани.
40 -і
Ауксин, мкМ
Рис. 1. Влияние типа и концентрации ауксина на ризогенез сортов картофеля в культуре in vitro
Анализ длины образовавшихся корней выявил, что самые длинные корни наблюдались в вариантах с использованием ИМК — в среднем 3,2±0,8 см (рис. 2). В вариантах с ТИБК, ИПК и НУК длина корней была короче на 0,7-1,4 см. Отмечено, что включение ИМК в состав питательной среды даже в незначительных количествах вызывало хороший рост корней. Так, в варианте с 0,1 мкМ средняя длина корней по всем четырем сортам составила 3,8±0,8 см; с 0,5 мкМ — 3,9±0,5 см; с 1,5 мкМ — 3,3±0,6 см. Аналогичные концентрации НУК индуцировали рост образовавшихся корней, но не столь интенсивно. При 0,1 мкМ НУК
средняя по сортам длина корней была всего 1,4±0,3 см; при 0,5 и 1,5 мкМ — по 2,3±0,4 см. Дальнейшее увеличение концентрации (до 3,0 и 5,0 мкМ) как ИМК, так и НУК не давало достаточного прироста образующихся корней (в среднем 1, 1 —2,6 см). Очевидно, что вся сила индукторов направлена в первую очередь на стимуляцию образования новых корней, а затем уже на их рост.
На этапе укоренения следует обращать внимание и на формирование так называемой надземной части микрорастений, поскольку в дальнейшем от этого будет зависеть успех при адаптации пробирочных расте-
ний к нестерильным условиям in vivo. Проведенный анализ высоты побега укореняемых сортов картофеля выявил, что самые длинные побеги отмечались на питательных средах с ИМК во всех вариантных концентрациях — в среднем по сортам 6,9±0,5 см; в 1,52 раза короче с использованием ТИБК (4,5±0,3 см), НУК (4,2±0,4 см) и ИПК (3,4±0,2 см).
Наиболее облиственные побеги отмечались также в вариантах с использованием ИМК — в среднем 12,1±1,2 шт./экспл. листьев. Почти такое же количество листьев на побегах мини-растений наблюдалось в вариантах с ТИБК (11,9±0,9 шт./экспл.). На 3,53,8 листьев меньше формировалось в присутствии НУК (8,6±0,5 шт./экспл.) и ИПК (8,3±0,7 шт./экспл.).
Сравнительный анализ ризогенеза мини-растений четырех сортов картофеля показал, что сорт
Тулеевский укоренялся на 100% почти со всеми испытуемыми ауксинами, за исключением ИПК (94%) (табл.). В вариантах с 0,1; 0,5 и 1,5 мкМ ИПК укоренение этого сорта составляло 90%. Незначительно уступал Тулеевскому сорт Ред Скарлетт, который укоренялся в присутствии всех исследуемых регуляторов роста на 90% (с ТИБК) и 100% (НУК, ИМК, ИПК). Сорта Адретта и Кузнечанка имели 100-процентное укоренение при использовании НУК и ИМК. На питательных средах с ИПК и ТИБК укоренение этих сортов было не столь успешным: Адретта — 78 и 58% соответственно, Кузнечанка — 82 и 78%. В вариантных концентрациях регуляторов роста также отмечено, что сорт Тулеевский имел в подавляющем большинстве случаев максимальные показатели числа и длины корней (рис. 1 и 2), высоты и облиственности побега.
В 1 Р-?- ;1кй|: ':?_т □ 2 Адретта В 3 Кузнечанка Ш4 Тулеевский
Ауксин, мкМ
Рис. 2. Влияние типа и концентрации ауксина на длину корней сортов картофеля при укоренении in vitro
Наблюдаемые различия в реакции сортов с разной регенеративной способностью на изменение концентраций и типов ауксинов в питательной среде, с одной стороны, можно объяснить различным их гормональным статусом. Ю. Н. Федорова отмечает, что такие различия могут быть обусловлены разным соотношением эндогенных фитогормонов или переходом их в связанную форму, или различиями в скорости разрушения фитогормонов, а также отличиями в проницаемости мембран этих сортов для экзогенных фитогормонов [1, с. 14].
У сорта Ред Скарлетт максимальное количество (18,6±1,1 шт./экспл.) длинных (5,9±0,2 см) корней образовывалось в варианте с 0,5 мкМ ИМК. В присутствии 1,5 и 3,0 мкМ этого регулятора количество корней также было большим (13,1±0,3 и 13,8±0,9 шт./экспл. соответственно), но длина их уменьшалась с увеличением концентрации аук-
сина в питательной среде — 4,3±0,1 и 2,6±0,1 см соответственно. Укоренение этого сорта на НУК давало хорошие результаты, но они были несколько ниже по сравнению с ИМК. Так, 15,8±2,0 шт./экспл. корней образовывалось в варианте с 5,0 мкМ НУК, при этом их длина составила около 1 см, в вариантах с 0,5 и 3,0 мкМ НУК образование корней шло практически на одном уровне (13,8±2,6 и 13,3±3,0 шт./экспл.), но их длина снижалась с повышением концентрации ауксина в питательной среде с 2,5 до 1,6 см.
У Адретты максимальные показатели числа корней были зафиксированы в варианте с 1,5 мкМ НУК — 17,5±2,0 шт./экспл. В остальных случаях образовывалось около 10 шт./экспл. корней, причем как при использовании НУК, так и ИМК. Длина корней у этого сорта при укоренении in vitro на всех типах ауксинов была небольшая — около 1,0-2,0 см.
Максимальное количество (по 18,0 шт./экспл.) и длина (около 3,0 см) корней у сорта Кузнечанка отмечались при 1,5 мкМ НУК и 3,0 мкМ ИМК. С другими типами ауксинов количество корней уменьшалось в 1,5-2 раза, а также и их длина.
У сорта Тулеевский максимальное количество корней (33,4±1,0 шт./экспл.) фиксировалось при 3,0 мкМ ИМК, на 9,4 корня меньше (24,0±2,1 шт./экспл.) — с 0,5 мкМ НУК. При этом длина корней была практически одинаковой — 3,4±0,2 и 3,3±0,5 см соответственно.
Таким образом, анализ влияния типа и концентрации ауксина на ризогенез и морфологию расте-ний-регенерантов четырех сортов картофеля показал, что лучшим индуктором корнеобразования из исследуемых ауксинов является НУК в концентрации 0,5 и 1,5 мкМ (количество корней 15,5±2,7
и 15,8±1,4 шт./экспл.; длина корней — по 2,3±0,4 см). При этом высота пробирочных растений составляла 5,7±0,8 и 4,6±0,9 см соответственно. Такие растения имели компактную форму со множеством корней. ИМК несколько слабее индуцировала ризогенез по сравнению с НУК, но активнее влияла на рост корней и побегов мини-растений, а также их облиствен-ность (высота побегов — 6,9±0,5 см; количество листьев — 12,1±0,6 шт./экспл.). Использование ИПК и ТИБК значительно снижало корнеобразовательную способность в 2,4-2,6 раза. При выявленных общих закономерностях ответной реакции сортов картофеля на экзогенное внесение ауксинов сохранялась их сортоспецифичность в культуре in vitro. Сорта Ред Скарлетт и Тулеевский лучше укоренялись на питательных средах с ИМК в концентрации 0,5-3,0 мкМ; Адретта и Кузнечанка — с 0,5 и 1,5 мкМ НУК.
Библиографический список
1. Федорова Ю. Н. Повышение эффективности производства семенного картофеля путем оптимизации параметров тканевой технологии в условиях Северо-Западной зоны Российской Федерации : автореф. дис. ... д-ра с.-х. наук. — Брянск, 2011.
2. Кокшарова Г. И. Способы оздоровления и ускоренного размножения семенного картофеля : автореф. дис. ... канд. с.-х. наук. — Тюмень, 2004.
3. Салимов А. Ф., Назарова Н. Н., Мирзохонова Г. О., Алиева С. К. Выращивание безвирусного семенного картофеля в условиях Таджикистана. — Душанбе, 2007.
4. Толмачева И., Анненков Б. Управление качеством продовольственных товаров при использовании современных биотехнологий // Вестник ХГАЭП. — 2008. — № 6.
5. Пронина И. Н. Оптимизация процесса ризогенеза подвоев и сортов яблони и груши in vitro : автореф. дис. ... канд. с.-х. наук. — Мичуринск, 2008.
