CC BY
80
УДК 635.21
Эффективность применения ростостимулирующих и антистрессовых свойств регуляторов роста на отдельных этапах оздоровления картофеля in vitro
М.Н. Мащенко, научный сотрудник, Л.Г. Браткова, к.б.н., зав отделом биотехнологии
ГНУ СНИИСХ Россельхозакадемии
sniish@mail.ru
Биотехнологические методы in vitro нашли широкое применение в первичном семеноводстве картофеля - технологиях оздоровления, микроклонального размножения, получения мини-клубней посадочного материала.
Действенный инструмент для создания высококачественного семенного материала - актуально направленное изменение роста и развития растений с помощью синтетических регуляторов роста, обладающих антистрессовыми и иммуномодулирующими свойствами, способствующих повышению продуктивности растений и устойчивости к биотическим и абиотическим факторам.
Среди регуляторов роста современными высокоэффективными препаратами являются Эпин-Экстра и Циркон, способствующие увеличению урожайности культур и повышению устойчивости к болезням и стрессовым факторам, с высокой корнеобразующей активностью (Диловарова, Мартиросян, Поляков, 2008; Дорожкина, 2008 и др.).
В настоящее время активно ведется поиск и испытание новых синтетических препаратов, действие которых в малых концентрациях приводит к стимуляции важнейших физиолого-биохимических процессов. В этой связи значительный интерес представляет регулятор роста нового поколения - синтетический препарат мелафен, проявляющий высокую эффективность в качестве регулятора вторичного метаболизма в различных биотехнологических процессах (Платонова, Ладыженская, Евсюнина, Кораблева, 2010).
В Институте физиологически активных веществ РАН разработаны стресс-протекторы-фиторегуляторы (СФ) Бензихол и Этихол, которые являются новой группой регуляторов роста и развития растений. Физиологической основой стресс-протекторной и иммуномодуляторной активности СФ является активация систем защиты против внутриклеточного окислительного стресса (Гафуров, 2005, 2008).
Цель исследований: скрининг современных регуляторов роста и изучение влияния их активности на процессы роста и развития при оздоровлении in vitro сортов картофеля.
Методы, место и условия проведения опытов. Объектом исследований являлись оздоровленные пробирочные растения 2-х районированных сортов картофеля разного происхождения и разной
группы спелости: Ипатовский и Невский, полученные in vitro из апикальной меристемы картофеля и размноженные путем черенкования в этих же условиях. Изучали влияние препаратов разной концентрации на рост и развитие пробирочных растений картофеля: Циркон с концентрацией 0,01 мл/л, 0,05 мл/л, 0,1 мл/л; Мелафен - 3*10-7 г моль/л, 3*10-9 г моль/л, 3*10-11 г моль/л; Бензихол - 3*10-5 г моль/л, 3*10-8 г моль/л, 3*10-11 г моль/л; Этихол - 3*10-7 г моль/л, 3*10-8 г моль/л, 3*10-9 г моль/л; Эпин-Экстра - 0,01 мл/л, 0,1 мл/л, 1,0 мл/л. В качестве контроля использовали стандартную среду - MS без препаратов. Опыт включал 20 вариантов, по 25 растений на каждом. Всего посажено 1000 пробирочных растений. Осмотр растений-регенерантов проводили на 7, 14, 21 сутки. Измеряли высоту стебля, длину корешков, подсчитывали число междоузлий на каждом растении.
Результаты исследований. Изучение действия препаратов на рост и развитие микрочеренков картофеля сорта Ипатовский (табл.1) показало, что на 7 сутки добавление в питательные среды Циркона, Бензихола и Этихола стимулировало 100 %-ный рост корней, тогда как на контрольных вариантах он составил всего 24,0 %. На этом этапе действие Циркона, в отличие от других агентов, проявилось в более активной стимуляции роста черенков и появлении первых междоузлий.
Большое значение для ускоренного размножения оздоровленных in vitro мериклонов картофеля и снижения затрат на ежемесячное пассирование растительного материала имеет число междоузлий, их размер и мощность развития.
Таблица 1 - Влияние препаратов на рост и развитие пробирочных растений картофеля, сорт Ипатовский
Препарат № варианта Концентрация препарата Время проведения экспериментов (сутки)
7 14 21
и О 5 Т ^ е Число корней, шт. Число, Междоуз лий, шт. Стебель / корни, см Число Междоуз лий, шт. Стебель / корни, см.
St. 1 - 0,12 6 0,60 3,8/0,12 1,88 5,6/0,18
Циркон, мл/л 2 0,01 0,48 25 1,76 3,2/0,12 4,12 6,6/0,45
3 0,05 0,68 25 1,28 4,3/0,13 3,08 6,1/0,23
4 0, 1 0,40 25 0,96 2,7/0,18 2,68 4,9/0,54
St. 5 - 0,28 16 0,76 2,8/0,19 1,60 4,2/0,39
Эпин-экстра, мл/л 6 0,01 - 25 - 1,9/0,26 0,04 3,7/0,73
7 0,1 - 6 - 1,0/0,11 - 2,1/0,25
8 1,0 0,04 2 0,16 0,8/0,05 0,20 1,1/0,08
St. 9 - - 7 0,20 1,9/0,20 0,44 3,4/0,59
О) , L о ■& = u 2 10 10-7 - 7 0,04 2,8/0,34 0,56 4,1/0,70
11 10-9 - - - 1,8/0,12 0,04 3,3/0,46
12 10-11 - 10 - 1,8/0,18 0,12 3,2/0,37
Б1. 13 - 0,12 6 0,60 3,8/0,12 1,88 5,6/0,18
о ц * ^ 14 10-5 - 25 0,44 2,6/0,02 2,04 5,9/0,14
£ с о 15 10-8 - 25 0,56 3,4/0,08 1,68 5,4/0,12
Ф 2 ш ._ 16 10-11 0,16 25 0,36 2,5/0,01 2,04 5,1/0,08
17 - 0,12 6 0,60 3,8/0,12 1,88 5,6/0,18
18 10-7 - - - - - -
§ § 19 10-8 - 25 1,00 3,2/0,90 2,00 5,0/1,50
ЛИ 20 10-9 - 25 2,00 7,5/0,80 3,00 10,5/1,4
Анализ динамики роста и развития микрочеренков картофеля Ипатовский выявил высокую активность Циркона в концентрации 0,01 мл/л. Число междоузлий через 21 день на этом варианте составило в среднем 4,12 шт. против контрольного - 1,88 шт., длина стебля была соответственно 6,6 см против 5,6 см, длина корней - 0,45 см - 0,18 см. Пробирочные растения имели мощный стебель с укороченными междоузлиями. Активность Этихола и Бензихола проявилась позже остальных изучаемых препаратов. Так, через три недели, на варианте с Бензихолом в концентрации 10-9 г моль/л, длина стеблей составила 10,5 см, а длина корней - 1,4 см. Указанные препараты, вероятно, сочетают в себе одновременно ауксиновую и антиретардантную физиологическую активность. Показатели характера морфогенеза и ризогенеза от действия препаратов Эпин-Экстра и Мелофен на сорте Ипатовский были ниже контрольных и оказались малоэффективны.
У сорта картофеля Невский через неделю на всех вариантах был индуцирован рост корней. На этом этапе развития лучшие результаты
П л л
получены от действия Мелафена в концентрации 10 и 10 г моль/л (табл.2).
Таблица 2 - Влияние препаратов на рост и развитие пробирочных растений картофеля, сорт Невский
Препарат № варианта Концентрация препарата Время проведения экспериментов (сутки)
7 14 21
и з- С О м Е £ ь и £ з ид т 1 Число корней , шт. Число Междоуз лий , шт. Стебель / корни, см. Число Междоуз лий , шт. Стебель / корни, см.
1 - 25 0,44 5,9/0,38 2,56 8,7/0,86
Циркон, мл/л 2 0,01 - 25 - 4,5/0,24 1,92 7,0/0,94
3 0,05 - 25. 0,92 5,5/0,63 2,84 8,1/1,20
4 0,1 - 25 0,72 4,2/0,66 2,96 6,7/1,13
Б1. 5 - 0,22 25 0,92 3,1/0,30 1,24 4,9/0,95
Эпин-Экстра , г моль/л 6 0,01 0,12 25 0,52 3,1/0,38 1,52 5,5/1,72
7 0,1 0,20 25 0,56 3,2/0,40 0,88 4,5/1,22
8 1,0 0,04 25 0,20 2,3/0,43 0,88 3,3/0,60
9 - 0,20 25 2,00 3,0/0,97 1,72 5,7/1,56
ш с ^ 1 ф О 10 10-7 0,16 25. 1,84 3,3/0,80 1,36 5,0/1,68
11 10-9 0,20 25 2,20 3,3/1,10 2,20 6,6/1,69
12 10-11 0,32 25 2,12 3,6/1,29 1,48 5,6/1,61
St. 13 - 0,20 25 2,00 3,0/0,97 1,72 5,7/1,56
Бензих ол, г моль/л 14 10-5 0,12 25 1,00 3,8/0,40 3,80 8,0/1,07
15 10-8 - 25 0,16 4,8/0,19 1,64 7,0/0,60
16 10-11 - 25 0,36 3,7/0,32 2,12 6,8/0,86
St. 17 - 0,20 25 2,00 3,0/0,97 1,72 5,7/1,56
Этихол, г моль/л 18 10-7 - - - - - -
19 10-8 - 25 2,50 6,0/0,80 5,00 10,5/1,5
20 10-9 - 25 3,00 6,0/0,60 6,00 10,0/1,0
Дальнейшее изучение влияния препаратов на интенсивность корнеобразования и стеблевого морфогенеза сорта Невский показало значительную морфогенетическую активность уже через 14 дней от действия Этихола в концентрациях 10-8 и 10-9 г моль/л. Микрочеренки на этих вариантах отличались мощным развитием стебля и корневой системы.
У сорта Невский самая низкая эффективность наблюдалась от действия препарата Эпин-Экстра в концентрациях 0,1 мл/л и 1,0 мл/л. Он, при концентрации 0,1 мл/л, тормозил развитие корневой системы растений, а при более высокой (1 мл/л) формировал преимущественно воздушные корни, которые в местах соприкосновения со средой темнели или загибались кверху, а листья приобретали желто-зеленую окраску. Анализ действия препаратов на индукцию числа междоузлий у сорта Невский показал высокую эффективность препарата Бензихол в концентрации 10-5 г моль/л. Добавление в среды препарата Этихол стимулировало рост стебля в длину за счет вытягивания длины междоузлий и уменьшения их числа на обоих изучаемых сортах. Активность Этихола и Бензихола на сорте Невский, как и на сорте Ипатовский, проявилась позже остальных изучаемых препаратов.
По данным автора стресс-протекторов-фиторегуляторов Бензихол и Этихол академика РАЕН профессора Р.Г. Гафурова, производные бензилового спирта и бензиламина являются проауксинами. Их ауксиновая активность не регистрируется в стандартных условиях биотеста с 4-Methylumbelliferyl-p-D-glucuronide hidrate ом на проростках арабидопсиса, но она проявляется при длительной инкубации. При этом, согласно его рабочей гипотезе, в проростках, возможно под действием растительных гидролаз и оксидаз получаются вещества, непосредственно обладающие ауксиновой активностью, которая и наблюдается в биотестах по укоренению черенков и проростков (Гафуров Р.Г., Неопубликованная работа).
Заключение. Анализ действия изучаемых препаратов выявил сортовую специфичность изучаемых сортов в процессах корнеобразования и стеблевого морфогенеза. Индукция новообразований от действия препаратов была выше у сорта
Ипатовский. Активность препаратов Этихол и Бензихол на сортах проявлялась позже остальных изучаемых препаратов.
Добавление в среды препарата Этихол стимулировало рост стебля в длину за счет вытягивания длины междоузлий и уменьшения их числа на изучаемых сортах. Препарат Эпин-Экстра приводил к торможению ростовых процессов. Индукция числа междоузлий у сорта картофеля Ипатовский была выше от действия Циркона в концентрации 0,01 мл/л, а у сорта Невский - от действия Бензихола в концентрации 105 г. моль/л.
