CC BY
35
БИОТЕХНОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ
УДК 602.4:635.21:631.52
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КЛУБНЕОБРАЗОВАНИЯ ДЛЯ СОХРАНЕНИЯ ЦЕННОГО ГЕНОФОНДА SOLANUM TUBEROSUM L. УКРАИНСКОЙ СЕЛЕКЦИИ В КУЛЬТУРЕ IN VITRO
Оксана Леонидовна Кляченко, Вера Витальевна Бородай
Национальный университет биоресурсов и природопользования Украины 03041, Украша, м. Кшв, вул. Герош Оборони, 15 [email protected]
Подобраны оптимальные условия клубнеобразования для различных генотипов картофеля украинской селекции. Инициация клубнеобразования происходила быстрее при выдерживании растений в условиях 8-часового фотопериода и регулируемой температуре +19-20°С первые 8-10 суток с последующим культивированием в условиях рассеянного света (3-4 клк). Изучены особенности клубнеобразования различных по срокам созревания генотипов, получены микроклубни размером 3 -11 мм и массой 114-287 мг. Оптимизированы режимы среднесрочного хранения микроклубней.
Ключевые слова: Solanum tuberosum L; клубнеобразование in vitro; микроклубни; генотип
Введение
Микроклубни картофеля (Solanum tuberosum L), получаемые в культуре in vitro, широко применяются для массового ускоренного размножения оздоровленного пробирочного материала в системе элитного семеноводства, хранения и размножения оздоровленного материала, создания новых ценных форм методом культуры тканей, размножения уникальных регенерантов, полученных при отдалённой соматической гибридизации, в опытах по трансформации, клеточной селекции [1,3,6,8,10]. Также, микроклубни используют для безопасного переноса при интродукции, транспортировке и обмене генофондом между селекционными учреждениями, рассылки в процессе карантинных мер испытания и досмотра.
Хранение генофонда вегетативно размножаемых культур, к которым относится и картофель, в виде семян невозможно, поскольку половое размножение нарушает генетическую составляющую сортов, представленных высоко гетерозиготными генотипами. К современным технологиям сохранения генофонда в контролируемых условиях среды относятся: введение в культуру in vitro различных генотипов, оздоровление растений от болезней, микроразмножение, мониторинг фитосанитарного статуса растений, генотипирование, среднесрочное in vitro хранение, криоконсервация и долгосрочное криохранение [2].
Помимо полевых коллекций для надёжного сохранения генофонда картофеля необходимо создавать дублетные in vitro, одним из основных подходов которых является сохранение коллекции в виде медленно растущих растительных культур пробирочных растений [4,7,11,13]. При хранении in vitro коллекций в оптимальных условиях роста (+20-23°C) возникает необходимость частого переноса микрорастений на свежую питательную среду, что повышает стоимость хранения образцов и увеличивает риск инфицирования коллекций, особенно при использовании растений, не прошедших тестирования на патогены. Для увеличения интервала между пассажами используют различные методы и приемы, основанные на замедлении роста пробирочных растений. Получение и хранение при пониженных температурах запасающих органов растений, в том числе и микроклубней — один из методов
замедления роста культур. Особенности сформировавшихся микроклубней в заключительной фазе их роста во многом определяются генотипом и, следовательно, требуют дифференцированных условий инициации и формирования клубней in vitro.
Цель работы - изучение особенностей клубнеобразования различных генотипов украинской селекции, оптимизация режимов их среднесрочного хранения.
Объекты и методы исследования
Исследования проводили в лаборатории биотехнологии растений Национального университета биоресурсов и природопользования Украины в течение 2010-2013 гг. В качестве объекта исследования были использованы клубни картофеля: ранних сортов - Серпанок и Повинь, среднеранних - Обериг и Зелёный Гай, среднеспелых - Калиновская и Былина, среднепоздних - Червона Рута и Джерело Полесья.
Для получения маточных растений использовали промежуточные междоузлия пророщенных клубней длиной 1-2 см с одной парой листьев, содержащие пазушные меристематическая ткани. Полученные асептические побеги отделяли от первичного эксплантата и самостоятельно культивировали на модифицированной питательной среде Мурасиге-Скуга (МС) [1,5, 9, 12].
Особенности образования микроклубней изучали на питательных средах с различными концентрациями сахарозы (4-9 %), фитогормонов (ИУК - 0,1-0,4 мг/л, кинетина (0,5-1,5мг/л), мезоинозита (110-120 мг/л). Влияние продолжительности светового дня и температуры исследовали при длительности фотопериода (14-16, 8-10 часов), освещённости (отсутствие освещения, 3-4 клк, 6-8 клк), температурных режимах среднесрочного хранения микроклубней (+2-4, 6-8, 8-10°С).
Определение особенностей клубнеобразования у растений указанных сортов проводили на модифицированной среде Д.П.Остапенко [6]. Сформировавшиеся микроклубни сохраняли в холодильной камере на протяжении 4-6 месяцев при различных регулируемых температурах.
В таблицах представлены средние арифметические значения из полученных величин и их стандартные отклонения (SD). Статистическую обработку полученных результатов проводили с использованием прикладного программного обеспечения Statistika 5.1 и Microsoft Office XP® для Microsoft Windows®.
Результаты и обсуждение
Клубнеобразование у растений картофеля (Solanum tuberosum L.) является высоко скоординированным процессом, при котором происходят морфологические, физиологические и биохимические изменения растения на разных этапах онтогенеза. Стадиями клубнеобразования являются индукция и инициация столонов, рост столонов и его ветвление, прекращение роста столонов, индукция и инициация клубней, рост и созревание клубней [3, 13]. Одними из основных условий этих процессов являются углеводный и гормональный факторы, которые оказывают воздействие на фотопериодические реакции, комплекс биохимических процессов. Клубнеобразованию предшествует повышение фотосинтетической активности, накопление фонда ассимилятов в стеблях и интенсивный транспорт углеводов в направлении клубней [1, 3, 9].
В наших исследованиях индукция столонообразования происходила на 5-6 сутки после появления боковых побегов при культивировании стеблевых эксплантатов в условиях рассеянного света 0,5-1 клк на среде МС, дополненной кинетином в концентрации 0,5 мг/л и 2-4% сахарозой. Действие цитокининов проявлялось в интенсивном образовании боковых побегов и развитии столонов. В дальнейшем на
протяжении 3-5 недель после утолщения субапикальной зоны столонов наблюдалось формирование микроклубней. Впоследствии интенсивность клубнеобразования снижалась, что связано с окончанием периода их формирования и дальнейшим увеличением их размеров. Микроклубни, как правило, формировались на столонах, а также развивались из пазушных почек на стеблях (рис.1).
Рис. 1 Особенности формирования микроклубней Solanum tuberosum в культуре in vitro
В некоторых случаях при снятии апикального доминирования наблюдалось торможение осевого роста, замедление роста побегов и формирование микроклубней в пазухах листьев стеблевых эксплантатов на безгоромональной среде МС с 2% концентрацией сахарозы при 16 часовом фотопериоде (рис.2).
Рис. 2 Образование микроклубней при снятии апикального доминирования на безгоромональной среде МС
Различия в индукции клубнеобразования имели сортовую зависимость (рис.3). Количество растений, образовавших микроклубни, колебалось в пределах 68,7-98,2%. Сорта Обериг, Зеленый Гай, Червона Рута и Калиновская характеризовались наиболее высокой способностью к образованию микроклубней и формировали в среднем 1,7 -2,1 шт.микроклубней в расчёте на 1 растение, сорта Былина и Джерело Полесья — соответственно 1,2 и 1,4, сорта Серпанок и Повинь - 1,1 и 1,0. При этом микроклубни имели овальную или удлиненную форму, различные окраску (от темно - зелёной до тёмно - фиолетовой в зависимости от генотипа) и размеры (3-1 мм). При последующем клональном микроразмножении у сомаклонов с незначительными морфологическими отличиями продуктивность формирования клубней практически не отличалась от родительских форм. У низкорослых, кустистых форм с мелкими листьями и ослабленным апикальным доминированием микроклубнеобразование выражалось крайне слабо (незначительное утолщение столонов).
1 2 3 5 6 7
Рис. 3 Микроклубни Solanum tuberosum сортов украинской селекции:
ранних сортов - Серпанок (1) и Повинь (2), среднеранних - Обериг (3), среднеспелых -Калиновская (5) и Былина (6), среднепоздних - Червона Рута (7)
Группа спелости сортов картофеля не оказывала существенного влияния на формирование in vitro микроклубней. В каждой группе имелись сорта, как с высокой, так и со средней и низкой способностью формировать микроклубни. У всех изучаемых сортов индукция микроклубнеобразования происходила в первый месяц. Статистически достоверных закономерностей между растениями разных групп созревания не наблюдалось (табл.).
Таблица
Особенности образования микроклубней в зависимости от гентотипа
Сорта Инициация Образова- Средняя Продук- Распределение микроклубней
процессов клубнеобразования, день ние микроклубней, % масса тивность клубнеобразования, шт по фракциям, %
микроклубней, (мг) крупная, 8-10 мм средняя, 5-7 мм мелкая, до 5 мм
Ранние
Серпанок 18,3 75,3 148±12 1,1±0,02 15,2 50,5 34,3
Повинь 25,6 68,7 114±15 1,0±0,01 13,3 34,6 52,1
Среднеранние
Обериг 17,5 85,1 236±21 1,9±0,03 45,1 35,2 19,7
Зелёный Гай 19,9 92,8 363±20 1,7±0,01 25,4 43,7 30,9
Среднеспелые
Калиновская 21,3 81,6 270±12 2,1±0,02 38,7 39,2 22,1
Былина 19,1 81,4 178±17 1,2±0,04 30,2 41,5 28,3
Среднепоздние
Червона Рута 14,0 87,3 287±18 1,8±0,02 29,4 36,8 33,8
Джерело 16,7 77,4 218±14 1,4±0,03 20,0 36,1 43,9
Полесья
Стимулирующее влияние на процессы клубнеобразования имела среда МС, дополненная кинетином - 0,5-0,8 мг/л, ИУК - 0,1-0,2 мг/л, мезоинозитом - 100-110 мг/л, сахарозой - 4-9 %. Для сортов, склонных к клубнеобразованию in vitro, концентрация сахарозы составляла 4-6%, а для сортов, у которых эти процессы затруднены - 6-8% [2,4]. Максимальное число растений с клубнями наблюдали при содержании в среде кинетина 0,5-0,8 мг/л, при снижении или увеличении концентрации этих гормонов число микроклубней уменьшалось.
Наименьшее количество микроклубней сформировалось при 16 часовом фотопериоде, а дальнейшее культивирование в течение 1,5-2,0 месяцев в регулируемых условиях (14-16 часовом фотопериоде, освещённости 6000-8000 лк, температуре +20-
22°С) индуцировало прорастание формирующихся клубней. Уменьшение интенсивности освещённости привело к заметному увеличению образцов с микроклубнями. В условиях 8-часового фотопериода и регулируемой температуре +19-20°С первые 8-10 суток с последующим культивированием в условиях темноты, формировались мелкие микроклубни в небольшом количестве (рис.4). В условиях непрерывного темнового периода образование микроклубней практически не происходило.
Высокая интенсивность процессов микроклубнеобразования происходила первые 10-12 дней при 8-ми часовом фотопериоде, а в дальнейшем - при освещённости 3-4 клк (в условиях рассеянного света) и регулируемой температуре +19-21°С.
Рис. 4 Особенности клубнеобразования Solanum tuberosum при различных режимах освещённости
Для хранения собранных микроклубней в холодильной камере на протяжении 4-6 месяцев наиболее оптимальной была регулируемая температура +2-4°С. При этом к концу хранения образовывались небольшие ростки, которые не снижали высокой жизнеспособности клубней, которые затем высаживали в стерильный грунт (рис.4). Растения из микроклубней образовывали 1-2 стебля с 5-10 междоузлиями. Приживаемость растений колебалась в пределах 80-89 %.
Рис. 4 Проращивание микроклубней картофеля после длительного хранения
в условиях ex vitro
Учитывая естественный физиологический период покоя микроклубней, который искусственно продлевается за счет постоянного хранения образцов при низких положительных температурах (+2-40С), а затем замедленное прорастание микроклубней в этих условиях, беспересадочный цикл хранения образцов можно продлить на длительный период.
Выводы
В результате исследований было установлено влияние сортовых особенностей картофеля на процессы микроклубнеобразования. При этом сорта Обериг, Зеленый Гай, Червона Рута и Калиновская характеризовались наиболее высокой способностью к образованию микроклубней.
Подобраны оптимальные условия клубнеобразования для генотипов украинской селекции при выращивании на среде МС, дополненной кинетином в концентрации 0,50,8 мг/л, ИУК - 0,1-0,2 мг/л, мезоинозитом - 100-110 мг/л, сахарозой - 4-9 %. Инициация клубнеобразования у сортов Обериг, Зеленый Гай, Червона Рута и Калиновская происходила быстрее при выдерживании растений в условиях 8-часового фотопериода и регулируемой температуре +19-20°С первые 8-10 суток с последующим культивированием в условиях рассеянного света (3-4 клк).
Коллекция in vitro сохранялась в генобанке в условиях регулируемой температуры +2-4°C в виде микроклубней при отсутствии освещения на протяжении 46 месяцев.
Хранение в коллекции in vitro высокопродуктивных, адаптированных к местным климатическим и почвенным условиям сортов картофеля, различающихся по продолжительности вегетационного периода (по скороспелости) и назначению использования является важным этапом элитного семеноводства. Оптимизация условий индукции клубнеобразования картофеля имеет практическую направленность и является необходимой составной частью работы по изучению новых ценных форм растений этой культуры в культуре in vitro.
Список литературы
1. Аветисов В.А., Мелик-Саркисов О.С., Соболькова Г.И. Индукция микроклубнеобразования на регенерантах из каллусов картофеля // Сельскохозяйственная биология. - 1989. - № 5. - С. 26-28.
2. Гавриленко Т.А., Дунаева С.Е. и др. Стратегия сохранения генофонда вегетативно размножаемых сельськохозяйственных растений в контролируемых условиях среды в ВИРе // Биотехнология как инструмент сохранения биоразнообразия растительного мира: материалы VI Международной научно-практической конференции (Ялта, 12-17 октября 2014 г.). - Симферополь, 2014. - С.122.
3. Дерябин А.Н., Юрьева Н.О. Экзогенная регуляция клубнеобразования у Solanum tuberosum L. в культуре in vitro // Сельскохозяйственная биология. - 2010. -№ 3. - С. 17-25.
4. Коновалова Г.И. Использование биотехнологических методов и приемов в современном семеноводстве картофеля // Актуальные проблемы науки и техники. Вопросы картофелеводства. Науч. тр. М. - 2006. - С. 332-336.
5. Мирзохонова Г.О., Назарова Н.Н., Давлятназарова З.Б., Каримов Б.К., Алиев К.А. Гормональная регуляция инициации и роста клубней регенерантов картофеля in vitro // Известия АН РТ. - 2005. - № 3-4 (153). - С.45-51.
6. Остапенко Д.П., Мороз И.Х., Кононученко В.В., Резник В.С. Получение микроклубней картофеля in vitro и формирование элиты на их основе: метод.рекомендации. - Киев: Изд-во УНИИКХ, 1990. - 27 с.
7. Трускинов Э.В. Создание коллекции картофеля in vitro: итоги, проблемы, перспективы // Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. - 2007. - Т. 163. -С. 82-90.
8. Хромова Л.М. Каллусо- и морфогенез в культуре тканей картофеля // Исследования по клеточной селекции картофеля. - М., 1984. - С. 81 - 88.
9. .Яковлева Г.А., Коновалова Г.И., Подобед Н.И. О размножении картофеля микро- и миниклубнями // Известия Академии аграрных наук Республики Беларусь. -1999. - № 3. - С. 48-51.
10. Dobränszki J., K.Täbori, HudäkI., BenkebliaN., TennantP. In Vitro Tuberization in Hormone-Free Systems on Solidified Medium and Dormancy of Potato Microtubers
Magyarne //Potato I. Fruit, Vegetable and Cereal Science and Biotechnology. - 2008. - Is. 1. - P.82 - 94.
11. Ewing E.E., Struik P.C. Tuber formation in potato: induction, initiation, and growth //Struik Horticultural Reaiews. - 1992. - № 14. - Р. 89 - 198.
12. Murashige T., Skoog F. A revised medium for rapid growth and bioassays with tobacco cultures // Physiol. Plant. - 1962. - Vol.15. - Р. 473 - 497.
13. Sarkar D. The signal transduction pathways controlling in planta tuberization in potato: an emerging synthesis // Plant Cell Reports . - 2008. - Vol. 27. - P. 1 - 8.
Статья поступила в редакцию 09.09.2015 г.
Klyachenko O.L., Boroday V.V. Tuberization as a method to preserve a valuable gene pool of Solanum Tuberosum l. from Ukrainian selection being cultivated in vitro // Bull. of the State Nikit. Botan. Gard. - 2015. - № 116. - Р. 67 - 73.
The most favorable conditions of tuberization for different Solanum tuberosum gene pools from Ukrainian selection were determined in terms of the research. Initiation of tuberization was more intensive if plants were kept under conditions of 8-hours photoperiod and regulated temperature +19-20°C for the first 8-10 days with further cultivation under conditions of diffused light (3-4klux). Within research it became possible to investigate tuberization peculiarities of gene pools with different ripening terms, get microtubers of 3-11mm and 114-287mg and optimize regimes of microtubers medium-term storage.
Key words: Solanum tuberosum L; tuberization in vitro; microtubers; gene pool
ФИТОРЕАБИЛИТАЦИЯ ЧЕЛОВЕКА
УДК 547.913:634.334: 331.103.2:599.89
ВЛИЯНИЕ ДЫХАНИЯ ЭФИРНЫМ МАСЛОМ КОТОВНИКА КОШАЧЬЕГО В НИЗКОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ НА ПСИХОФИЗИОЛОГИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ
ПОЖИЛЫХ ЛЮДЕЙ
Валентина Валериевна Тонковцева, Тимур Рустемович Бекмамбетов, Надежда Николаевна Бакова, Александр Михайлович Ярош
1Никитский ботанический сад - Национальный научный центр 298648, Республика Крым, г.Ялта, пгт. Никита [email protected]
ЭМ котовника кошачьего не повлияло на психоэмоциональное состояние испытуемых. В корректурной пробе это ЭМ оказало небольшое стимулирующее влияние на умственную работоспособность и повысило её точность. У ЭМ котовника кошачьего обнаружено небольшое гипотензивное и брадикардическое действие.
Ключевые слова: эфирное масло; аромасеанс; ароматерапия; котовник кошачий; психорелаксационная запись; умственная работоспособность; психоэмоциональное состояние.
Введение
Эфирное масло (ЭМ) котовника кошачьего (Nepeta cataría L.) известно, прежде всего, как афродизиак [7]. У него обнаружено также спазмолитическое действие [6]. При концентрации ЭМ котовника кошачьего в атмосфере 1 мг/м3 наблюдается снижение личностной тревожности, улучшение общего состояния, самочувствия, настроения, работоспособности, на уровне тенденции повышались бодрость и внимательность [5].
