CC BY
432
УДК 635.21.631.527
РАЗМНОЖЕНИЕ СОРТОВ КАРТОФЕЛЯ В КУЛЬТУРЕ IN VITRO НА РАЗЛИЧНЫХ ПИТАТЕЛЬНЫХ СРЕДАХ
В.П. ХОДАЕВА, научный сотрудник (e-mail: kemniish@ mail.ru)
В.И. КУЛИКОВА, кандидат сельскохозяйственных наук, ведущий научный сотрудник
Кемеровский научно-исследовательский институт сельского хозяйства - филиал Сибирского федерального научного центра агробиотехнологий РАН, ул. Центральная, 47, п. Новостройка, Кемеровский р-н, Кемеровская обл., 650510, Российская Федерация
Резюме. Исследования проводили с целью оценки эффективности микроклонального размножения сортов картофеляЛюбава, Невский, Тулеевский, Удалец, Кузнечанка и Накра на питательных средах Мурасиге-Скуга (оригинальная, контроль), ВНИИКХ(снижено содержание сахарозы на 10 г/л и ИУК в 2 раза, отсутствует гиббереллиновая кислота, повышено содержание кинетина в 4 раза, добавлены ферруловая кислота и 8-гидрокси хинолин), УкрНИИКХ (снижено содержание сахарозы на 20 г/л и ИУК в 2 раза, повышено содержание гибберелина в 3 раза и кинетина в 2,5 раза, добавлен аденин и хлорогеновая кислота), Уайта (снижено содержание сахарозы на 10 г/л, без регуляторов роста), КемНИИСХ и КемНИИСХ-2 (отличались от контрольной повышенным содержанием гиббереллиновой кислоты, пониженным ИУК и сахарозы). На питательных средах, в состав которых входит геббереллиновая кислота с концентрацией более 1,0 мг/л (УкрНИИКХ, КемНИИСХи КемНИИСХ-2) высота растений in vitro сортов картофеля Любава, Тулеевский, Удалец, Кузнечанка увеличивалась на 7,6-24,1%, количество междоузлий у сортов Любава, Тулеевский, Удалец, Кузнечанка и Накра - на11,1-56,3%. Микроклональноеразмножение растений in vitro сортов картофеля Любава, Невский, Тулеевский, Удалец, Кузнечанка и Накра наиболее эффективно на питательных средах ВНИИКХ КемНИИСХи КемНИИСХ-2, на которых отмечено наименьшее количество растений с аномалиями - 3,6-15,7; 2,924,7 и 11,9-20,6%, соответственно, а коэффициент размножения составлял3,6-5,5,4,5-6,0и3,8-5,2.
Ключевые слова: картофель, питательная среда, микроклональ-ное черенкование, растения in vitro, высота растений, количество междоузлий, аномалии, коэффициент размножения. Для цитирования: Ходаева В.П., Куликова В.И. Размножение сортов картофеля в культуре in vitro на различных питательных средах //Достижения науки и техники АПК. 2016. Т.30. №10. С. 66-68.
В современных условиях производства картофеля широкое использование семян высших репродукций для сортосмены - основной путь поддержания продуктивных качеств и внедрения новых сортов в производство. Оригинальное семеноводство картофеля Кемеровского НИИСХ -филиала СФНЦА РАН основано на использовании сортов, созданных в институте. На первоначальном этапе ускоренного размножения оздоровленных меристемных растений в учреждении применяется метод микроклонирования в культуре in vitro [1].
Главным критерием оценки эффективности микроклональ-ного размножения считается хорошее развитие растений из черенков, без аномалий в органогенезе, с хорошими биометрическими показателями (высокая биомасса, сформированные черенки, листочки, развитые корни). Основные факторы, обусловливающие параметры роста и развития микрорастений, - сортовые особенности и состав питательной среды [2, 3].
При работе с картофелем необходим специальный подбор ингредиентов сред для достижения поставленной цели. Так, в опытах Федоровой Ю.Н. и Федоровой Л.Н. у сортов Наяда и Загадка Питера более активный рост растений в высоту происходил на среде Мурасиге-Скуга с концентрацией минеральной части У и содержанием гиббереллина 1 мг/л [4]. В исследованиях Ми-шурова В.П. и соавторов увеличение дозы вводимого кинетина способствовало повышению числа листьев и междоузлий у сорта Адретта, по сравнению с контролем (стандартная питательная среда), на 13% [5].
В работе Назаровой Н.Н. при культивировании растений in vitro и столонов на среде Мурасиге-Скуга с добавлением 3-8% сахарозы, 0,1-1,0 мг/л кинетина, 0,1-0,5 мг/л а-нафтилуксусной кислоты обнаружены существенные различия по количеству морфологически измененных регенерантов. При регенерации растений из столонов в культуре in vitro сортов Жуковский ранний, Пикассо, Невский, Муминобад и Файзабад доля аномальных регенерантов с отставанием в росте, альбинизмом, недоразвитыми листовыми пластинками и корневой системой составила 8-10%, что было почти в 3 раза меньше, чем у растений in vitro. Автор связывает это с мутационным эффектом культуральной среды, так как продолжительность регенерации столонов в культуре составляет не более 3 пассажей, в то время как для получения растений in vitro она достигает 7-10 пассажей, что и увеличивает выход аномальных регенерантов [6].
Общий недостаток микроклонального размножения заключается в том, что при массовом размножении сразу нескольких сортов в культуре in vitro наблюдается различная сортовая реакция растений на стандартную питательную среду. Это часто приводит к значительному ухудшению роста и развития растений in vitro (ветвление, отмирание верхушек, образование каллуса), снижению коэффициента размножения [7, 8].
Необходимость изучения этого вопроса связана с тем, что быстрое размножение безвирусного материала картофеля до необходимого объема ускорит внедрение районированных сортов в производство.
Цель исследований - оценка эффективности микроклонального размножения сортов картофеля на различных питательных средах.
Условия, материалы и методы. Исследования проводили в лаборатории селекции, биотехнологии и агротехники картофеля Кемеровского НИИСХ - филиа-
Таблица 1. Особенности питательных сред для микроклонального размножения растений in vitro, мг/л
Компонент питательной среды Питательная среда
М-С (контроль) ВНИИКХ Укр НИ-ИКХ Уайта Кем НИ-ИСХ Кем НИИСХ-2
Сахароза 30000 20000 10000 20000 10000 10000
Регуляторы роста
Гиббереллин (гиббереллиновая
кислота) 1,0 - 3,0 - 3,0 1,5
Кинетин 0,01 0,04 0,25 - - -
Аденин - - 0,25 - - -
ИУК (индолил-3-уксусная кис-
лота) 2,0 1,0 1,0 - 1,0 1,0
Феруловая кислота - 0,02 - - - -
8-гидроксихинолин - 0,3 - - - -
Хлорогеновая кислота - - 0,05 - - -
Таблица 2. Влияние модификации питательной среды на развитие микрорастений в культуре in vitro
Показатель Вариант питательной среды (фактор В)
М-С (контроль) ВНИИКХ Укр НИИКХ Уайта Кем НИИСХ Кем НИИСХ-2
Любава контроль < фактор А)
Высота растений, см 7,9 7,4 9,6 5,7 9,0 8,5
Число междоузлий, шт. 3,8 3,8 4,4 2,7 4,3 4,5
Невский
Высота растений, см 7,2 6,1 6,3 4,8 7,5 7,0
Число междоузлий, шт. 3,4 3,1 3,3 2,2 3,5 3,3
Тулеевский
Высота растений, см 8,3 8,6 9,2 5,4 10,2 9,4
Число междоузлий, шт. 3,8 4,6 4,3 2,3 4,8 4,6
Удалец
Высота растений, см 7,9 6,8 7,3 5,5 9,8 9,6
Число междоузлий, шт. 3,5 3,1 4,1 2,2 4,2 4,2
Кузнечанка
Высота растений, см 8,1 6,6 8,5 4,4 9,7 9,3
Число междоузлий, шт. 3,5 3,1 4,1 2,2 4,2 4,2
Накра
Высота растений, см 5,7 3,5 3,7 2,5 5,5 5,5
Число междоузлий, шт. 2,7 2,3 2,7 1,7 3,5 3,0
НСР„ высота растений, см 49%
Фактор А 0,79 доля влияния фактора А
Фактор В 0,79 фактора В 42%
НСР05 междоузлий, шт.
Фактор А 0,41 доля влияния фактора А 34%
Фактор В 0,41 фактора В 52%
ла СФНЦА РАН в 2007-2010 гг. Объекты исследований сорта картофеля Любава, Тулеевский, Удалец, Невский, Кузнечанка, Накра, питательные среды.
Схема опыта предусматривала изучение следующих агаризированных питательных сред: М-С - Мурасиге-Скуга (контроль); ВНИИКХ - Всероссийского научно-исследовательского института картофельного хозяйства; УкрНИИКХ - Украинского научно-исследовательского института картофельного хозяйства; Уайта; КемНИИСХ -Кемеровского научно-исследовательского института сельского хозяйства; КемНИИСХ-2 - модифицированная среда Кемеровского научно-исследовательского института сельского хозяйства.
В питательных средах КемНИИСХ и КемНИИСХ-2, по сравнению с контрольным вариантом (среда Мурасиге-Скуга), было снижено содержание ИУК и сахарозы, увеличена концентрация гиббереллиновой кислоты, отсутствовал кинетин (табл. 1). Состав питательных сред ВНИИКХ (снижено содержание сахарозы, ИУК, отсутствует гиббереллиновая кислота, повышена концентрация кинетина, добавлены ферруловая кислота и 8-гидрокси хинолин), УкрНИИКХ (снижено содержание сахарозы, ИУК, повышена концентрация гибберелина, кинетина, добавлен аденин и хлорогеновая кислота) и Уайта (снижено содержание сахарозы, регуляторы роста отсутствуют) взят по рекомендациям ВНИИКХ (1990 г.) без изменений.
Работы, связанные с приготовлением питательных сред, микрочеренкованием и выращиванием растений in vitro проводили согласно рекомендациям ВНИИКХ [9].
Оздоровленные методом апикальных меристем растения размножали в стерильныхусловиях, от каждого растения было взято максимально возможное количество черенков (3-8 шт. с одного растения). Растения в культуре in vitro культивировали при температуре 20-23 0С, относительной влажности воздуха 70-80%, освещенности 5-8 тыс. лк, с фотопериодом 16 ч. Через 18-20 дн. проводили учеты и наблюдения по вариантам опыта. Определяли высотурастений, число междоузлий, коэффициент размножения и количество микрорастений с аномалиями в росте и развитии.
Учитывали следующие аномалии растений in vitro: ветвление стеблей (при регенерации из черенков вместо
одного стебля образуется два и более неразвитых стебля); неразвитые растения (с тонким стеблем, мелкой, свернутой листовой пластиной); образование каллуса на стеблях; изменение окраски растений.
Статистическую обработку экспериментальных данных проводили по методике, изложенной в пособии Б.А. Доспе-хова [10], и с использованием программы Снедекор [11].
Результаты и обсуждение. При ускоренном размножении в пробирочной культуре основные качественные и количественные показатели хорошего развития микрорастений - их высота и число сформированных междоузлий. В наших исследованиях на питательных средах УкрНИИКХ, КемНИИСХ и КемНИИСХ-2 с содержанием геббереллина 3 мг/л, 3 мг/л и 1,5 мг/л отмечен более активный рост растений. Высота растений сорта Любава увеличивалась, по сравнению с контролем, на 7,6-21,2%, Тулеевский - на 10,8-22,9%, Удалец - на 21,5-24,1%, Кузнечанка - на 4,9-19,8%, количество междоузлий - на 13,2-18,4%, 13,2-26,3%, 53,1-56,3% и 17,1-20,0%, соответственно (табл. 2).
Растения сорта Невский на увеличение содержания гиббереллиновой кислоты не отзывались, высота и количество междоузлий на питательных средах КемНИИСХ и КемНИИСХ-2 у них остались на уровне контроля. У сорта Накра на этих средах образовалось наибольшее количество междоузлий - 3,5 и 3,0 шт., соответственно.
Отсутствие регуляторов роста в питательной среде Уайта привело к снижению высоты растений in vitro изучаемых сортов картофеля, в сравнении с контролем, в 1,4-1,8 раза, числа междоузлий - в 1,4-1,7 раза.
Установлена высокая положительная корреляция между высотой растений in vitro и количеством сформированных междоузлий на всех вариантах питательных сред (r = 0,84-0,98, R = 0,82).
По всем изучаемым сортам наибольший коэффициент размножения (4,5-6,0) отмечали на питательной среде КемНИИСХ (табл. 3). Кроме того, достаточно высокой была величина этого показателя на питательных средах ВНИИКХ - 3,6-5,5, УкрНИИКХ - 4,1-5,1 и КемНИИСХ-2 -
Таблица 3. Коэффициент размножения растений in vitro
Сорт (фактор Питательная среда ф Ьактор В)
М-С (контроль) ВНИ- Укр Уай- Кем Кем НИ-ИСХ-2
А) ИКХ НИИКХ та НИИСХ
Любава 4,6 4,9 4,1 3,6 5,8 4,2
Невский 4,3 4,5 4,1 3,4 4,8 4,5
Тулеев-
ский 4,6 5,5 4,5 3,5 6,0 4,5
Удалец 5,0 5,0 5,1 3,8 5,4 5,2
Кузне-
чанка 4,3 3,6 4,9 3,1 5,2 4,1
Накра 4,2 3,7 4,1 2,8 4,5 3,8
НСР05 фактор А - 0,43 доля влияния фактора А - 19%,
НСР05 фактор В - 0,43 доля влияния фактора В - 61%
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
Любава контроль
Невский Тулеевский Удалец Кузнечанка Накра
Рисунок. Количество растений in vitro картофеля с аномалиями,%: Г Щ - М-С (контроль); £ - ВНИИКХ; Цд - УкрНИИКХ; Щ - Уайта; Г]^ - КемНИИСХ; Г""] - КемНИИСХ-2.
3,8-5,2. Корреляционный анализ показал тесную взаимосвязь между количеством междоузлий и коэффициентом размножения на сортах Невский, Тулеевский, Удалец, Кузнечанка, Накра (r = 0,69-0,89, R = 0,58).
Минимальное в опыте количество растений с аномалиями (3,6-15,7%) отмечено на питательной среде ВНИИКХ (см. рисунок), в составе которой отсутствует гиббереллиновая кислота, но присутствует кинетин в концентрации 0,04 мг/л, феруловая кислота - 0,02 мг/л и 8-гидрокси хинолин - 0,3 мг/л. На питательных средах КемНИИСХ и КемНИИСХ-2 количество микрорастений с отклонениями в росте и развитии было меньше, чем в контроле, на 4,5-60,8 и 12,5-49,5%, соответственно. Максимальное количество
растений с отклонениями в росте и развитии при микро-клональном размножении изучаемых сортов картофеля отмечено в культуре in vitro на безгормональной среде Уайта. На наш взгляд, такая ситуация связана с тем, что в ее составе отсутствуют регуляторы роста.
Выводы. Микрокло-нальное размножение на питательных средах с содержанием геббереллино-вой кислоты с концентрацией более 1,0 мг/л (УкрНИИКХ, КемНИИСХ и КемНИИСХ-2) способствует увеличению высоты растений in vitro сортов картофеля Любава, Тулеевский, Удалец, Кузнечанка на 7,6-24,1%, а также количества междоузлий у сортов Любава, Тулеевский, Удалец, Кузнечанка и Накра - на 11,1-56,3%.
Наибольший коэффициент размножения растений in vitro сортов картофеля Любава, Невский, Тулеевский, Удалец, Кузнечанка и Накра отмечен на питательных средах ВНИИКХ - 3,6-5,5; КемНИИСХ - 4,5-6,0; КемНИИСХ-2 - 3,8-5,2. В этих же вариантах установлено наименьшее количество растений с аномалиями 3,615,7%, 2,9-24,7% и 11,9-20,6%, соответственно.
Литература.
1. Оригинальное семеноводство картофеля в условиях Кемеровской области/Н.А. Лапшинов, В.И. Куликова, Л.С. Анош-кина, В.П. Ходаева, Т.В. Рябцева // Картофелеводство: сб. науч. тр. / под ред. С.А. Турко и др. Минск: РУП «Науч.-практ. центр НАН Беларуси по картофелеводству и плодоовощеводству». 2013. Т. 21. Ч.2. С. 81-90.
2. Технология производства исходного семенного материала картофеля/ А.И. Адамова, С.А. Банадысев, А.О., Г.И. Коновалова, З.А. Семенова // Картофелеводство. Минск: «Мерлит», 2002. Вып. 11. С. 187-225.
3. Бабаев С.А., Амренов Б.Р., Токбергенова Ж.А. Современное состояние семеноводства картофеля в Казахстане// Картофелеводство: сб. науч. тр. / под ред. В.Г. Иванюк и др. Минск: РУП «Науч.-практ. центр НАН Беларуси по картофелеводству и плодоовощеводству», 2008. Т.15. С. 14-19.
4. Федорова Ю.Н., Федорова Л.Н. Изучение динамики роста междоузлий у микро растений картофеля в условиях in vitro // Картофелеводство: результаты исследований, инновации, практический опыт. Материалы научно-практической конференции и координационного совещания «Научное обеспечение и инновационное развитие картофелеводства» /под ред. Е.А. Симакова. М.: ГНУ ВНИИКХ Россельхозакадемии. 2008. Т. 1. С. 360-364.
5. Мишуров В.П., Семенчин СМ., Ромашко Н.П. Сравнительная оценка сортов оздоровленного картофеля в республике Коми на севере //Картофелеводство: Сборник научных трудов. Материалы координационного совещания и научно-практической конференции, посвященной 120-летию со дня рождения А.Г. Лорха/под. ред. Е.А. Симакова. М.: ГНУ ВНИИКХРоссельхозакадемии, 2009. С. 221-230.
6. Назарова Н.Н. интенсификация производства оздоровленного картофеля с применением биотехнологии столоновых культур: автореферат диссертации на соискание учёной степени доктора сельскохозяйственных наук. Душанбе. 2014. 43 с.
7. Семенчин С.А. Совершенствование состава питательной среды при ускоренном размножении оздоровленного материала картофеля in vitro //Тезисы докл. XIV Коми респ. молодеж. науч. конф. Актуал. пробл. биологии и экологии. Сыктывкар, 2000. Т.2. С. 195-196.
8. Эрастова М.А. Влияние способов получения исходного материала на количественный выход и качество оригинального семенного картофеля в условиях северо-западного региона: автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук. М., 2009. 24 с.
9. Безвирусное семеноводство картофеля: рекомендации/Л.Н. Трофимец, В.В. Бойко, Б.В. Анисимов и др. М.: ВО «Агро-промиздат», 2000. 32 с.
10. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследований)/5-е изд., доп. и перераб. М.: Агропромиздат, 1985. 351 с.
11. Сорокин О.Д. Прикладная статистика на компьютере / Краснообск: ГУП РПО СЩ РАСХН, 2004. 162 с.
REPRODUCTION OF POTATO CULTIVARS IN VITRO ON DIFFERENT NUTRIENT MEDIA
V.P. Khodaeva, I.V. Kulikova
Kemerovo Research Institute of Agriculture - the branch of Siberian Federal scientific center of agrobiotechnology the Russian Academy of Sciences, ul. Tsentral'naya, 47, p. Novostroika, Kemerovskii r-n, Kemerovskaya obl., 650510, Russian Federation Summary. The study was carried out to assess the efficiency of micropropagation of potato cultivars Lyubava, Nevskii, Tuleevskii, Udalets, Kuznechanka and Nakra on different culture media. The media were: MS (original control), VNIIKKh (the content of sucrose is reduced at 10 g/l and IAA - 2 times, no gibberellic acid, content of kinetin is increased 4 times, 0.02 mg/l ferulic acid and 8-hydroxy quinoline are added), UkrNIIKKh (the content of sucrose is reduced at 20 g/l and IAA - 2 times, the content of gibberellin is increased 3 times and kinetin -2.5 times, adenine and chlorogenic acid are added), White (the content of sucrose is reduced at 10 g/l, without growth regulators), KemNIISKh and KemNIISKh-2 (were differed from the control by higher content of gibberellic acid). On nutrient media with the content of gibberellic acid more 1.0 mg/l (UkrNIIKKh, KemNIISKh and KemNIISKh-2) the height of potato plants cv. Lyubava, Tuleevskii, Udalets, Kuznechanka in vitro increased by 7.6-24.1%, the number of internodes in varieties Lyubava, Tuleevskii, Udalets, Kuznechanka and Nakra grew by 11.156.3%. In vitro micropropagation of potato plants cv. Lyubava, Nevskii, Tuleevskii, Udalets, Kuznechanka and Nakra was most effective on nutrient media VNIIKKh, KemNIISKh and KemNIISKh-2, where the least number of plants with anomalies was noted (3.6-15.7, 2.9-24.7 and 11.9-20.6%, respectively); the propagation coefficient was 3.6-5.5, 4.5-6.0 and 3.8-5.2, correspondingly.
Keywords: potato, nutrient medium, microclonal propagation, plants in vitro, plant height, number of internodes, anomalies, propagation coefficient.
Author Details: V.P. Khodaeva, research fellow (e-mail: [email protected]); I.V. Kulikova, Cand. Sc. (Agr.), leading research fellow For citation: Khodaeva V.P., Kulikova I.V. Reproduction of Potato Cultivars in Vitro on Different Nutrient Media. Dostizheniya nauki i tekhnikiAPK. 2016. V.30. No. 10. Pp. 66-68 (in Russ.).
