CC BY
21
ЗАЩИТА РАСТЕНИЙ
&-
Сск 10.24412/0044-3913-2024-5-37-42 УДК 633.491:632.3
Современные способы освобождения сортов картофеля от вирусов (обзор)
Е. В. ОВЭС1, доктор сельскохозяйственных наук, зав. отделом (e-mail: [email protected]) Н. А. ГАИТОВА1, кандидат сельскохозяйственных наук, ведущий научный сотрудник К. Т. ЕТДЗАЕВА1, младший научный сотрудник
С. М. СТОЯНОВА2, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент
Федеральный исследовательский центр картофеля имени А. Г Лорха, ул. Лорха, 23, пос. Красково, Люберецкий р-н, Московская обл., 140051, Российская Федерация приднестровский государственный университет имени Т. Г. Шевченко, ул. 25 Октября, 128, Тирасполь, 3300, Республика Молдова
Исследования проводили с целью изучения лучших отечественных и международных практик по производству in vitro материала картофеля, свободного от вирусной инфекции. Рассмотрены биотехнологические методы, используемые в культуре ткани для освобождения сортов картофеля от вирусов и проведен анализ применяемых меристемно-тканевых процедур в процессе элиминации фитопатогенов. Результативность работы по освобождению сортов от вирусов зависит от степени зараженности. Сорта, задействованные в процесс оздоровления, в большинстве случаев, содержат комплексную инфекцию. Для получения in vitro материала, свободного от вирусов, меристемно-тканевые процедуры применяют в несколько этапов. Такой подход позволяет проводить частичное освобождение сортов картофеля от вирусов на основе подбора наиболее эффективного метода терапии. В большинстве случаев при наличии идентичной инфекции в разных сортах картофеля и применения одинаковых протоколов освобождения от вирусов не удается получать биоматериал, свободный от инфекций. Для более эффективной работы в этом направлении приходится составлять дифференцированные программы оздоровления сортов, которые включают как отдельные методы терапии, так и их комплексное использование. Способы и сроки получения эксплантов, свободных от вирусов, зависят от сортовых особенностей. При этом важным технологическим элементом в процессе оздоровления картофеля от фитопатогенов выступает проведение сравнительной оценки меристемных линий по хозяйственно-ценным признакам.
Ключевые слова: картофель (Solanum tuberosum), меристемный апекс, освобождение сортов от вирусов, меристемные технологии, термотерапия, химиотерапия, криотерапия, электротерапия, комплексная терапия.
Для цитирования: Современные способы освобождения сортов картофеля от вирусов (обзор)/ Е. В. Овэс, Н. А. Гаитова, К. Т. Етдза-ева и др.//Земледелие. 2024. № 5. С. 37-42. doi: 10.24412/0044-3913-2024-5-37-42.
Картофель относится к сельскохозяйственным культурам, которые в сильной степени поражаются фито-патогенами различной этиологии, при этом вирусные болезни выступают наиболее вредоносными. Эта культура подвергается заражению более 40 разновидностей вирусов, однако серьезное экономическое воздействие на картофель оказывают немногие из них.
Вегетативное размножение картофеля способствует передаче вирусной инфекции из поколения в поколение контактным путем или переносчиками [1, 2, 3]. Накопление вирусной инфекции в семенном картофеле приводит к снижению урожайности и отражается на показателях производственно-экономической деятельности [1, 4, 5]. Потери урожая клубней в результате воздействия различных заболеваний зависят от степени распространения вирусных болезней, их комплексного взаимодействия и варьируют в широких пределах - от 10 до 80 %. Из-за негативных воздействий вирусов растения становятся более восприимчивыми к другим фитопатогенам [б, 7].
В семеноводстве картофеля контролируют наличие 6 наиболее распространенных и вредоносных вирусов: морщинистая и полосчатая мозаики (УВК), обыкновенная мозаика (SBK), мозаичное закручивание (МВК), крапчатая мозаика (ХВК), складчатая мозаика (АВК) и скручивание листьев (ВСЛК). Вирусы SBК и МВК в семеноводстве картофеля относятся к категории легких, но в процессе освобождения от инфекций сложно получить свободные от них меристемы, особенно в случаях комплексного их присутствия в биоматериале. Высокой вирулентностью во всем мире характеризуется У- вирус картофеля, у которого идентифицировано 4 штамма, и они обладают различной патогенностью.
Для культуры картофеля осуществление меристемно-тканевых процедур по освобождению сортов от вирусов имеет стратегическое значение [8, 9, 10]. Применяемые в современной биотехнологии методы по освобождению сортов картофеля от вирусов позволяют вычленять апексы, свободные от инфекций, однако проведение меристемно-тканевых работ - трудоемкая задача, требующая высокой квалификации.
В семеноводстве картофеля альтернативы использования исходного in vitro материала, свободного от инфекций вирусного, бактериального и виро-идного происхождения, не существует [Ii, 12, 13]. Базовой платформой для задействования сорта в семеноводческий процесс служит использование in vitro материала. На этой основе построена вертикаль производства различных категорий семенного картофеля во всем мире. Распространенность нового селекционного достижения в первую очередь зависит от наличия исходного материала в виде микрорастений и программ тиражирования in vitro для ускоренного размножения и получения мини-клубней.
Современные требования, предъявляемые к различным категориям семенного картофеля, регламентируют содержание вирусов в посадочном материале. Их идентификация проводится на основе применения высокочувствительных методов диагностики [5, 7].
Цель исследований - анализ лучших отечественных и международных практик по применению биотехнологических методов в процессе оздоровления и получения in vitro материала картофеля, свободного от вирусной инфекции.
Для выполнения исследований проведена проработка аналитической информации и научных публикаций, размещенных в базах данных: РИНЦ, Scopus, Web of Science, Springer. Публикации выбраны из открытых источников за период 2001-2023 гг Поиск вели по следующим ключевым словам: картофель, мери-стемный апекс, освобождение сортов от вирусов, термотерапия, меристем-ные технологии, международный опыт, meristem technologies, thermotherapy, chemotherapy, cryotherapy, electrotherapy, complex therapy. Отбирали и анализировали все источники по направлению исследований. з
В качестве стандартного метода | для оздоровления сортов картофеля л от вирусов признается применение д культуры меристем. Апикальная ме- Л ристема представляет собой конус s активно делящихся клеток высотой z 100.. .200 мкм (0,1.. .0,2 мм) и обычно ю свободна от вирусной инфекции [6, 14]. 2 В порядке исполнения такую меристе- о му сложно вычленить без повреждения. 4
От размера снятого апекса будет зависеть количество регенерирующих меристем и степень их чистоты от инфекций в латентной форме [10, 15]. На практике маленькие меристемы оказываются нежизнеспособными, большие - зараженными. Вероятность получения свободного от инфекции апекса повышается с уменьшением размера вычленяемого экспланта [16, 17]. Исследования G. Loebenstein [18] показывают, что наиболее эффективным для оздоровления выступает апикальный апекс 0,1 мм. Придерживаться такого размера автор рекомендует в случаях присутствия комплексной инфекции вирусов ХВК, SBK и МВК. При наличии моноинфекции в биоматериале автор допускает увеличение меристемного апекса до 0,4 мм, указывая на то, что, по результатам проведенных исследований, с увеличением размера экспланта до 0,8 мм автору удалось получить регенеранты, свободные от АВК. Однако, по мнению Q. Wang, et al. [19], вычленение и культивирование меристем 0,1 мм может привести к нежелательным самоклональным вариациям. Ненаследственные отклонения проявляются в виде смещения фенологических фаз и варьирования продуктивности растений [20, 21].
На основании проводимого многолетнего отбора в селекционных питомниках на практике новые сорта картофеля редко содержат моноинфекцию. Чаще всего перспективные сорта, поступившие на оздоровление, содержат два и более вирусов [22, 23]. При оценке 18 сортов картофеля из полевой коллекции Полярной опытной станции ВИР Е. С. Беспаловой и др. [22] идентифицировано присутствие от 3 до 5 вирусов в каждом сорте. Наиболее встречаемыми оказались вирусы ХВК (100 %), SBK (100 %) и АВК (89 %). В результате выполненных работ по освобождению 10 сортов картофеля от вирусов в ФИЦ картофеля имени А. Г Лорха 90 % образцов содержали комплексную инфекцию. Моноинфекция в виде присутствия вируса SВК была обнаружена в сорте Яку-тянка, который был создан в условиях низкого инфекционного фона Республики Саха (Якутия). В остальных образцах преобладало комплексное присутствие вирусов МВК и Y8K (70 %) [23]. В контрастных условиях высокого инфекционного фона Самарской области наиболее распространенными оказались вирусы Y^, МВК и SВК [24], на Дальнем Востоке в Приморском крае - >ВК, ВСЛК, SВК и МВК [25]. При этом авторы «¡г указывают, что большинство вирусов на-q ходились в латентной форме и форми-n ровали комплексную инфекцию.
Для повышения эффективности Z оздоровления картофеля применяют | сочетание метода верхушечной меристемы с терапевтическим воздействи-
4 ем на биоматериале. Среди наиболее
5 распространенных способов освобож-| дения от вирусов выступают термо-, M химио- и криотерапия, менее популярна
электротерапия. В качестве биоматериала для проведениятерапии используют клубни, вегетирующие кусты, ростки, стебли, микрорастения, микроклубни.
Тепловая обработка вызывает инактивацию вирусов и ингибирует их развитие. Температура термической инактивации вирусов колеблется от 55 до 76 °C. В процессе воздействия на биоматериал высоких температур происходит блокирование синтеза РНК, репликация вирусов снижается, на основе чего движение вируса к быстрорастущей апикальной меристеме уменьшается.
Для культуры картофеля максимальный температурный уровень для проведения термотерапии составляет +38 °C, длительность ее проведения зависит от сортовых особенностей и составляет 3-4 недели. Теоретически считается, что в таких условиях репликация вируса задерживается, он не проникает в апикальные клетки ростка. Вычленение апекса из материала, прошедшего термотерапию повышает выход меристем, свободных от вирусов. [26, 27].
Традиционно термотерапию проводят на клубнях картофеля. Температурный диапазон определяется индивидуально для каждого сорта в связи с присутствующей угрозой высыхания верхушек ростков при оптимальном режиме. На практике температурный диапазон термотерапии клубней составляет +36...+37 °C.
Результативность освобождения сортов картофеля от вирусов с использованием термотерапии в значительной степени зависит от сорта, разновидности присутствия вирусной инфекции и продолжительности тепловой обработки биоматериала. В результате освобождения картофеля от вирусов ВСЛК и W Wang M. R., et al.
[28] получили до 90.93 % меристем-ных линий, свободных от инфекций, что оказалось в 1,3.1,4 раза больше, по сравнению с вычленением меристем без проведения термотерапии.
Исследования О. В. Бычковой и др.
[29] по использованию термотерапии на микроклубнях также доказали положительные результаты. С применением этого способа удалось элиминировать не только моноинфекцию, но и их комплексное присутствие АВК+ХВК, МВК+ХВК, МВК+ХВ^ВК. В результате проводимой работы были получены от 25 до 50 % регене-рантов, свободных от вирусов.
Перспективным методом освобождения сортов картофеля от вирусов выступает термотерапия микрорастений. Для этой цели применяют специализированные инкубаторы с установленными фито-и термо- режимами. В таких условиях рост апикальной части биоматериала проходит при оптимальной температуре +37,5.38,0 °C [23]. Поддерживать высокий температурный диапазон позволяет сохранение влажности воздуха в культу-ральном сосуде (70.80 %.). Такие растения менее подвержены высыханию
и выход здоровых меристем возрастает в 1,5.2,0 раза, по сравнению с термотерапией клубней. В последние годы в процессе проведения термотерапии растений in vitro практикуется чередование дневных (40 °C) и ночных (28 °C) температур при 16 ч периоде. J. C. Bettoni, et al. [30] показали, что эффективность такого подхода прослеживается только в процессе комбинирования нескольких методов оздоровления. Применение микрорастений в качестве биоматериала для оздоровления позволяет планировать и проводить круглогодично меристемно-тканевые процедуры по освобождению сортов от вирусов. Использование в работе других органов растения картофеля характеризуется периодичностью, увеличивает срок выполнения работы и получения свободных от вирусов эксплантов.
Термическая чувствительность некоторых вирусов ниже, чем у растительных клеток. Удаление вируса картофеля с использованием термотерапии проявляется избирательно, если оно неэффективно в отношении сферических вирусов [31]. Тем не менее, с точки зрения выживаемости меристем и количественного выхода эксплантов лучшие результаты можно получить при сочетании термо- и химиотерапии [10, 27, 32].
Химиотерапия предусматривает освобождение биоматериала от вирусов на основе применения противовирусных химических веществ. В процессе оздоровления сортов картофеля от вирусных инфекций применяют: рибаве-рин, хитозан, циклоферон, интерферон, ацикловир, цитарабин, зидовудин и др. На практике существуют различные модели их сочетания, но механизм действия антивирусных средств идентичен и направлен на ингибирование синтеза вирусной РНК. Применение экзогенных антивирусных препаратов приводит к снижению титров вирусов, что способствует получению свободного от инфекции апекса.
Наиболее распространенным препаратом в процессе проведения химиотерапии выступает рибаверин. Его применяют в различных концентрациях от 50 до 400 мг/л. В исследованиях G. Loebensten [18] и R. Kumar [33] показано, что низкие концентрации ри-баверина способны элиминировать вирусы АВК, SBK и YBK, в то время как ВСЛК и МВК требуют на биоматериале применения более высоких доз и даже проведения несколько субкультур. Аналогичные результаты были получены хорватскими учеными S. Keresa, et al. [34] в процессе освобождения сорта картофеля Бриньяк с применением ри-боверина в концентрациях 50 и 100 мг/л от вирусов SBК и МВК. По результатам проводимых исследований, независимо от применяемой концентрации рибове-рина, результат по элиминации вируса SBК составил 33 %, в то время как освободить растительный материал от МВК не удалось. Авторы также указывают, что
освободить биоматериал от вируса БВК в растительном материале, содержащем комплексную вирусную инфекцию БВК+МВК было проще, чем при его присутствии в виде моноинфекции.
В процессе оздоровления трех сортов картофеля от вирусов АВК, БВК и МВК с использованием рибоверина (100 мг/л) J. С. ВеНст, й а1. [30] отмечают, что выход меристем, свободных от инфекции, зависел от сорта и присутствия вирусов и варьировал от 20 до 100 %. При освобождении сортов картофеля от УВК с использованием высоких концентраций рибаверина (200 и 400 мг/л) и ацикловира (400 и 800 мг/л) М. N. №к, е1 а1. [35] пришли к выводу, что противовирусные соединения снижают содержание инфекции в биоматериале и могут быть использованы как ингибиторы репликации вируса, но присутствие инфекции остается.
В результате проведения химиотерапии наиболее эффективным оказалось чередование химических препаратов и их концентраций. На основе использования в процессе оздоровления рибо-верина и хитозана и последовательном комбинированном увеличении невысоких концентраций И. В. Ким с соавт., [36] и Е. В. Шищенко [37] получили регене-ранты, свободные от вирусов, при наличии в перспективном сорте комплексной инфекции. В. И. Куликова с соавт., [38] применяли сочетание препаратов виразол 0,01 % + хитозан 0,05 % + интерферон 0,05 % с циклофероном 0,05 %. Такой способ освобождения от вирусов позволил получить до 50 % меристем, свободных от инфекций.
Проводимые исследования по химиотерапии выявили обратно пропорциональную зависимость между возможностью элиминации вируса и способностью растений к регенерации. Низкая регенеративная способность при высокой концентрации препарата обусловлена фитотоксическим действием рибоверина. Тем не менее, результативность проводимой работы находится в прямой зависимости от размера вычлененного апекса.
Эффективность элиминации вируса антивирусными препаратами пропорциональна их концентрации и форме их применения. При этом важной особенностью в результате проведения химиотерапии остается контроль регене-рантов на генетическую изменчивость.
Освобождение картофеля от вирусов в самый короткий срок возможно в результате применения криотерапии. В процессе проведения этой технологической процедуры используются методы быстрого замораживания, аналогичные криоконсервации. В последние годы наиболее эффективен метод дроплет-витрификации, основанный на использовании методов витрифи-кации (обработка криопротектором в пробирке) и дроплет-замораживания (погружение биоматериала в капли среды с криопротектором) [39].
Криотерапия выступает эффективным методом освобождения сельскохозяйственных культур от патогенных микроорганизмов различной этиологии: вирусы, фитоплазмы, бактерии и др. В процессе замораживания растительного материала способны выжить только клетки, которые менее дифференцированы, имеют большое соотношение нуклеоцитоплазмы и содержат меньше свободной воды. В этой связи при погружении биоматериала в жидкий азот (-196 °C) жизнеспособность сохраняет только верхний апекс, клетки нижних ярусов погибают [40, 41, 42]. Такое преимущество позволяет при выполнении меристемно-тканевых процедур вычленять апексы, свободные от вирусов. В плане практического исполнения криотерапия выступает наиболее простым методом для освобождения картофеля от вирусов.
Оздоровление картофеля от вирусов с применением криотерапии - очень важный и доступный способ освобождения от вирусов образцов картофеля, поддерживаемых в генетических коллекциях [33, 42, 43]. При этом среди исследователей существуют различные точки зрения о результативности элиминации вирусов на основе криотерапии.
По результатам исследований Ю. В. Ухатовой [44] эффективность проведения криогенной процедуры по освобождению картофеля от вирусной инфекции варьирует от 44 до 100 %, Z. Zhang, et al. [27] в процессе освобождения 6 сортов картофеля от вируса SBК установили, что из полученных жизнеспособных меристем только 17 % оказались свободными от инфекции. Аналогичные результаты получили S. Kushnarenko [45] и J. W. Li, et al. [46]. На основании применения только криотерапии, без сочетания с другими методами, авторам не удалось освободить сорта картофеля от вирусов SBК и МВК. Также на низкий выход регенерантов, свободных от вирусов (20 %), в результате применения криотерапии указывают J. C. Bettoni, et al. [30]. Недавние исследования показали, что не все вирусы можно элиминировать из растений посредством криотерапии, в особенности те, которые способны инфицировать области внутри меристемы. В последние годы в различных публикациях отмечается, что в связи с тем, что вирусы SBК и МВК расположены очень близко к меристемной части, в процессе проведения криотерапии небольшая часть инфицированных клеток может остаться в живых и, соответственно, присутствовать в снятом экспланте [47, 48, 49].
Применение криогенных процедур способствует освобождению сортов картофеля от смежной инфекции ВСЛК иУВК, однако такая обработка биоматериала не позволяет получать здоровые растения в случаях комплексного присутствия инфекций МВК и SBК [27, 30, 46]. В исследованиях Е. С. Беспаловой [22] с применением криотерапии уда-
лось оздоровить сорта, содержащие АВК, УВК и ВСЛК, но проблема освобождения от вируса ХВК сохранилась.
Стимуляция физиологических процессов растений в ответ на электрическое поле приводит к вирусномустрессу и устранения вирусов. В результате применения электротерапии происходит деградация вирусного нуклеопротеина и фитопатоген утрачивает свою вирулентность. В качестве объекта для освобождения от вируса ХВК Етатл М. D. е1 а1. [50] подвергали вегетирующие растения воздействию электрического тока силой 5, 10 или 15 миллиампер (мА) в течение 5 и 10 минут. Лучшие результаты были получены в варианте с применением 15 мА в течение 5 минут. В таких условиях регенерация меристем составила от 40 % до 80 %. Отрицательная реакция на присутствие вирусов в эксперименте составила от 60 % до 100 %. Аналогичные исследования, с применением 40, 50 или 100 мА в течение 5, 10 и 20 минут выделили в качестве наиболее эффективной экспозицию с воздействием в течение 10 минут при 100 мА.
Для освобождения 6 сортов картофеля от вирусов УВК и АВК Б. ДСП, е1 а1. [51] пропускали через микрорастения в течение 10...20 минут электрический ток силой 15, 25 и 35 мА. Наиболее эффективной оказалась экспозиция воздействия в течение 20 минут электрическим током силой 35 мА. При этом по результатам исследований авторам удалось освободить от вирусов только один сорт картофеля. В остальных сортах концентрация снизилась, но не привела к полному уничтожению вирусной инфекции. Таким образом, авторы отмечают различную реакцию генотипов картофеля на проведение электротерапии. Результаты исследований показали, что в некоторых случаях электротерапия сама по себе служит надежным методом получения растений, свободных от вирусов, тогда как в других случаях высокую эффективность элиминации вирусов показала электротерапия в сочетании с другими методами терапии.
Более эффективным способом освобождения растений от вирусной инфекции считается комплексная терапия. Для этого используют различные сочетания методов, концентраций и экспозиций. При этом необходимо отметить, что при одинаковых терапевтических процедурах и экспозициях их исполнения результаты по получению здоровых меристем существенно варьируют. На каждом этапе выполнения меристемно-тканевых работ существенное влияние на успех 3 элиминации вирусов оказывает раз- | мер вычленяемого экспланта [7, 10]. л По данным Е. В. Шищенко [52], в про- д цессе оздоровления от смешанной ви- л русной инфекцией (РУУ РУБ, РУМ, PLRV) е проведение комбинированной термо- 2 и химиотерапии продолжительностью ю 150 дней, включающей три цикла выра- 2 щивания биоматериала с добавлением о рибавирина (30 мг/л при температуре 4
38 °C в течение 14 дней) обеспечивает высокий выход здоровых меристем. О. Ю. Антоновой и др. [31] в процессе оздоровления 85 образцов южноамериканских культурных видов картофеля от YBK, МВК и ВСЛК с применением термо- и химиотерапии показано, что выход свободных от инфекций меристем составил 46 %, частичная элиминация некоторых вирусов в материале со смежной инфекцией находилась на уровне 44 %, зараженные - 10 %.
При освобождении 15 чилийских аборигенных образцов картофеля от вируса скручивания листьев Ю. В. Ухатова и др. [44] показали, что в результате применения химиотерапии (30 мг/л рибаверина) и термотерапии (35 °C) результативность проведенных работ по оздоровлению находилась на уровне 63,2 %, в то время как после криотерапии 92,9 %. В исследованиях J. C. Bettoni, et al. [30] при оздоровлении 3 сортов картофеля эффективность элиминации вирусов с использованием термотерапии с последующей криотерапией различалась в зависимости от вида вируса и сорта. На основе применения ELISA - теста одни сорта довелось оздоровить от SВК и МВК на уровне 70 %, другие - не выше 29 %. При этом получить свободные меристемы от смежной инфекции вышеуказанных вирусов удалось только по одному сорту с получением не более 20 % здоровых меристем. Однако при проведении повторного тестирования меристемных линий оказалось, что вирус МВК присутствовал в биоматериале. Лучшие результаты авторами были получены при сочетании химиотерапии с криотерапией в процессеосвобождениязараженных сортов картофеля от SВК, АВК и МВК - 70.100 %. При этом исследователи указывают, что отдельное применение методов в процессе выполнения процедур по освобождению сортов от вирусов оказалось неэффективным.
Для определения наличия фитопа-тогенной инфекции в латентной форме в современной биотехнологической практике используются высокочувствительные методы ИФА и ПЦР-анализа. В процессе освобождения сортов от вирусов на первом этапе рекомендуется проводить оценку с применением ИФА диагностики [26, 30]. При этом нужно отметить, что одной оценки меристемных линий недостаточно. Часто материал, свободный от инфекции, при повторной диагностике оказываются зараженным. Меристемные линии сво-ч;г бодные от инфекции на уровне ИФА-q анализа используются в дельнейшей n работе по оздоровлению сортов и по-^ лучения мериклонов свободных от ви-Z русовнауровнеПЦР. | Важным фактором, влияющим на результат проводимых работ по освобож-Ч дению сортов картофеля от вирусов, ® служит возраст используемого рас-| тительного материала. Для исследо-М ваний рекомендуется использовать
растущие, хорошо развитые растения или этиолированные ростки. Такой биоматериал способен более продолжительный период выдерживать различные терапевтические манипуляции, что способствует плановому выполнению меристемно-тканевых процедур в процессе оздоровления и сокращению периода получения in vitro материала, свободного от фитопатогенов [23, 27].
Результативность освобождения сорта от вирусов зависит от биологических особенностей, присутствия инфекции и размера вычленяемого апекса. Область клеточного деления меристемной ткани состоит из несколько слоев верху-щечных клеток, прорастание и регенерация в результате вычленения апекса может произойти из любого слоя. Меристемы, регенерирующие из разных слоев апекса, генетически идентичны, но отличаются по хозяйственно-ценным признакам [16, 20, 21].
Таким образом, результативность процесса оздоровления картофеля зависит от биологических особенностей. Большинство сортов, задействованных в процессе оздоровления, содержат комплексную инфекцию. В ходе выполнения меристемно-тканевых процедур необходимо составлять дифференцированные программы по освобождению сортов от вирусов, которые включают как отдельные методы, так и их сочетания. При наличии идентичной инфекции в разных сортах картофеля и использовании одинаковых протоколов освобождения от инфекции не удается получать биоматериал, свободный от вирусов. Моделирование существующих методов терапии позволяет проводить частичное (поэтапное) освобождение сортов от вирусов, сокращать период оздоровления и повышать результативность проводимых культуральных работ. Для эффективного использования меристемно-тканевых технологий в процессе освобождения сортов картофеля от вирусов целесообразно проводить оценку меристемных линий после оздоровления, в сравнении с эталонным селекционным образцом или сортом.
Финансирование работы
Работа финансировалась за счет средств бюджета Федерального исследовательского центра картофеля имени А. Г. Лорха. Никаких дополнительных грантов на проведение или руководство данным конкретным исследованием получено не было.
Конфликт интересов
Авторы работы заявляют, что у них нет конфликта интересов.
Литература
1. Viral Diseases in Potato / J. F. Kreuze, A. C. Souza-Dias, A. Jeevalatha, et al.; eds. H. Campos and O. Ortiz. The Potato Crop. Springer, Cham. 2020. P. 389-430. doi: 10.1007/978-3-030-28683-5_11.
2. Bradshaw J. E. Improving Resistance to Diseases and Pests: A Dynamic Situation. Potato Breeding: Theory and Practice. Cham: Springer, 2021. P. 297-307. doi: 10.1007/978-3-030-64414-7_5.
3. Potato virus A isolates from three continents: their biological properties, phyloge-netic, and prehistory / S. Fuentes, A. J. Gibbs, I. P. Adams, et al. // Phytopathology. 2021. Vol. 111. No. 1. P. 217-226. doi: 10.1094/ PHYTO-08-20-0354-FI.
4. Potato yield and yield components as affected by positive selection during several generations of seed multiplication in southwestern Uganda / U. Priegnitz, W. J. Lom-men, R. A. Vlog, et al. // European Potato Journal. 2020. Vol. 63. No. 4. P. 507-543. doi: 10.1007/s11540-020-09455-z.
5. Development of quality potato seed production system in Russia / B. V. Anisimov, E. A. Simakov, A. V. Mityushkin, et al. // Potato Journal. 2022. Vol. 49. No. 2. P. 117-122.
6. Waswa M., Kakuhenzire R., Ochwo-Ssemakula M. Effect of thermotherapy duration, virus type and cultivar interactions on elimination of potato virus's X and S in infected seed stocks // African Journal of Plant Science. 2017. Vol. 11. No. 3. P. 61-70. doi: 10.5897/AJPS2016.1497.
7. Potato Production in Northwestern Europe (Germany, France, the Netherlands, United Kingdom, Belgium): Characteristics, Issues, Challenges and Opportunities / J.-P. Goffart, A. Haverkort, M. Storey, et al. // Potato Research. 2022. No. 65. P. 503-547. doi: 10.1007/s11540-021-09535-8.
8. Wasi l e wska - N asc i m e n t o B., Boguszewska-MankowskaD., Zarzynska K. Challenges in the production of high-quality seed potatoes (Solanum tuberosum L.) in the tropics and subtropics. Agronomy. 2020. Vol. 10. No. 2. Р. 260. URL: https://www.mdpi. com/2073-4395/10/2/260 (дата обращения:
20.04.2023). doi: 10.3390/agronomy10020260.
9. Ex situ conservation of potato [Solanum section Petota (Solanaceae)] genetic resources in genebanks / D. Ellis, A. Salas, O. Chavez, et al. The Potato Crop. Springer, Cham. 2020. P. 109138. doi:10.1007/978-3-030-28683-5_4.
10. Phytotoxicity and other adverse effects on the in vitro shoot cultures caused by virus elimination treatments: reasons and solutions / K. Magyar-Tabori, N. Mendler-Drienyovszki, A. Hanasz, et al. // Planning. Theory. 2021. Vol. 10. P. 670. URL: https://www.mdpi. com/2223-7747/10/4/670 (дата обращения:
03.02.2024). doi: 10.3390/plants10040670.
11. Infectious plant diseases: etiology, current status, problems and prospects in plant protection / P. A. Nazarov, D. N. Baleev, M. I. Ivanova, et al. // Acta Natura et Scientia. 2020. Vol. 12. P. 46-59. doi: 10.32607/actanaturae.11026.
12. Rubio L., Galipienso L., Ferriol I. Detection of plant viruses and disease management: relevance of genetic diversity and evolution // Frontiers in Plant Science. 2020. Vol. 11. 1092. URL: https://www.frontiersin. org/journals/plant-science/articles/10.3389/ fpls.2020.01092/full (дата обращения: 18.10.2023). doi: 10.3389/fpls.2020.01092.
13. An integrated seed health strategy and phytosanitary risk assessment: potato in the republic of Georgia / K. F. Onofre, G. A. Forbes,
J. L. Andrade-Piedra, et al. // Agricultural Systems. 2021. Vol. 191. P. 103144. URL: https:// www.sciencedirect.com/science/article/pii/ S0308521X21000974?via%3Dihub (дата обращения: 12.1 1.2023). doi: 10.1016/ j.agsy.2021.103144.
14. Sastry K. S., Zitter T A. Management ofVi-rus and Viroid Diseases of Crops in the Tropics // Plant Virus and Viroid Diseases in the Tropics. Dordrecht: Springer, 2014. Vol. 2. P. 149-160. doi: 10.1007/978-94-007-7820-7_2
15. Grapevine shoot tip cryopreservation and cryotherapy: secure storage of disease-free plants / J. C. Bettoni, Z. Markovic, W. Bi, et al. // Plants. 2021. Vol. 10. P. 2190. URL: https://www.mdpi.com/2223-7747/10/10/2190 (дата обращения: 04.01.2024). doi: 10.3390/plants10102190.
16. Generation of Virus Free Potato Plant-lets through Meristem Culture and Their Field Evaluation / A. K. Azad, T. Khatun, Т. Eaton, et al. // American Journal of Plant Sciences 2020. Vol. 11. No. 11. P. 1827-1846. doi: 10.4236/ajps.2020.1111131.
17. Moses W., Rogers K., Mildred O. Effect of thermotherapy duration virus type and cultivar interaction on eliminaton of potato virus X and S in infected seed stocks // African Journal of Plant Science. 2017. Vol. 11. No. 3. P. 61-70.
18. Potato leafroll virus (PLRV; Genus Polerovirus; Family Luteoviridae) / G. Loebenstein, P. H. Berger, A. A. Brunt, et al. Virus and Virus-like Diseases of Potatoes and Production of Seed-Potatoes. Springer, Dordrecht. 2001. P. 69-75. doi: 10.1007/978-94-007-0842-6_6.
19. Wang Q., Valkonen J. Efficient elimination of Sweet potato little leaf phytoplasma from sweet potato by cryotherapy of shoot tips // Plant Pathology. 2008. Vol. 57. P. 338-347.
20. Ozturk G., Yildirim Z. Tuber characteristics of disease free meristem clones of some potato genotypes //Turkish Journal of Field Crops. 2020. Vol. 25. P. 174-180.
21. Somaclonal Variation for Genetic Improvement of Starch Accumulation in Potato (Solanum tuberosum) Tubers / Fouad / W. M. Adly, G. Niedbafa, M. E. EL-Denary, et al. // Plants. 2023. Vol. 12. No. 2. P. 232. URL: https://www.mdpi.com/2223-7747/12/2/232 (дата обращения: 21.05.2024). doi: 10.3390/plants12020232.
22. Оздоровление сортов картофеля из коллекции ВИР от вирусов / Е. С. Беспалова, М. М. Агаханов, С. Б. Архимандритова, et al. // Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2020. Т. 181. № 4. С. 164-172.
23. Овэс Е. В., Гаитова Н. А. Новые элементы в технологии оздоровления и получения базовых клонов перспективных сортов и гибридов картофеля // Достижение науки и техники АПК. 2016. № 11. С. 60-62.
24. Бакунов А. Л., Рубцов С. Л., Миле-хин А. В. Комплексная оценка сортов картофеля при выращивании в засушливых условиях // Вестник КрасГА У. 2022. № 10 (187). С. 57-64.
25. Potato viruses of 7 commercial culti-vars grown in field Primorsky Krai of Russia / O. A. Sobko, P. V. Fisenko, I. V. Kim, et al. // Vegetable crops of Russia. 2022. No. 1. P. 79-85. doi: 10.18619/2072-9146-2022 -1-79-85.
26. Gong H. Major In Vitro Techniques for Potato Virus Elimination and Post Eradication
Detection Methods. A Review // American Journal of Potato Research. 2019. Vol. 96. Р. 379389. doi: 10.1007/s12230-019-09720-z.
27. In vitro therapies for virus elimination of potato-valuable germplasm in Norway / Z. Zhang, Q. C. Wang, C. Spetz, et al. // Sci-entia Horticulturae. 2019. Vol. 249. P. 7-14. doi: 10.1016/j.scienta.2019.01.027.
28. Combining thermotherapy with meristem culture for improved eradication of onion yellow dwarf virus and shallot latent virus from infected in vitro-cultured shallot shoots / M. R. Wang, Z. Hamborg, D. R. Blystad, et al. // Annals of Applied Biology. 2021. Vol. 178. P. 442-449. doi: 10.1111/aab.12646.
29. Совершенствование подходов к оздоровлению картофеля in vitro от вирусных инфекций / О. В. Бычкова, Е. С. Бровко, О. Н. Мироненко и др. // Siberian Journal of Life Sciences and Agriculture. 2023. Vol. 15. No. 4. P. 74-91. doi: 10.12731/2658-66492023-15-4-74-91.
30. Eradication of Potato Virus S, Potato Virus A, and Potato Virus M from Infected in Vitro-Grown Potato Shoots Using in vitro Therapies / J. C. Bettoni, L. Matthew, R. Pathi-rana, et al. // Frontiers in Plant Science. 2022. Vol. 13. P. 878733. URL: https://www.frontiersin. org/journals/plant-science/articles/10.3389/ fpls.2022.878733/full (дата обращения: 10.02.2024). doi: 10.3389/fpls.2022.878733.
31. Оздоровление микрорастений трех культурных видов картофеля (Solanum Tuberosum L., S. рhureja Juz. & Buk. и S. Stenotomum Juz. & Buk.) от вирусов методом комбинированной термохимиотерапии / О. Ю. Антонова, О. В. Апа-ликова, Ю. В. Ухатова и др. // Сельскохозяйственная биология. 2017. Т. 52. № 1. С. 95-104.
32. Droplet-vitrification cryotherapy and thermotherapy as efficient tools for the eradication of apple chlorotic leaf spot virus and apple stem grooving virus from virus-infected quince in vitro cultures / S. Farhadi-Tooli, A. Ghanbari, M. J. Kermani, et al. // European Journal of Plant Pathology.2022. Vol. 162. P. 84-93. doi:10.1007/s10658-021-02400-x.
33. Kumar R. Simultaneous detection of potato viruses and M using CP gene specific primers in an optimized duplex RT-PCR // Journal of Pharmacognosy and Phytochemis-try. 2017. Vol. 6. No. 4. P. 1635-1640.
34. Partial Elimination of Viruses from Traditional Potato Cultivar 'Brinjak' by Chemotherapy and Its Impact on Physiology and Yield Components / S. Keresa, D. Voncina, B. La-zarevic, et al. // Horticulturae. 2022. Vol. 8. P. 1013. doi: 10.3390/ horticulturae8111013.
35. Rizk M. N., Shabana У. M., Ket-ta H. A. Chemotherapy of Potato Virus У Infecting Potato Plants Using Antiviral Drugs // International Journal of Virology. 2021. Vol. 17. P. 8-19. doi: 10.3923/ijv.2021.8.19.
36. Применение метод биотехнологии в безвирусном семеноводстве картофеля / И. В. Ким, Е. В. Шищенко, П. В. Фисенко и др. // Овощи России. 2022. № 5. С. 29-34.
37. Оздоровление перспективных сортов картофеля с применением комбинированной терапии в культуре in vitro / Е. В. Шищенко, Е. Н. Барсукова, И. В. Ким и др. // Аграрная наука. 2023. № 9. С. 116-119.
38. Куликова В. И., Ходаева В. П., Лапши-нов Н. А. Оценка различных способов оздоровления перспективных сортов и гибридов картофеля // Сибирский вестник сельскохозяйственной науки. 2020. № 4. С. 23-31.
39. Nausch H., Buyel J. F. Cryopreservation of plant cell cultures-diverse practices and protocols // New Biotechnology. 2021. No. 62. P. 86-95. doi: 10.1016/j.nbt.2021.02.002.
40. Plant pathogen eradication: determinants of successful programs / G. R. Smith, J. D. Fletcher, V. Marroni, et al. // Australasian Plant Pathology. 2017. Vol. 46. P. 277-284.
41. Combining thermotherapy with cryo-therapy for efficient eradication of Apple stem grooving virus (ASGV) from infected apple in vitro shoots / L. Zhao, M.-R. Wang, Z.-N. Cui, et al. // Plant Disease. 2018. Vol. 102. P. 1574-1580.
42. Модифицированный метод дро-плетвитрификации для криоконсервации апексов in vitro растений картофеля / Т. А. Гавриленко, Н. А. Швачко, Н. Н. Волкова и др. // Вавиловский журнал генетики и селекции. 2019. Т. 23. № 4. С. 422-429.
43. Расширение криоколлекции образцов картофеля, сохраняемой в криобанке ВИР / О. С. Ефремова, Н. Н. Волкова, Д. А. Рыбаков и др. // Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2023. Т. 184. № 3. С. 9-20. doi: 10.30901/2227-8834-2023-3-9-20.
44. Ухатова Ю. В., Антонова О. Ю., Гавриленко Т. А. Оздоровление от вируса скручивания листьев картофеля чилийских образцов Solanum tuberosum с использованием методов криотерапии и комплексной химио- термотерапии // Достижение науки и техники АПК. 2016. Т 30. № 10. С. 56-60.
45. Combined ribavirun treatment and cryotherapy for efficient potato virus M and Potato Virus S eradication in potato (Solanum tuberosum L.) in vitro shoots / S. Kushnarenko, N. Romadanova, M. Arralbayeva, et. al. // In Vitro Cellular and Developmental Biology -Plant. 2017. Vol. 53. No. 4. P. 425-432.
46. Long-term preservation of potato leaf rolls virus, potato virus S, and potato spindle tuber viroid in cryopreserved shoot tips / J. W. Li, M. R. Wang, H.Y Chen, et al. // Applied Microbiology and Biotechnology. 2018. Vol. 102. P. 10743-10754. doi: 10.1007/ s00253-018-9405-7.
47. Efficiency of eradication of raspberry bushy dwarf virus from infected raspberry (Rubus idaeus) by in vitro chemotherapy, thermotherapy and cryotherapy and their combinations / L. Mathew, H. Tiffin, Z. Err-idge, et al. // Plant Cell Tissue Organ Cult. 2021. Vol. 144. P. 133-141. doi: 10.1007/ s11240-020-01829-y.
48. Double-edged effects of the cryogenic technique for virus eradication and preservation in shallot shoot tips / M. R. Wang, Z. Hamborg, X. У Ma, et al. // Plant Pathology. 2022. 3 Vol. 71. P. 494-504. doi: 10.1111/ppa.13466. |
49. Shoot tip cryotherapy for plant patho- л gen eradication / M. R. Wang, W. L. Bi, J. C. Bet- д toni, et al. // Plant Pathology. 2022. Vol. 71. л No. 6. P. 1241-1254. doi:10.1111/ppa.13565. S
50. Application of Electrotherapy for z the Elimination of Potato Potyvirusesio / 10 M. D. Emami, J. Mozafari, N. Babaeiyan, et M al. // Journal of Agricultural Science and О Technology. 2011. Vol. 13. No. 6. P. 921-927. 4
СЧ О СЧ 1Л
е и л
е
4
е л
5
е
СО
51. Adil S., Singh V., Anjum A., Quraishi A. A mini-review on electrotherapeutic strategy for the plant viral elimination // Plant Cell Tissue and Organ Culture. 2022. Vol. 150. No. 3. P. 1-15. doi:10.1007/s11240-022-02265-w.
52. Оздоровление перспективных сортов картофеля с применением комбинированной терапии в культуре in vitro / Е. В. Ши-щенко, Е. Н. Барсукова, И. В. Ким и др. // Аграрная наука. 2023. № 9. С. 116-119.
Modern methods of releasing potato varieties from viruses (review)
E. V. Oves1, N. A. Gaitova1,
K. T. Etdzaeva1, E. M. Stoyanova2
1Lorkh Federal Research Center on Potato, ul. Lorkha, 23, pos. Kraskovo, Lyuberetskii r-n, Moskovskaya obl., 140051, Russian Federation 2Shevchenko Pridnestrovian State University, ul. 25 Oktyabrya, 128, Tiraspol, 3300, Respublika Moldova
Abstract. The study was conducted to examine the best domestic and international practices in the production of in vitro potato material free of viral infection. The paper considers biotechnological methods used in tissue culture to free potato varieties from viruses and analyses the meristem-tissue procedures used in the process of phytopathogen elimination. The effectiveness of work to free varieties from viruses depends on the degree of infection. The varieties involved in the recovery process, in most cases, contain a complex infection. To obtain in vitro material free of viruses, meristem-tissue procedures are used in several stages. This approach allows for partial liberation of potato varieties from viruses based on the selection of the most effective therapy method. In most cases, in the presence of identical infections in different potato varieties and the use of the same virus release protocols, it is not possible to obtain biomaterial free of infections. For more effective work in this direction, it is necessary to develop differentiated programmes for the recovery of varieties, which include both individual therapy methods and their complex use. Methods and terms of obtaining virus-free explants depend on varietal characteristics. At the same time, an important technological element in the process of potato recovery from phytopathogens is the comparative assessment of meristem lines by economically valuable traits.
Keywords: potato (Solanum tuberosum); meristem apex; releasing varieties from viruses; meristem technologies; ther-motherapy; chemotherapy; cryotherapy; electrotherapy; complex therapy.
Author Details: E. V. Oves, D. Sc. (Agr.), head of division (e-mail: [email protected]); N. A. Gaitova, Cand. Sc. (Agr.), leading research fellow; K. T. Etdzaeva, junior research fellow; S. M. Stoyanova, Cand. Sc. (Agr.), assoc. prof.
For citation: Oves EV, Gaitova NA, Etdzaeva KT, et al. [Modern methods of releasing potato varieties from viruses (review)]. Zemledelie. 2024;(5): 37-42. Russian. doi: 10.24412/0044-3913-2024-5-37-42. ■
doi: 10.24412/0044-3913-2024-5-42-47 УДК 631.53.01
Оценка фитотоксического действия и биологическом эффективности препарата на основе тиабендазола и флудиоксонила для защиты технических культур
С. Д. МАЛАХОВА1, аспирант Е. Э. НЕФЕДЬЕВА12, доктор биологических наук, профессор (e-mail: [email protected]) Р. Ф. БАЙБЕКОВ2, академик РАН, доктор сельскохозяйственных наук, профессор С. Л. БЕЛОПУХОВ2, доктор сельскохозяйственных наук, профессор
О. В. ЗОРЬКИНА3, кандидат технических наук, зав. кафедрой
волгоградский государственный технический университет, пр. им. Ленина, 28, Волгоград, 400005, Российская Федерация 2Российский государственный аграрный университет - МСХА имени К. А. Тимирязева, ул. Тимирязевская, 49, Москва, 127550, Российская Федерация
3Волгоградский государственный университет, пр-т Университетский, 100, Волгоград, 400062, Российская Федерация
Исследования проводили с целью уточнения доз тиабендазола и флудиоксонила в новом протравителе для эффективной и безопасной защиты растений подсолнечника и сои от инфекционных болезней. Влияние фунгицидов на рост мицелия штаммов фитопатогенного гриба Fusarium oxysporum изучали в вариантах с соотношением веществ: 0:0 (контроль); 2,0; 2,5 и 3,0 ppm флудиоксонила и 6,0; 7,5 и 9,0 ppm тиабендазола. Культураль-ную жидкость тестировали на зерновках пшеницы и семенах горчицы для оценки токсигенности препарата. Общую фи-тотоксичность определяли по энергии прорастания и развитию проростков сои и подсолнечника после протравливания семян препаратами в дозах 16, 20 и 24 г/т. Соотношения флудиоксонил: тиабендазол 2,0:6,0; 2,5:7,5 и 2,5:9,0 ppm наиболее эффективно подавляли рост мицелия штаммов F. oxysporum, который уменьшался, по сравнению с контролем, на 29,5...34,5 %. Вещества в пропорциях 2,0:6,0 и 2,0:7,5ppm обладали наименьшей токсигенностью для пшеницы (энергия прорастания соответствовала контролю или превышала его на 9,5 %), а в соотношениях 2,0:9,0 и 2,5:9,0 ppm - для горчицы (энергия прорастания на 58.79
выше контроля). При этом высокие дозы веществ проявили максимальную в опыте токсигенность для горчицы, снижая энергию прорастания на 16.37 %. Токсичные для подсолнечника дозы 20:20, 20:24, 24:20 и 24:24 г/т в протравителе для семян способствовали уменьшению энергии прорастания на 8.17 к контролю. Положительное действие оказал препарат с дозами 16:16, 16:24, 20:0, 20:16 г/т, вызывая повышение энергии прорастания, по сравнению с контролем, на 23.31 % и длины побега - на 10.17 %. Токсичность для сои проявляли дозы флудиок-сонила: тиабендазола 16:16, 16:20, 16:24 и 20:20 г/т, которые снижали энергию прорастания до уровня 23. 30 %. Дозы 20:0 и 24:16 г/т стимулировали проростание сои, увеличивая всхожесть относительно контроля на 25. 38 %%, массу осевых органов - в 1,5.2,0 раза. Оптимальными концентрациями флудиоксонила и тиа-бендазола в протравителе для подсолнечника признаны соотношения 16:16 и 16:24 г/т, для сои - 24:16 г/т, которые были наименьшими из обеспечивающих положительный эффект.
Ключевые слова: Fusarium oxysporum, Triticum aestivum, Sinapis alba, Glycine max, Helianthus annuus, флудиоксонил, тиабендазол.
Для цитирования: Оценка фитотоксического действия и биологической эффективности препарата на основе тиабендазола и флудиоксонила для защиты технических культур / С. Д. Малахова, Е. Э. Нефедьева, Р. Ф. Байбеков и др. // Земледелие. 2024. № 5. С. 42-47. doi: 10.24412/ 0044-3913-2024-5-42-47.
Для обеспечения потребности населения Земли продукцией сельского хозяйства необходимо увеличить объем её производства к середине XXI в. на 75 %. При ограниченных земельных ресурсах и возможности роста урожайности благодаря традиционным факторам интенсификации защита растений поможет решить проблему продовольственной безопасности [1]. Сельскохозяйственные культуры обладают широкой экологической пластичностью и под влиянием условий внешней среды они подвержены значительным изменениям [2].
