Влияние спектрального состава света на ризогенез ежевики сорта Навахо в культуре in vitro

Размещено на http://www.allbest.ru/

Влияние спектрального состава света на ризогенез ежевики сорта Навахо в культуре in vitro

Игорь Дмитриевич Мелехов

Аннотация

В статье приводятся результаты исследований, целью которых было изучение влияния спектрального состава света на ризогенез ежевики сорта Навахо, культивируемой на питательных средах в условиях искусственного освещения. Использованы люминесцентные белые (контроль) и светодиодные светильники с разным спектром. Показано, что преобладание в спектре светильников красного света или сочетание в равной интенсивности синего и красного спектра в среднем на 2 недели ускоряет процесс образования корней, повышает частоту ризогенеза до 100% и в 2-3 раза увеличивает число корней на укорененный микрочеренок.

Ключевые слова: ежевика, культура in vitro, ризогенез, спектральный состав света, светодиоды

Abstract

INFLUENCE OF THE SPECTRAL COMPOSITION OF LIGHT ON RHISOGENESIS OF BLACKBERRY NAVAHO VARIETY IN CULTURE IN VITRO

Igor D. Melekhov

The article presents the results of studies aimed at studying the effect of the spectral composition of light on the rhizogenesis of blackberry of the variety Navaho cultivated on nutrient media under artificial lighting conditions. Fluorescent white (control) and LED lamps with different spectral were used. It's established, that the prevalence of red light in the spectrum or a combination of blue and red spectrum in equal intensity accelerated the process of rootformation by an average of 2 weeks, increases the frequency of rhizogenesis up to 100% and increases the number of roots per rooted microcutting by 2-3 times.

Keywords: blackberry, in vitro culture, rhizogenesis, spectral composition of light, LEDs

Введение

Формирование качественной корневой системы и развитых побегов при культивировании растений в условиях in vitro во многом определяет эффективность этапа адаптации микрорастений и тем самым в целом эффективность клонального размножения культуры [1].

Для индукции ризогенеза широко используются регуляторы роста растений из группы ауксинов [2, 3, 4, 5, 6]. Кроме того, возможно стимулирование ризогенеза in vitro биофизическими факторами воздействия [7, 8].

В последние годы в качестве альтернативной замены стандартных ламп накаливания и линейных люминесцентных ламп, обычно используемых в культуральных комнатах для освещения микрорастений, широко используются светодиодные энергосберегающие лампы. Современные светодиодные технологии позволяют форматировать сложные спектры освещения растений. Самыми жизненно важными для развития растений являются синий и красный спектры излучения. Именно под влиянием этих диапазонов пигмент хлорофилл поглощает в растениях максимум света и стимулирует процесс фотосинтеза. Светодиодные фитолампы, используемые для освещения растений, позволяют формировать требуемый спектр излучения с преобладанием синего и красного цветов, способствующий фотохимическим процессам. Благодаря такому излучению активизируются процессы фотосинтеза и заметно ускоряется рост и развитие растений [9, 10, 11].

По результатам экспериментов, проведенных на примере садовых культур с разной способностью к ризогенезу в условиях in vitro, было показано, что использование светодиодных облучателей с разным спектральным составом света на этапе укоренения существенно влияет на эффективность укоренения микрочеренков, степень развития корневой системы, а также рост и развитие побегов растений [12, 13, 14]. При этом подбор оптимальных источников освещения для растений, культивируемых на питательных средах в условиях in vitro, требует детального изучения многих вопросов.

Цель нашей работы: оценка влияния разного спектрального состава света на эффективность ризогенеза микрочеренков ежевики.

Материалы и методы исследований. Научные исследования выполнены на базе учебно-исследовательской лаборатории биотехнологии Мичуринского ГАУ.

В качестве биологического объекта исследования выбран перспективный для производственного размножения сорт ежевики Навахо.

Для культивирования микрорастений in vitro на этапе укоренения использовали минеральную основу питательной среды Кворина-Лепуавра (Quorin, Lepoivre, 1977) [15] со сниженной вдвое концентрацией макросолей, дополненную мезоинозитолом - 50 мг/л, пиридоксином HCl - 0,5 мг/л, никотиновой кислотой - 0,5 мг/л, тиамином

HCl - 0,4 мг/л, агаром - 8 г/л и сахарозой - 20 г/л. В среду добавляли Р-индолил-3-масляную кислоту (ИМК) в концентрации 0,5 мг/л.

рН питательной среды в процессе приготовления устанавливали в пределах 5,6-5,8 с помощью децинормаль- ного раствора NaOH. Среды стерилизовали автоклавированием (1 атм., 20 мин.). Витамины и регуляторы роста растений стерилизовали фильтрованием и добавляли после автоклавирования (“Millipore” 0,22 pm, France).

Субкультивирование побегов осуществляли в широкогорлых конических колбах емкостью 250 мл с 80 мл среды. Колбы закрывали тонкой алюминиевой фольгой и герметизировали стрейч пленкой.

В опытах колбы с микрочеренками были размещены на фитостеллаже производства ООО «ЭЛСИС БелГУ», со встроенными светодиодными фитосветильниками с регулируемыми на каждой полке в отдельности спектром и интенсивностью излучения.

В качестве опытных вариантов на фитостеллаже, оснащенном фитолампами с длинами волн от 365 до 750 нм, выбраны следующие четыре режима работы светодиодных модулей X-bright FitoLED (в процентах от максимального уровня):

вариант 1: синий - 50%, красный - 25%, белый 25%;

вариант 2: синий - 50%, красный - 50%; белый 5%;

вариант 3: синий - 50%, красный - 0%; белый 45 %;

вариант 4: синий - 0%, красный - 25%, белый 40%.

В пятом варианте опыта использовали специализированные светодиодные фитолампы Feron AL7000 (3 шт.) и белые светодиодные (LED) лампы общего назначения (3 шт.)

В качестве контроля были использованы люминесцентные лампы (6 шт.) OSRAM L36W/765 Cool Daylight с холодным оттенком белого света (контроль 1) и белые светодиодные (LED) лампы общего назначения (5 шт.) FERONLB-213 18W (контроль 2). Во всех режимах уровень освещенности растений составлял 2800-3000 люкс.

Культивирование растений осуществляли в культуральной комнате при 16-часовом световом дне и температуре воздуха 24±2°С. Контрольные и опытные растения находились в одних условиях культивирования, но были оптически изолированы друг от друга.

Учет результатов производили с периодичностью 1 раз в 7 дней. Учитывали число укоренившихся побегов, число и длину корней на укорененный микрочеренок, длину побегов. На каждый вариант опыта брали по 25-30 экс- плантов. Повторность опытов трехкратная. Статистическую обработку данных проводили с использованием про-граммы Microsoft Excel.

Результаты исследований и их обсуждение

В ходе нашей работы использовано семь вариантов освещения с различным спектральным составом света, а именно: на первой полке фитостеллажа было комбинированное освещение из преобладающих синих и добавочных красных и белых светодиодов, на второй - сочетание в равной интенсивности синего и красного спектра излучения светодиодов, на третьей - сочетание светодиодов с белым и синим свечением, на четвертой - сочетание светодиодов с красным и белым свечением, в пятом варианте опыта использовали специализированные светодиодные фитолампы Feron AL7000 плюс два контроля с белыми люминесцентными и светодиодными лампами.

Спектральные кривые используемых источников искусственного освещения характеризуются значительным различием. Люминесцентные лампы OSRAM L36W/765 Cool Daylight и светодиодные (LED) лампы общего назначения FERON LB-213 18W, используемые в качестве контрольных, дают холодный оттенок белого света. Их спектральные кривые имеют полимодальный характер, с локальным максимумом в области синей области спектра - 436 нм у люминесцентной лампы и 448 нм - у светодиодных. В диапазоне 480-640 нм они имеют другой локальный максимум на спектральной кривой. При этом интенсивность излучения используемых моделей ламп не превышает 120 мВт/м2.

Спектральные кривые используемых источников искусственного освещения в опытных вариантах - одномодальная с локальным максимумом в области синей области спектра в 3 варианте, двумодальная с локальными максимумами в синей и красной области спектра - в остальных вариантах, из них 2 вариант с ярко выраженным максиму- момв красной области спектра (660 нм). Результаты наших исследований показали существенное влияние освещения на процесс ризогенеза микрочеренков ежевики.

Процесс ризогенеза у ежевики проходил значительно быстрее в опытных вариантах. Так, через две недели культивирования частота укоренения ежевики сорта Навахо в контроле с люминесцентными лампами составила 20,0%, в контроле с белыми светодиодными лампами общего назначения 16,7% тогда как в опытных вариантах от 27,3 до 57,7% (таблица 1). Быстрее всего микрочеренки укоренялись в первом и втором вариантах опыта при преобладании в освещении синей (400-500 нм) и красной (620-680 нм) областей спектра.

Таблица 1

Влияние спектрального состава света на эффективность ризогенеза ежевики сорта Навахо

спектральный свет ризогенез ежевика

Изучали влияние светодиодных светильников на качество сформировавшейся корневой системы. Освещение белым светом с добавлением красного и синего оказалось наиболее удачным на этапе ризогенеза микрочеренков ягод-ных культур и позволило в лучших вариантах опыта в 2-3 раза увеличить число корней на укорененный микрочеренок и ускорить их рост (рисунок 1).

При культивировании микрорастений ежевики на полках с различным освещением биометрические показа-тели побегов (длина побега, длина междоузлий, число листьев, длина и ширина листовых пластинок) были также неодинаковы. Использование светодиодных облучателей заметно улучшило состояние микрорастений. Под светоди-одами сформировались более крепкие побеги. При этом было отмечено, что преобладание синего света при длитель-ном культивировании несколько замедляло рост побегов. На замедление роста побегов под действием синего света указывали и другие авторы.

Рисунок 1. Влияние спектрального состава света на ризогенез ежевики (сорт Навахо)

В наших исследованиях облиственность микрорастений (количество листьев) в опытных вариантах была на уровне контрольного варианта или была несколько выше контроля, при этом листовые пластинки были более круп-ного размера.

Лучшими по совокупности показателей были второй вариант с равным соотношением синих и красных лучей в спектре и пятый вариант опыта, в котором использовали равное количество специализированных светодиодных фитоламп Feron AL7000, также имеющих красно-синий спектр свечения, и белых светодиодных ламп общего назна-чения.

Не выявлено (без учета экономической составляющей) преимущества использования белых светодиодных ламп (контроль 2) по сравнению с белыми люминесцентными (контроль 1).

Заключение

Таким образом, оптимизация спектрального состава света на этапе ризогенеза микрочеренков при культивировании их в условиях искусственного освещения может значительно ускорить процесс образования корней и улучшить качество корневой системы микрорастений.

Использование светодиодных светильников с равным соотношением синих и красных лучей в спектре поз-воляет довести эффективность укоренения микрочеренков ежевики до 100% и в 2-3 раза увеличить число корней на укорененное микрорастение.

Список источников

1. Трунов И.А., Хорошкова Ю.В. Оптимизация условий роста микрорастений садовых культур на этапе адаптации // Вестник Мичуринского государственного аграрного университета. 2020. № 1 (60). С. 90-97.

2. Бородулина И.Д., Плаксина Т.В. Влияние ауксинов на ризогенез сортов Актинидии коломикта в культуре in vitro // Acta Biologica Sibirica. 2016. Т. 2. № 4. С. 102-109.

3. Деменко В.И., Шестибратов К.А., Лебедев В.Г. Укоренение - ключевой этап размножения растений in vitro // Известия Тимирязевской сельскохозяйственной академии. 2010. № 1. С. 73-85.

4. Криницына А.А., Чурикова О.А. Влияние экзогенных ауксинов на заложение и развитие придаточных корней двух сортов сирени в культуре in vitro // Плодоводство и ягодоводство России. 2018. Т. 54. С. 93-96.

5. Хорошкова Ю.В., Трунов И.А., Мелехов И.Д. Применение ауксинов в составе питательной среды на этапе ризогенеза микрочеренков ягодных и декоративных культур // Вестник Мичуринского государственного аграрного университета. 2020. № 4 (63). С. 83-91.

6. Moncousin C. Rooting of microcuttings: general aspects. Acta Hortic. 1991. Vol. 289. P. 301-310.

7. The research of clonal micropropagation efficiency of Schisandrachinensis under the influence of low-intersity coherent radiation / S.A. Muratova, A.V. Budagovsky, L.A. Tokhtar, V.K. Tokhtar, L.A. Deineka // Int. Jornal of Green Pharmacy. 2017. Vol. 11. № 3. P. 634-636.

8. Regulation of rhizogenetic process at clonal micropropagation of horticultural crops / S. Muratova, R. Papikhin, N. Subbotina, I. Melekhov // Acta Hortic. 2021. Vol. 1324. P. 117-122

9. Lian M.L., Murthy H.N., Paek K.Y. Effects of light emitting diodes [LEDs] on the in vitro induction and growth of bulblets of Lilium oriental hybrid `Pesaro' // Sci Hortic. 2002. Vol. 94. P. 365-370.

10. Gupta S.D., Jatothu B. Fundamentals and applications of light-emitting diodes [LEDs] in in vitro plant growth and morphogenesis. Plant Biotechnol. Rpt., 2013. Vol. 7. P. 211-220.

11. Al-Mayahi A.M.W. Effect of red and blue light emitting diodes “CRB-LED” on in vitro organogenesis of date palm (Phoenix dactylifera L.) cv. Al-shakr // World J Microbiol. Biotechnol. 2016. Vol. 32. P. 160-164.

12. Маркова М.Г., Сомова Е.Н. Совершенствование этапа укоренения в клональном микроразмножении малины // Вестник Марийского государственного университета. Серия «Сельскохозяйственные науки. Экономические науки». 2016. Т. 2, № 2 (6). С. 37-40.

13. Маркова М.Г., Сомова Е.Н. Приемы повышения укореняемости микропобегов земляники садовой в культуре in vitro // Вестник Марийского государственного университета. Серия «Сельскохозяйственные науки. Экономические науки». 2017. Т. 3, № 2 (10). С. 34-38.

14. The influence of the spectral composition on the root development of ornamental plants in vitro / S.A. Muratova, N.S. Subbotina, L.A. Tokhtar, V.K. Tokhtar, V.M. Yatsenko, T.V. Petrunova // Indo American Journal of Pharmaceutical Sciences. 2018. Vol. 05 (07). P. 6979-6984.

15. Quoirin M., Lepoivre P. Improved medium for in vitro culture of Prunus sp. // Acta Hortic. 1977. Vol. 78. P. 437-442.

References

1. Trunov, I.A. and Yu.V. Khoroshkova. Optimization of growing conditions of microplants of horticultural crops on the adaptation stage. Bulletin of Michurinsk State Agrarian University, 2020, no. 1 (60), pp. 90-97.

2. Borodulina, I.D. and T.V. Plaksina. Influence of auxins on rizogenesis of Actinidia kolomikta cultivars in culture in vitro. Acta Biologica Sibirica, 2016, no. 2 (4), pp. 102-109.

3. Demenko, V.I., K.A. Shestibratov and V.G. Lebedev. Rooting is the key stage in plant propagation in vitro. Proceedings of the Timiryazev Agricultural Academy, 2010, no. 1, pp. 73-85.

4. Krinitsina, A.A. and O.A. Churikov. Influence of different exogenous auxins on initiation and development of adventitious roots of two lilac varieties in vitro. Pomiculture and small fruits culture in Russia, 2018, no. 54, pp. 93-96.

5. Khoroshkova, Yu., I. Trunov and I. Melekhov. The application of auxins in the nutritional medium at the stage of rhyso- genesis of microshoots berry and ornamental crops. Bulletin of Michurinsk State Agrarian University, 2020, no. 4 (63), pp. 83-91.

6. Moncousin, C. Rooting of microcuttings: general aspects. Acta Hortic, 1991, no. 289, pp. 301-310.

7. Muratova, S.A., A.V. Budagovsky, L.A. Tokhtar, V.K. Tokhtar and L.A. Deineka. The research of clonal micropropagation efficiency of Schisandra chinensis under the influence of low-intersity coherent radiation. Int. Jornal of Green Pharmacy, 2017, no. 11 (3), pp. 634-636.

8. Muratova, S., R.Papikhin, N. Subbotina and I. Melekhov. Regulation of rhizo-genetic process at clonal micropropagation of horticultural crops. Acta Hortic, 2021, no. 1324, pp. 117-122.

9. Lian, M.L., H.N. Murthy and K.Y. Paek. Effects of light emitting diodes [LEDs] on the in vitro induction and growth of bulblets of Lilium oriental hybrid `Pesaro' Sci Hortic, 2002, no. 94, pp. 365-370.

10. Gupta, S.D. and B. Jatothu. Fundamentals and applications of light-emitting diodes [LEDs] in in vitro plant growth and morphogenesis. Plant Biotechnol. Rpt., 2013, no. 7, pp. 211-220.

11. Al-Mayahi, A.M.W. Effect of red and blue light emitting diodes “CRB-LED” on in vitro organogenesis of date palm (Phoenix dactylifera L.) cv. Al-shakr. World J Microbiol. Biotechnol., 2016, no. 32, pp. 160-164.

12. Markova, M.G. and E.N. Somova. Improving the stage of rooting in clonal micro-propagation of raspberries. Vestnik of the Mari State University Chapter “Agriculture. Economics”, 2016, Vol. 2, no. 2 (6), pp. 37-40.

13. Markova, M.G. and E.N. Somova. Techniques to increase the rooting ability of micro-shoots of garden strawberry in culture in vitro. Vestnik of the Mari State University Chapter “Agriculture. Economics”, 2017, Vol. 3, no. 2 (10), pp. 34-38.

14. Muratova, S.A., N.S. Subbotina, L.A. Tokhtar, V.K. Tokhtar, V.M. Yatsenko and T.V. Petrunova. The influence of the spectral composition on the root devel-opment of ornamental plants in vitro. Indo American Journal of pharmaceutical sciences, 2018, no. 05(07), pp. 6979-6984.

15. Quoirin, M. and P. Lepoivre. Improved medium for in vitro culture of Prunus sp. Acta Hortic, 1977, Vol. 78, pp. 437-442.

Размещено на Allbest.ru