Влияние качества освещения и состава питательной среды на рост и развитие растений картофеля в культуре in vitro

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Влияние качества освещения и состава питательной среды на рост и развитие растений картофеля в культуре in vitro

Солтан Сосланбекович Басиев¹, Магомет Дзанхотович Газдаров²¹²¹, Аида Яковлевна³ Тамахина, Георгий Тариелович Газзаев⁴, Алан Анзорович Абаев⁵

Аннотация

Результаты производства семенного материала картофеля зависят от многих факторов, из которых в число наиболее важных входят качество освещения и состав питательной среды. Для определения оптимальных параметров освещения и питательной среды нами проведены соответствующие исследования с использованием сортов картофеля раннего срока созревания Жуковский ранний и Удача, а также перспективного гибрида собственной селекции - 11.26/28. В результате проведенной работы выявлено, что требовательность различных генотипов картофеля к условиям освещения и составу питательной среды не одинакова. Определены оптимальные параметры условий освещения и состава питательной среды, при которых отмечены лучшие показатели развития микрорастений испытуемых генотипов картофеля. Для сорта Жуковский ранний оптимальным световым излучением определен диапазон 400-700 нм, а 2 % концентрация сахарозы - наиболее приемлемой в питательном субстрате. Сорт Удача лучшие показатели демонстрировал при освещении световым потоком с длиной волны 610 нм и 3 % сахарозы в питательной среде. Для гибрида 11.26/28 наиболее предпочтительными оказались световое воздействие в диапазоне 610 нм и присутствие в питательной среде сахарозы в количестве 5 %.

Ключевые слова: освещение, питательная среда, культура in vitro, высота микрорастений, количество междоузлий

Abstract

The results of potato seed production depend on many factors. The quality of lighting and the nutrient medium composition are among the most important. To determine the optimal parameters of lighting and nutrient medium appropriate studies using early ripening potato varieties Zhukovsky Early and Udacha, as well as a promising hybrid of our own selection (11.26/28) were carried out. It was revealed that the requirements of different potato genotypes to lighting conditions and the nutrient medium composition are not the same. The optimal parameters of lighting conditions and the nutrient medium composition were determined. The best development indicators of the tested potato genotypes' microplants were noted. The range of 400700 nm was determined by the optimal light radiation and 2 % sucrose concentration was the most acceptable in the nutrient substrate for the variety Zhukovsky Early Variety Udacha showed the best performance when illuminated with a light flux with a wavelength of 610 nm and 3 % sucrose in a nutrient medium. Light exposure in the range of 610 nm and the presence of 5 % sucrose in the nutrient medium turned out to be the most preferable for the hybrid 11.26/28.

Keywords: lighting, nutrient medium, in vitro culture, microplant height, number of internodes

Введение

Решение вопроса обеспечения продовольственной безопасности нашей страны во многом связано с качеством технологий, применяемых в сельскохозяйственном производстве. Этим обусловлена важность совершенствования отдельных технологических элементов, результатом чего становится повышение эффективности любой технологии в целом. В основе эффективного картофелеводства лежит наличие высококачественного семенного материала, что обуславливает важность уровня технологий оздоровления и тиражирования микрорастений картофеля в культуре in vitro, как начального этапа получения семенного материала высших репродукций. В этой связи целесообразно изучение факторов, влияющих на формирование микрорастений картофеля в стерильной защищенной среде, в частности - освещение и состав питательной среды. Используемые при культивировании микрорастений в культуре in vitro источники освещения различаются параметрами качества и интенсивности света, что требует избирательного подхода при их выборе [1, 2]. Светогенерирующая часть современного источника освещения представлена различными типами ламп и светодиодов, обладающих различным спектром светового излучения, что обуславливает неодинаковую эффективность их использования для освещения культивируемых пробирочных микрорастений [2, 3]. Работами ряда ученых выявлено влияние изменения спектрального состава света на динамику роста и развития растений различных видов, культивируемых в культуре in vitro. Определены наиболее приемлемые диапазоны светового излучения, оказывающие влияние на формирование микрорастения, сопоставимое с влиянием дневного света [4]. Широкое внедрение биотехнологических методов в селекцию и семеноводство картофеля требует тщательного определения параметров биотических и абиотических факторов, способствующих наиболее эффективному росту, развитию и плодоношению биологических растительных объектов [5]. Добиться улучшения результата развития микрорастений в культуре in vitro возможно также благодаря использованию питательного субстрата, состав которого максимально сбалансирован в соответствии с требованиями эксплантата растительного организма. В этой связи группой ученых проведены исследования влияния изменения концентрации сахарозы на развитие микрочеренков картофеля в пробирочной культуре [6]. Активность ризогенеза микрорастений в зависимости от условий питания изучена другими исследователями. Результаты демонстрируют значительное колебание параметров развития корневой системы при изменении состава питательной среды [7]. Важностью наличия необходимых компонентов питания и их правильным балансом в субстрате в соответствии с требованиями растительного организма при регенерации микрочеренков картофеля обусловлена работа ряда исследователей по модификации состава питательной среды с учетом биологических особенностей конкретного генотипа картофеля [8]. В связи с актуальностью изучения вышеобозначенных факторов оптимизация условий освещения и состава питательной среды при микроклональном размножении в культуре in vitro с учетом биологических особенностей конкретных генотипов картофеля в предгорной зоне РСО-Алания является основной целью реализованных исследований.

Материал и методы исследования

Исследования проводились на базе селекционно-семеноводческого центра Горского ГАУ в условиях лаборатории микроклонального размножения картофеля.

В качестве объектов исследования использовали сорта картофеля раннего срока созревания Жуковский ранний и Удача, районированные в регионе, а также перспективный гибрид собственной селекции 11.26/28, продуктивность которого в конкурсном испытании 3-го года была выше урожайности стандартного для региона сорта Волжанин.

Опыт закладывали в шестикратной повторности по сорок растений каждого сорта в лабораторных условиях.

Источники освещения: базовая часть светильников представлена двумя типами - для эксплуатации светодиодных ламп и люминесцентных. Светогенерирующая часть по вариантам: 1 -й вариант - светодиодная лампа белого света (диапазон освещения 400-700 нм), 2-й - светодиодная лампа желтого света (диапазон освещения 570-590 нм), 3-й - люминесцентная лампа белого света (диапазон освещения 410, 435, 545, 610 нм), 4-й - люминесцентная лампа розового света (диапазон освещения 610 нм). Продолжительность светового воздействия (экспозиция) составляет 16 часов.

Микроклонирование пробирочных растений картофеля проводили в стерильных условиях лами- нар-бокса (БАВнп-01- «Ламинар-С») - 1,5.

Для исследования в опыте экспланты микрочеренков высаживали в пробирки на питательные среды, различающиеся по составу в соответствии с вариантами опыта. В контрольном варианте использовали оригинальную среду Мурасиге-Скуга (МС), а также среды, модифицированные нами на основе среды МС по показателю содержания сахарозы.

Для модификации питательной среды использовались различные концентрации сахарозы: модификация 1 - 2% (20мг/л), модификация 2 - 4% (40мг/л) и модификация 3 - 5% (50мг/л). В остальном состав всех модификаций среды был тождествен оригинальному составу среды МС.

Таблица 1. Состав питательных сред, применяемых в эксперименте, для выращивания микро-растений картофеля из меристем и черенков (мг/л) в контролируемых условиях фитотрона Table 1. The composition of nutrient media used in the experiment for growing potato microplants from meristems and cuttings (mg/l) under controlled conditions of the phytotron.

Источник: состав модифицированных питательных сред создан авторами на основе оригинального состава питательной среды Мурасиге-Скуа.

Source: the composition of the modified nutrient media was created by the authors based on the original composition of the Murashige-Skua nutrient background.

Результаты исследований

Результаты исследований влияния применения различных источников освещения, обладающих различными характеристиками спектрального состава света, на морфогенез регенерирующих черенков микрорастений картофеля в культуре in vitro, культивируемых на различных питательных средах, подтверждают существенную разницу в показателях роста и развития эксплантов в зависимости от спектрального состава фотопериода и состава субстрата (табл. 2).

Таблица 2. Влияние освещения различного спектра и состава питательной среды на высоту микрорастений сортов картофеля в культуре in vitro в контролируемых условиях фитотрона Table 2. Influence of illumination of different spectra and composition of the nutrient medium on the height of microplants of potato varieties in vitro under controlled conditions of the phytotron

Источник: составлено авторами по результатам собственных исследований.

Source: compiled by the authors based on their own research.

Представленные результаты свидетельствуют о том, что различные генотипы картофеля в одинаковых условиях культивирования демонстрируют различный уровень показателей, характеризующих степень их развития. При этом на рост и развитие микрорастений исследуемых образцов влияние оказывают как факторы освещения и состава питательной среды, так и фактор генетических особенностей сортообразцов. Питательная среда МС обеспечивала стабильный относительно высокий показатель роста пробирочных растений сорта Удача и гибрида 11.26/28 (13,1 и 14,2 см соответственно) при их росте в условиях применения светодиодов белого света, обладающего более широким спектром светового излучения в сравнении с другими типами освещения, использованными в наших исследованиях.

Для сорта Жуковский ранний при данном источнике освещения лучший показатель развития микрорастений отмечен на модифицированной среде (модификация - 2), превысивший результат на среде МС на 5,6%. Условия развития для сорта Удача при его культивировании на среде модификация - 3 можно отметить как более предпочтительные (длина микрорастения - 13,5 см).

При анализе результатов влияния состава питательной среды при освещении желтым светодиодом и белым светом люминесцентной лампы, а также люминесцентной лампой розового света выявляется тенденция приоритетности различных питательных сред для исследуемых генотипов картофеля. Для сорта Жуковский ранний более благоприятна среда модификация - 2, для Удачи - модификация -3, для гибрида 11.26/28 - оригинальная среда МС. Более высокие показатели роста и развития микрорастений отмечены в условиях, когда источниками освещения являлись белые светодиоды (400-700 нм) и люминесцентные лампы розового света (610 нм) для всех испытуемых генотипов.

Получение достаточно развитых микрорастений способствует получению качественных черенков для дальнейшего размножения (табл. 3).

Таблица 3. Влияние освещения различного спектра и состава питательной среды на количество междоузлий микрорастений сортов и гибрида картофеля в культуре in vitro в контролируемых условиях фитотрона

Table 3. Influence of illumination of different spectra and composition of the nutrient medium on the number of internodes of microplants of potato varieties and hybrids in in vitro culture under controlled conditions of the phytotron

Источник: составлено авторами по результатам собственных исследований.

Source: compiled by the authors based on their own research.

Результаты, представленные в табл. 3, свидетельствуют, что тенденция изменения показателей количества междоузлий микрорастений исследуемых генотипов в зависимости от состава питательной среды и освещения аналогична вышеописанной, касающейся высоты микрорастений.

Более предпочтительными источниками освещения для всех генотипов являются белые светодиоды и люминесцентные лампы розового света. При этом зафиксированы следующие максимальные показатели количества междоузлий: по сорту Жуковский ранний - 9,1 (белый светодиод, среда модификация - 2) и 9,0 (люминесцентная лампа розового света, среда модификация - 2), по сорту Удача - 8,1 (белый светодиод, оригинальная среда МС) и 8,3 (люминесцентная лампа розового света, оригинальная среда МС), по гибриду 11.26/28 - 9,5 (люминесцентная лампа розового света, оригинальная среда МС) и 9,1 (люминесцентная лампа розового света, среда модификация -3).

Анализ показателей высоты микрорастений и количества междоузлий по сортам показывает, что можно отметить корреляцию этих признаков, они находятся в прямой зависимости.

Однако, следует отметить, что при межсортовом сравнении количество междоузлий не имеет прямой зависимости от высоты микрорастения. Растения сорта Жуковский ранний при высоте 12,5 см сформировали 9,1 междоузлие, тогда как в тех же условиях микрорастения гибрида 11.26/28 при высоте 12,9 см сформировали 8.1 междоузлий. Это говорит о влиянии генотипических особенностей на формирование данных показателей.

Заключение

1. Проведенные исследования показали, что для получения максимального эффекта при размножении микрорастений картофеля сортов Жуковский ранний и Удача, а также перспективного гибрида собственной селекции 11.26/28 следует подбирать состав питательной среды и источник освещения с учетом особенностей конкретного генотипа, что обуславливает необходимость проведения исследований в данном направлении для разработки сортовых технологий размножения ценных генотипов в культуре in vitro.

2. Наиболее эффективными условиями для достижения максимальных показателей роста и количества сформировавшихся междоузлий по сортам являются следующие: для сорта Жуковский ранний - освещение белыми светодиодами и питательная среда модификация - 2; для сорта Удача

- освещение люминесцентными лампами розового света и оригинальная питательная среда Мура- сиге-Скуга; для гибрида 11.26/28 - освещение люминесцентными лампами розового света и питательная среда модификация - 3.

3. Полученные данные свидетельствуют о необходимости разработки сортовых технологий, учитывающих биологические особенности исследуемых генотипов картофеля, обеспечивающих максимальную эффективность технологических мероприятий на всех этапах процесса производства оригинального и элитного семенного материала культуры.

Список источников

генотип картофель освещение питательная среда

1. Барсукова Е.Н., Чибизова А. С. Влияние спектра светодиодного освещения на процесс микро- клонального размножения безвирусных растений картофеля различных сортов // Аграрный вестник Приморья. 2019. № 1(13). С. 18-22. - EDN UGUNXO.

2. Клональное микроразмножение картофеля in vitro / С.С. Басиев [и др.]. // Известия Горского государственного аграрного университета. 2020. Т. 57. №. 4. С. 39-45.

3. Анализ сортовых различий растений-регенерантов картофеля in vitro при использовании светодиодных светильников / Т.В. Никонович [и др.]. // Вестник Белорусской государственной сельскохозяйственной академии. - 2018. № 1. С. 73-78. - EDN YTESHG.

4. Влияние спектрального состава света на рост и развитие растений in vitro / Р.В. Папихин [и др.]. // Наука и Образование. 2021. Т. 4. № 3. - EDN BTAACY.

5. Технологии производства перспективных сортов картофеля методами биотехнологии / РМ. Турпанова, К. Ж. Сыман, М.А. Башенова [и др.]. // Проблемы экономики, организации и управления в России и мире : Материалы XXI Международной научно-практической конференции, Прага, 18 октября 2019 года / Отв. редактор Уварина Н.В.. - Прага: World Press s.r.o., 2019. - С. 57-62.

- EDN CBXEPX.

6. Чусова Н.С., Муратова С. А., Пугачева Г.М. Влияние различных концентраций сахарозы на эффективность микроразмножения картофеля in vitro // Наука и Образование. 2019. Т. 2. № 1. С. 27.

- EDN YZQWKT.

7. Чусова Н.С., Муратова С.А. Влияние условий культивирования in vitro на эффективность ризогенеза микрорастений картофеля // Наука и Образование. 2019. Т. 2. №. 2. C. 260. - EDN BEQQII.

8. Чернышева Н.Н., Гусева К.Ю. Модификация компонентного состава питательной среды для индукции морфогенеза растений-регенерантов картофеля (Solanum tuberosum L.) сорта Г ала в культуре in vitro // Аграрная наука - сельскому хозяйству : сборник статей: в 3 книгах, Барнаул, 07-08 февраля 2017 года / Алтайский государственный аграрный университет. - Барнаул: Алтайский государственный аграрный университет, 2017. - С. 324-325. - EDN YSNQZN.

References

1. Barsukova EN, Chibozova AS. Effect of spectrum of the light-emitting diode lighting upon the process of micropropagaition of the virus-free potato plants of different varieties. Agrarian newsletter of Primoriye. 2019;1(13): 18-22. (In Russ.). EDN: UGUNXO.

2. Basiev SS, Khutinaev OS, Abazov AK, Sokolova LB, Gazzaev GT. Clonal in vitro micropropagation of potatoes. Proceedings of Gorsky State Agrarian University. 2020;57(4): 39-45. (In Russ.).

3. Nikonovich TV, Kardis TV, Kilchevsky AV, Filipenya VL, Chizhik OV, Trofimov YuV, et al. Analysis of varietal differences in potato regenerant plants in vitro using LED lamps. Bulletin of the Belarusian State Agricultural Academy. 2018;(1): 73-78. (In Russ.). EDN: YTESHG.

4. Papikhin RV, Muratova SA, Melekhov ID, Dubrovsky ML. Effect of spectral composition of light of LED lamps on the growth and development of plants in vitro. Science and Education. 2021;4(3). (In Russ.). EDN: BTAACY.

5. Turpanova RM, Siman MJ, Bashenova MA, Bakirov SB, Isaac K, Sarsekeeva SJ. Technologies for the production of promising potato varieties using biotechnology. In: Uvarina NV. (eds.) Problems of economics, organization and management in Russia and the world: Proceedings of the XXI International Scientific and Practical Conference, 18 October 2019, Prague. Prague: World Press s.r.o.; 2019. p. 5762. (In Russ.). EDN: CBXEPX.

6. Chusova NS, Muratova SA, Pugachova GM. The influence of different concentrations of sucrose on the efficiency of micropropagation of potatoes in vitro. Science and Education. 2019;2(1): 27. (In Russ.). EDN: YZQWKT.

7. Chusova NS, Muratova SA. Influence of the conditions of cultivation in vitro on the efficiency of risogenesis of potato micring growth. Science and Education. 2019;2(2): 260. (In Russ.). EDN: BEQQII.

8. Chernysheva NN, Guseva KYu. Modification of the component composition of the nutrient medium for the induction of morphogenesis of regenerated potato plants (Solanum tuberosum L.) v. Gala in in vitro culture. In: Agrarian Science - agriculture : collection of articles: in 3 books, 07-08 February 2017, Barnaul. Barnaul: Altai State Agrarian University; 2017. p. 324-325. (In Russ.). EDN: YSNQZN.

Размещено на Allbest.ru