Продуктивность картофеля в культуре in vitro в зависимости от состава питательной среды и физических факторов культивирования

Приведены результаты исследований по изучению влияния регулятора роста, температурного режима и размера пробирок на индукцию образования микроклубней картофеля в культуре in vitro.

Ключевые слова:питательная среда, высота растений, количество междоузлий, микроклубней, температурный режим, регулятор роста.

Постановка и состояние изученности проблемы. Сегодня картофель выращивают более чем в 130 странах мира. Для этой культуры, вегетативно размножающейся, характерно, что при длительном бессменном использовании семенного материала наблюдается прогрессирующее с годами снижение урожая в результате процесса вырождения [1]. Основной причиной этого явления является высокая склонность культуры к поражению вирусными, бактериальными и грибковыми болезнями [2]. Ведущее место среди них занимают вирусы. Клубень способен накапливать и передавать инфекцию из репродукции в репродукцию, поэтому вирусные болезни обладают очень высокой инфекционностью — они не только снижают урожайность культуры, а и ухудшают качество семенных клубней [3].

Одним из резервов повышения урожайности картофеля является ее оздоровление от вирусной инфекции. Защита семян картофеля от вирусных и других болезней, а также сохранение репродуктивных свойств сортов обеспечивается системой семеноводства картофеля на оздоровленной основе, конечная цель которой — поставка производителям, которые выращивают товарный картофель, здорового посадочного материала. На систему семеноводства возложена задача получения первичного оздоровленного материала и его размножения в условиях, которые сводят к минимуму возможность повторного поражения вирусами [4]. Основой для получения такого посадочного материала является выращивание микроклубней картофеля в культуре in vitro методом верхушечных меристем. Успех в культивировании клеток тканей и органов растений определяется составом питательной среды, в которую входят микро- и макросоли, витамины, стимуляторы ИУК и кинетин [5]. В настоящее время в открытом грунте широко применяется стимулятор роста растений Витазим, влияние которого на интенсивность клубнеобразования в культуре in vitro не изучено.

На эффективность биотехнологического метода получения исходного материала значительно влияют и другие факторы процесса клубнеобразования. Один из важнейших — температурный фактор, от которого зависят процессы деления клеток и синтез ряда веществ, связанных с метаболизмом растений [6]. Изучение взаимодействия вышеперечисленных факторов и использования в составе питательной среды стимулятора Витазим приобретает актуальность для оптимизации процесса клубнеобразования картофеля в культуре in vitro.

Задачи и методика исследований. Для изучения оптимального режима клубнеобразования картофеля сорта Тирас в культуре in vitro нами в 2010–2012 гг. в условиях микроклональной лаборатории был проведен опыт в соответствии с общепринятыми методиками [4, 8]. На изучение были поставлены три фактора: фактор А — температурные режимы (16–18 °С и 20–23 °С), фактор В — диаметры пробирок (15 мм и 20 мм), фактор С — концентрация регулятора роста Витазим (без Витазима, 0,5 мг/л и 5,0 мг/л стимулятора).

Наблюдение за ростом и развитием растений показало, что средний прирост высоты растений зависел больше от температурного режима. Так, на 20-й день культивирования этот показатель был выше при температуре 16–18 °С, в среднем по фактору, на 1,02 см чем при температуре 20–23 °С (табл. 1). На 40-й день наблюдений прирост растений в высоту при температуре 16–18 °С был также большим в среднем на 0,32 см против температуры 20–23 °С.

Количество междоузлий на 20-й и 40-й день наблюдений было больше при более низких температурах и составляло соответственно 4,1–4,6; 4,6–5,8 шт против 3,7–4,5; 3,8–4,6 шт при температуре 20–23 °С.

Тирас — ранний сорт картофеля. Уже на 20-й день исследований значительное количество растений образовало микроклубни. При температуре 20–23 °С в среднем было образовано 36,8 % микроклубней, что на 23,8 % больше, чем при температуре 16–18 °С.

В дальнейшем развитии растений в большей степени было отмечено положительное влияние на процесс клубнеобразования низких температур. Так, на 40-й день культивирования при температуре 16–18 °С процент растений, образовавших микроклубни в среднем составляет 84,5 % против 57,8 % растений, которые культивировались при температуре 20–23 °С. Максимальное клубнеобразование при более низкой температуре составляло 91 % при концентрации Витазима 5,0 мг/л, диаметре пробирки 20 мм и при выращивании растений in vitro в пробирках диаметром 15 мм без внесения в питательную среду Витазима.

Таблица 1

Влияние регулятора роста Витазим, температурного режима и диаметра пробирок на клубнеобразование картофеля раннеспелого сорта Тирас в культуре in vitro, 2010–2012 гг.

На 60-й день исследований 94 % растений сорта Тирас при концентрации Витазима 5,0 мг/л образовали микроклубни в 15-ти и 20-ти миллиметровых пробирках. Максимальный показатель клубнеобразования на этот период наблюдался при температуре 16–18 °С, диаметре пробирок 20 мм и без использования Витазима и составлял 97 %. При использовании повышенной температуры только 70,2 % растений образовали микроклубни, в среднем по фактору.

На 80-й день культивирования количество сформированных микроклубней увеличилось в среднем незначительно: на 0,5 % при температуре 16–18 °С и 2,1 % при 20–23 °С. В среднем по фактору, на 21 % больше растений in vitro образовало микроклубни при использовании температуры 16–18 °С чем при 20–23 °С.

Максимальное клубнеобразование на 80-й день культивирования за три года исследований обеспечивает использование температурного режима 16–18 °С, диаметра пробирки 20 мм без внесения в питательную среду Витазима — 98 %.

Температурный режим оказывал значительное влияние на продуктивность растений картофеля в культуре in vitro раннеспелого сорта Тирас. Использование в процессе культивирования температуры 20–23 °С обеспечивает получение больших на 14,3 % по массе микроклубней, чем при 16–18 °С, в среднем по фактору (табл. 2). Максимальная масса среднего микроклубня получена при диаметре пробирки 20 мм без использования Витазима и составляет 217,3 мг при температуре 20–23 °С. При 16–18 °С — 145,4 мг в пробирках диаметром 15 мм.

При 20–23 °С стимулятор роста Витазим снижал продуктивность растений in vitro. Так, внесение в питательную среду 0,5 мг/л и 5,0 мг/л Витазима уменьшало среднюю массу полученных микроклубней на 50,2 и 104,6 мг при использовании пробирок диаметром 20 мм и на 67,3 и 45,0 мг при 15 мм. Массу микроклубней на одно растение соответственно на 20,2; 92,3 и 88,3; 77,9 мг.

Использование при культивировании температуры 20–23 °С способствовало увеличению на 5,8 % выхода микроклубней массой 300 мг и более.

Выводы. Для получения исходного материала картофеля раннеспелого сорта Тирас в культуре in vitro необходимо проводить выращивание растений в пробирках диаметром 20 мм при температуре 16–18 °С. Выход микроклубней при этом в среднем составляет 94,3 %, вес микроклубней на одно растение — 132,0 мг при массе одного микроклубня 141,1 мг.

Таблица 2

Продуктивность растений картофеля раннеспелого сорта Тирас в культуре in vitro в зависимости от концентрации регулятора роста Витазим, температурного режима и диаметра пробирок, 2010–2012 гг.

Повышение температуры культивирования до 20–23 °С приводит к снижению клубнеобразования на 21 %. Добавление в питательную среду Витазима не оказывало положительного влияния на продуктивность растений картофеля в культуре in vitro.

Литература:

1.    Картопля / За ред. В. В. Кононученка, М. Я. Молоцького. — Біла Церква, 2002. — Т. 1. — С. 379.

2.    Леонова Н. С. Использование метода культуры ткани в селекции картофеля / Н. С. Леонова // Сибирский вестник сельскохозяйственной науки. — 1986. — № 3. — С.6–10.

3.    Кокшарова М. К. Способы оздоровления и ускоренного размножения семенного картофеля: дис. …канд. с.-х. наук. — Екатеринбург, 2004. — 150 с.

4.    Биотехнологические методы получения и оценки оздоровленного картофеля: рекомендации / [Л. Н. Трофимец, В. В. Бойко, Т. В. Зейрук и др.] — М.: ВО «Агропромиздат», 1988. — 37 с.

5.    Калинин Ф. Л. Методы культуры тканей в физиологии и биохимии растений / Ф. Л. Калинин, В. В Сарнацкая, В. Е. Полищук. — К.: Наукова Думка, 1980. — С. 87.

6.    Мелик-Саркисов О. С. Использование эффекта клубнеобразования в биотехнологии картофелеводства / О. С. Мелик-Саркисов, И. Н. Фадеева // Вестник сельскохозяйственной науки. — 1989. — № 9. — С. 86–91.

7.    Методичні рекомендації щодо проведення досліджень з картоплею / [В. С. Куценко, А. А. Осипчук, А. А. Подгаєцький та ін.]; Ін-т картоплярства. — Немішаєве, 2002. — 183 с.