Влияние температуры, фотопериода и концентрации микросолей в питательной среде на продуктивность картофеля в культуре in vitro

Приведены результаты исследований по изучению комплексного влияния температурного режима, фотопериода и концентрации натрия молибденовокислого в питательной среде на индукцию образования микроклубней картофеля в культуре in vitro.

Ключевые слова:питательная среда, температурный режим, фотопериод, микросоли, интенсивность клубнеобразования, микроклубни.

Постановка и состояние изученности проблемы. В связи с вегетативным размножением картофеля, на него влияют грунтовые, климатические, фитосанитарные факторы, которые могут негативно влиять на продуктивность семенных клубней. Особого вреда наносят картофелеводству вирусные, бактериальные и грибковые болезни [1]. Поражая растения, приводят к значительному недобору урожая, ухудшая его товарные качества [2, 3].

В Украине проведена значительная работа по снижению негативного воздействия этих заболеваний. Разработана и применяется система семеноводства на оздоровленной основе, одним из элементов которой является биотехнология [4–7]. Она основывается на использовании метода апикальной меристемы в сочетании с термотерапией для освобождения сортов картофеля от вирусной инфекции, накоплении исходного оздоровленного материала в объемах, необходимых для воспроизведения элиты. Так, на основе оздоровленного материала в Украине ежегодно производится более 70 % элиты картофеля от общего его количества [1, 8].

Первым этапом в получении семенных клубней высших категорий является создание исходного материала, оздоровленного в культуре меристем in vitro. Регенерированные из меристемы растения в значительной степени свободны от вирусной и другой инфекции. Этот семенной материал отмечается лучшим качеством, поскольку во время его продуцирования синтез вирусного белка в растениях происходит медленно, в результате замедляются темпы накопления вирусной инфекции [9–10].

Для повышения эффективности биотехнологического метода получения исходного материала используется комплекс приемов для ускорения процесса клубнеобразования в культуре меристем in vitro и улучшения качества микроклубней. Гормональная регуляция этого процесса в растениях связана с рядом факторов, в том числе с комплексным воздействием продолжительности фотопериода и температурного режима.

Для культивирования меристем, выращивания растений in vitro и микроклубней за основу используют питательную среду с минеральной основой Murashige, Skoog (М.-С.) или модифицированные среды Института картофелеводства и Института орошаемого земледелия НААН с высоким уровнем минерального питания [11–14]. Учитывая небольшие размеры листового аппарата растений in vitro, необходимо создать для них оптимальный уровень минерального питания с целью получения максимальной листовой поверхности и накопления урожая.

Задачи и методика исследований. Для определения наиболее оптимального температурного режима, фотопериода и состава микросолей в питательной среде при выращивании в культуре in vitro раннеспелого сорта картофеля Тирас в 2013–2014 гг. в условиях микроклональной лаборатории был проведен опыт в соответствии с общепринятыми методиками [13,15]. На изучение были поставлены следующие факторы: А — температурный режим (16–18 и 20–23 °С); В — фотопериод (10 и 16 часов); С — концентрация натрия молибденовокислого в питательной среде (0,25; 0,20 и 0,30 мг/л).

На 80-й день культивирования температура оказывала очень сильное влияние на индукцию клубнеобразования, коэффициент корреляции (r) составил -0,907 + 0,072. При температуре 16–18°С интенсивность клубнеобразования при содержании натрия молибденовокислого 0,30 мг/л составляет 105,5 %, что на 3,5 и 7,0 % больше, чем при 0,25 и 0,20 мг/л, соответственно. При более высокой температуре и концентрации натрия молибденовокислого 0,30 мг/л клубнеобразование составляет лишь 81,0 %, что на 3,0 и 17,0 % больше, чем при концентрациях 0,25 и 0,20 мг/л. Максимальная интенсивность клубнеобразования отмечена при температуре 16–18°С, фотопериоде 16 часов и концентрации натрия молибденовокислого 0,30 мг/л — 106 %.

На формирование массы среднего микроклубня, массы микроклубней на одно растение, выход микроклубней массой 300 мг и более и на интенсивность клубнеобразования влияли как отдельно исследуемые факторы, так и их взаимодействие. Индекс множественной корреляции (R) соответственно составил 0,929; 0,958; 0,810 и 0,970 (табл. 1). Так, при температуре 16–18 °С масса среднего микроклубня и масса микроклубней на одно растение были на 31,1 и 75,1 мг больше, чем при 20–23 °С, соответственно, и составляли 191,3 и 196,3 мг (r = -0,388 + 0,158; -0,670 + 0,127). Выход микроклубней массой 300 мг и более составил, соответственно, 11,1 и 8,5 %.

Таблица 1

Продуктивность растений картофеля сорта Тирас в культуре in vitro в зависимости от температуры, фотопериода и концентрации натрия молибденовокислого,2013–2014 гг.

При фотопериоде 16 часов масса среднего микроклубня и масса микроклубней на одно растение больше на 33,0 и 33,9 мг, чем при 10-ти часовом освещении и составили 192,3 и 175,7 мг (r = 0,412 + 0,156; 0,303 + 0,163). Процент микроклубней массой 300 мг и более — 11,4 и 7,0 %, соответственно. Выход микроклубней с массой 300 мг и более — 12,0 и 7,5 %, соответственно. Было получено массу среднего микроклубня при концентрации натрия молибденовокислого 0,30 мг/л на 57,2 и 72,2 мг больше, чем при концентрациях 0,25 и 0,20 мг/л, что составило 218,9 мг. Масса микроклубней на одно растение — 206,6 мг, что на 59,4 и 84,3 мг больше, чем при концентрациях исследуемого компонента 0,25 и 0,20 мг/л.

Выход микроклубней массой 300 мг и более при концентрации 0,30 мг/л натрия молибденовокислого — 19,8 %, что в 3,2 и 5,8 раза больше, чем при концентрациях 0,25 и 0,20 мг/л.

При взаимодействии температурного режима и фотопериода масса среднего микроклубня и масса микроклубней на одно растение при 16–18 °С и фотопериоде 16 часов — 211,6 и 216,0 мг, что на 40,6 и 39,4 мг больше, чем при 10-ти часовом освещении; процент микроклубней массой 300 мг и более — 15,1, что в 2,2 раза выше, чем при более коротком фоторежиме. При температуре 20–23 °С и 16-ти часах освещения получена масса среднего микроклубня и масса микроклубней на одно растение 173,0 и 135,3 мг, что на 25,4 и 28,4 мг больше, чем при 10 часах; выход микроклубней массой 300 мг и более почти одинаков и составляет 8,0 и 9,0 %, соответственно.

В пределах фотопериода 16 часов при температуре 16–18 °С масса среднего микроклубня и масса микроклубней на одно растение на 38,7 и 80,6 мг больше, чем при 20–23 °С. Выход микроклубней массой 300 мг и более — в 1,7 раза выше, соответственно. При освещении 10 часов масса среднего микроклубня и микроклубней на одно растение также больше при 16–18 °С на 23,4 и 69,6 мг, чем при 20–23 °С. Выход микроклубней 300 мг и более составляет 7,0 и 8,0 %, соответственно.

Отмечено средняя и сильная взаимосвязь продуктивности растений картофеля сорта Тирас в культуре in vitro от концентрации натрия молибденовокислого в питательной среде. Коэффициенты корреляции по показателям продуктивности составляют: масса среднего микроклубня — 0,736 + 0,116, масса микроклубней на растение — 0,614 + 0,135, выход микроклубней массой 300 мг и более — 0,755 + 0,112, количество микроклубней на растение — 0,321 + 0,162.

При исследовании взаимодействия температурного режима и концентрации натрия молибденовокислого лучшие результаты получены при более низкой температуре (16–18 °С). Масса среднего микроклубня при концентрациях 0,25; 0,20; 0,30 мг/л на 13,1; 35,9 и 44,1 мг больше, чем при 20–23 °С, соответственно. Масса микроклубней на одно растение — больше на 46,8; 82,4 и 96,2 мг, соответственно. Выход микроклубней массой 300 мг и более выше на 5,9 и 4,2 % при концентрациях 0,20 и 0,30 мг/л, а при концентрации 0,25 мг/л меньше на 2,4 % при более низкой температуре.

Интенсивность клубнеобразования при режиме температуры 16–18 °С составляла 102,0 %, что на 27,7 % больше, чем при 20–23 °С. При фотопериоде 16 часов интенсивность клубнеобразования на 3,7 % выше, чем при 10-ти часах. При концентрации 0,30 мг/л натрия молибденовокислого получено 93,3 % микроклубней, что на 3,3 и 12,0 % больше, чем при концентрациях 0,25 и 0,20 мг/л, соответственно. При 16–18 °С и обоих фотопериодах образовалось по 102 микроклубня на 100 растениях, а при 20–23 ° С — всего 70,7 и 78,0 штук, соответственно.

Интенсивность клубнеобразования при 16–18 °С с концентрацией натрия молибденовокислого 0,30 мг/л — 105,5 %, что на 3,5 и 7,0 % больше, чем при 0,25 и 0,20 мг/л, соответственно. При 20–23 °С и концентрации исследуемого компонента 0,30 мг/л интенсивность клубнеобразования составляет 81,0 %, что на 3,0 и 17,0 % выше, чем при концентрациях 0,25 и 0,20 мг/л.

Лучший результат, в среднем по годам исследований, получен при режиме температуры 16–18 °С, фотопериоде 16 часов и концентрации натрия молибденовокислого 0,30 мг/л: масса среднего микроклубня — 275,4 мг; масса микроклубней на одно растение — 290,4 мг, что на 68,8 и 71,4 мг больше, чем в пределах выше указанной температуры и концентрации 0,30 мг/л и при освещении 10 часов, а также больше на 60,0 и 113,1 мг, соответственно, чем при температуре 20–23 °С и 16 часах освещения. Выход микроклубней массой 300 мг и более 33,2 % при 16–18 °С и концентрации 0,30 мг/л натрия молибденовокислого, против 19,4 % при 20–23 °С и этой же концентрации; интенсивность клубнеобразования 106,0 % против 83,0 %.

Выводы. Максимальные показатели продуктивности растений in vitro раннеспелого сорта картофеля Тирас получены при использовании температуры культивирования 16–18 °С, продолжительности фотопериода 16 часов и концентрации натрия молибденовокислого 0,30 мг/л: интенсивность клубнеобразования — 106 %, масса среднего микроклубня — 275,4 мг; масса микроклубней на одно растение — 290,4 мг, количество микроклубней массой 300 мг и выше — 33,2 %, себестоимость микроклубня — 5,96 грн при рентабельности производства 168 %.

Литература:

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

2.                  Онищенко О. И. Насінництво картоплі на Україні: монографія / О. И. Онищенко. — К., 1966. — С. 3–7, 62–75.

3.                  Й. А. де Бокс. Вирусные болезни и семеноводство картофеля / Й. А. де Бокс; пер. с англ. Т. Н. Теплоуховой и Э. В. Трискинова. — М.: Колос, 1976. — С. 178–186.

4.                  Сидорова Л. С. Насінництво картоплі на безвірусній основі / Л. С. Сидорова, В. Є. Свертока // Картоплярство. — К.: Довіра. — 1986. — Вип. 16. — С. 31–34.

5.                  Блоцкая Ж. В. Вирусные болезни картофеля / Ж. В. Блоцкая. — Минск: Наука и техника, 1993. — 166 с.

6.                  Макров П. П. Применение биотехнологических методов в селекции и семеноводстве картофеля / П. П. Макаров // Селекция и биотехнология картофеля. Науч. труды НИИКХ. — М. — 1990. — С. 116–136.

7.                  Вітенко В. А. Селекція і насінництво картоплі: монографія / В. А. Вітенко, А. А. Осипчук, А. А. Кучко, В. Є. Свертока. — К.: Урожай, 1988. — 240 с.

8.                  Рекомендації по організації виробництва, праці та заробітної праці в науково-виробничій системі «Біоклон». — К., 1990. — 33 с.

9.                  Трофимец Л. Н. Некоторые особенности инфекционного процесса при заражении картофеля вирусами M, S, Y / Л. Н. Трофимец // Тр. НИИКХ. — М., 1971. — 244–251 с.

10.              Современные аспекты семеноводства овощных культур и картофеля: обзор «Агропроминформ» / [В. Н. Киселев, И. П. Соломина]. — М., 1990. — 16 с.

11.              Murashige T. A revised medium for rapid growth and bioassays with tobacco tissue cultures / T. Murashige, F. Skoog // Physiol. Plant. — 1962. — Vol. 15. — P. 473–497.

12.              Оздоровлення картоплі в культурі in vitro: науково-методичні рекомендації / [Р. А. Вожегова, Ю. О. Лавриненко, Г. С Балашова та ін.]; Ін-т зрош. землероб. — Херсон: Айлант, 2013. — 20 с.

13.              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.

14.              Potato improvement against virus diseases, applying the methods of thermo- and chemotherapy / T. M. Oliynyk, K. A. Slobodyan, S. O. Slobodyan and use // The summary of reports “European Phytosanitary Conference on Potato and other arable crops”. — Chernivtsy, 2008. — P. 25–26.

15.              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.