Сельское хозяйство/ 5

Сельское хозяйство/ 5. Растениеводство, селекция и семеноводство

Булдаков С.А.

Сахалинский научно-исследовательский институт сельского хозяйства, Россия

Применение регуляторов роста как модификаторов питательной среды для выращивания картофеля in vitro

В статье изложены результаты изучения разных концентраций стимуляторов роста Эпина-Экстра и Циркона для увеличения количества междоузлий и коэффициента размножения исходного материала картофеля сортов Аврора и Рябинушка. Приведены данные по влиянию регуляторов роста на морфо- и ризогенез и микроклубнеобразование.

Ключевые слова: картофель in vitro, сорт, микроклубни, регулятор роста.

I. Введение

Вопросы ускоренного размножения оздоровленного материала в оригинальном семеноводстве картофеля являются актуальными и изучаются учеными России и других стран [1,2].

Одним из основных методов ускоренного размножения картофеля в России в настоящее время является микрочеренкование оздоровленных растений в пробирочной культуре. На Сахалине этот метод нашел широкое применение и используется с 1981 года.

Начальный этап воспроизводства – получение оздоровленных исходных растений, которые свободны от патогенов и обладают высокой энергией роста [3]. Для увеличения коэффициента размножения растений в культуре in vitro одним из популярных методов, является применение росторегулирующих веществ. Преимущество стимуляторов роста в том, что они активно участвуют в регуляции роста растительного организма, и способствуют к повышению устойчивости растений к неблагоприятным факторам [4].

Среди регуляторов роста одним из высокоэффективных препаратов является Эпин-Экстра (24 - эпибрассионолид) – аналог природного фитогормона. Выявлена связь эпибрассионолида с активацией в растении синтеза других фитогормонов – гиберелинов, цитокининов и ауксинов, которые необходимы для его роста и развития [5]. Другой регулятор роста – циркон (смесь гидроксикоричных кислот), имеются данные о его воздействии на повышение урожайности картофеля в полевых условиях. Препарат высоко экономичен, так как действует в чрезвычайно малых дозах, благодаря своему комплексному характеру действия, он является одновременно регулятором ростовых, генеративных и корнеобразовательных процессов, индуктором болезнеустойчивости и стрессовым адаптогеном [6].

II. Постановка задачи

В данном исследовании изучаемый регуляторы роста – Эпин-Экстра и Циркон в различных концентрациях добавлялись в искусственную питательную среду для выращивания на ней безвирусных растений картофеля сортов Аврора и Рябинушка в условиях in vitro. Определялись наиболее оптимальной дозировки препаратов с целью увеличения коэффициента размножения – отношение числа микрорастений до черенкования к числу выращенных за один или несколько циклов последовательных черенкований. То есть количество черенков, которое можно получить с одного растения равно количеству междоузлий и соответственно коэффициенту размножения. Так же в опыте ставилась задача определить влияние различных доз препаратов на рост, развитие и микроклубнеобразование микрорастений.

Работу по клональному микроразмножению картофеля проводили на базе ГНУ Сахалинского НИИСХ в 2011-2012 гг. В стерильных условиях бокса пробирочные растения картофеля расчеренковывали на сегменты (черенок с листом и пазушной почкой). Черенки помещали в питательную среду Мурасиге-Скуга (МС) с добавлением регулятора роста по вариантам опыта: 1 – Контроль (среда МС без добавления регуляторов роста); 2 – МС + Циркон 0,5 мл/л; 3 – МС + Циркон 0,25 мл/л; 4 – МС + Циркон 0,1 мл/л; 5 – МС + Циркон 0,05 мл/л; 6 – МС + Эпин-Экстра 0,4 мл/л; 7 – МС + Эпин-Экстра 0,2 мл/л; 8 – МС + Эпин-Экстра 0,1 мл/л; 9 – МС + Эпин-Экстра 0,04 мл/л; 10 – МС + Циркон 0,05 мл/л + Эпин-Экстра 0,04 мл/л.

Пробирки с растениями помещались в условия культивационного помещения (фитотрона) на 50 дней. Режим выращивания растений был следующий: температура +22°С, освещенность 5 тыс. люкс, фотопериод – 16-17 часов. В заложенном опыте исключались: нижний черенок и верхушка микрорастения для получения более однородного материала.

Математическая обработка результатов опыта проводилась с использованием дисперсионного анализа по Б.А. Доспехову [7].

III.Результаты

Отзывчивость пробирочной культуры картофеля на регуляторы роста в изучаемых дозировках у растений была различна. На сорте Аврора в большинстве вариантов Циркон и Эпин-Экстра сдерживали рост растений, в течение всего периода культивирования. Положительные результаты получены на 21-й день при добавлении Эпина-Экстра (0,2 и 0,1 мл/л) на сорте Рябинушка высота возросла – на 8,4-8,8% относительно контроля.

Регуляторы роста в питательной среде положительно влияли на число междоузлий во всех вариантах, следовательно, и на коэффициент размножения при микрочеренковании in vitro. Динамика формирования числа междоузлий, свидетельствует, что в первую неделю небольшие концентрации (Циркон 0,25-0,05 мл/л и Эпин-Экстра 0,2-0,1 мл/л) препаратов в большей степени действовали на данный показатель на сорте Аврора – на 20,4-21,5% и 12,5-17,9% к контролю, на сорте Рябинушка – на 13,7-20,1% и 17,3-19,3% соответственно (табл. 1).

Таблица 1 – Динамика роста и развития пробирочных растений картофеля

Вариант	Средняя высота растений, мм			± к контролю, %	Среднее число междоузлий, шт.			± к контролю, %
Вариант	7 день	14 день	21 день	21 день	7 день	14 день	21 день	21 день
Аврора
Среда МС (контроль)	25,6	54,1	75,8	100	2,60	4,08	5,57	100
МС + Циркон 0,5 мл/л	20,1	37,0	65,6	86,5	3,02	5,17	6,82	122,4
МС + Циркон 0,25 мл/л	20,0	38,9	68,6	90,5	2,94	4,93	6,78	121,8
МС + Циркон 0,1 мл/л	23,8	47,8	70,7	93,2	3,16	5,15	6,56	117,8
МС + Циркон 0,05 мл/л	26,2	48,8	71,4	94,2	3,13	4,82	6,07	109,0
МС + Эпин-Экстра 0,4 мл/л	17,7	42,3	61,6	81,2	2,95	4,91	6,35	114,0
МС + Эпин-Экстра 0,2 мл/л	22,5	43,2	65,0	85,8	3,14	4,81	6,43	115,4
МС + Эпин-Экстра 0,1 мл/л	23,3	40,0	67,2	88,6	2,99	4,59	6,12	109,9
МС + Эпин-Экстра 0,04 мл/л	24,2	43,9	64,4	84,9	2,96	4,33	5,67	101,8
МС + Циркон 0,05 мл/л + Эпин-Экстра 0,04 мл/л	22,7	41,1	64,1	84,6	2,87	4,34	5,83	104,7
НСР₀₅	1,4	2,8	2,5		0,12	0,18	0,27
Рябинушка
Среда МС (контроль)	19,5	46,5	58,1	100	2,49	3,90	4,65	100
МС + Циркон 0,5 мл/л	11,0	32,0	49,3	84,8	2,68	5,00	6,39	137,2
МС + Циркон 0,25 мл/л	13,5	35,6	49,9	85,8	2,99	4,79	5,98	128,6
МС + Циркон 0,1 мл/л	18,2	40,4	54,9	94,4	2,83	4,54	5,68	122,1
МС + Циркон 0,05 мл/л	18,8	43,2	57,0	98,1	2,53	4,34	5,27	113,3
МС + Эпин-Экстра 0,4 мл/л	15,3	31,8	49,4	85,0	2,74	4,71	5,98	128,6
МС + Эпин-Экстра 0,2 мл/л	19,0	44,1	63,0	108,4	2,92	4,64	5,67	121,8
МС + Эпин-Экстра 0,1 мл/л	19,3	47,1	63,3	108,8	2,97	4,59	5,38	115,7
МС + Эпин-Экстра 0,04 мл/л	18,8	42,8	58,0	99,8	2,85	4,26	5,12	110,0
МС + Циркон 0,05 мл/л + Эпин-Экстра 0,04 мл/л	15,7	37,6	51,6	88,8	2,78	4,27	4,99	107,2
НСР₀₅	1,3	2,8	4,3		0,13	0,18	0,24

На вторую неделю более высокие дозировки биологически активных веществ сильнее стимулировали микрорастения к формированию преимущественного числа междоузлий на средах с Цирконом (0,5 мл/л) и Эпином-Экстра (0,4 мл/л), на сорте Аврора – на 26,7 и 20,3%, на Рябинушке – на 28,2 и 20,8% от контроля. На 21-ый день от пассажа тенденция наибольшей отзывчивости на действие высоких доз стимуляторов роста осталась прежней, значительная прибавка наблюдалась с Цирконом (0,5 мл/л) на сорте Рябинушка – на 37,2% к контролю, с Эпином-Экстра (0,4 мл/л) – на 28,6% соответственно. У сорта Аврора наибольшее число междоузлий сформировали растения на среде с Цирконом (0,5 мл/л) – на 22,4% от контроля, наилучшие показатели с Эпином-Экстра наблюдалась в концентрации 0,2 мл/л – превышение составило – 15,4% соответственно

Препараты оказали значительное влияние на площадь листьев в пробирочной культуре (рис. 1).

Описание: Описание: граф4

Рисунок 1 – Действие регуляторов роста на площадь листьев

На сорте Аврора наибольшая листовая поверхность наблюдалась в среде с Цирконом в концентрации 0,25 мл/л, ее площадь возросла на 56% в сравнении с контролем, в среде с Эпином-Экстра выделилась дозировка 0,1 мл/л – на 48,8% соответственно. На сорте Рябинушка наибольшая площадь получена в среде с Цирконом (0,05 мл/л) – 53,2% от контроля, в среде с Эпином-Экстра (0,2 мл/л) – 44,9%.

Замечено, что черенки, имеющие большую и развитую листовую пластинку, закладывают большее количество корней, то есть имеют более развитую корневую систему.

Как видно из рисунка 2, изученные регуляторы роста влияли на развитие корневой системы.

Описание: Описание: Безымянный

Длина корней, см

Рисунок 2 – Влияние регуляторов роста на длину и количество корней

Циркон и Эпин-Экстра в большинстве вариантов уменьшали длину корней. Заметные уменьшения корневой системы наблюдались в вариантах с наибольшей концентрацией препарата – у Циркона (0,5 мл/л) на Авроре в 2 раза, на Рябинушке в 1,8 раза. Эпин-Экстра в количестве (0,4 мл/л) у сорта Аврора уменьшил длину корней в 2,7 раза, у сорта Рябинушка в 1,2 раза в сравнении с контролем в среднем за 2 года. По мере уменьшения количества препарата в питательной среде увеличивалась длина корней, наиболее выделяется вариант с Эпином-Экстра (0,04 мл/л) – у сорта Аврора прибавка в длине составила 11,5%, на Рябинушке 20,2% от контроля.

Количество корней у сорта Аврора и Рябинушка в вариантах с Цирконом в дозировке (0,1 мл/л) больше контроля – на 25,4 и 49,5%. Небольшие дозы Эпина-Экстра (0,1 мл/л) положительно повлияли на корнеобразование у сортов Аврора и Рябинушка на – 12,6 и 37,6% соответственно к контролю.

Наши исследования показали, что высокие дозы препаратов на фоне увеличения коэффициента размножения – главного показателя при размножении пробирочной культуры, идет уменьшение, как высоты растения, так и длины корней. Так как короткие растения с большим количеством междоузлий трудно расчеренковать и такой посаженный материал в питательную среду может погибнуть, были выбраны средние дозировки исследуемых регуляторов роста – при которых на фоне повышенного коэффициента размножения, длина растений близка к уровню контроля или превышает его (табл. 2).

Таблица 2 – Коэффициент размножения в пробирочной культуре, за один цикл черенкования

№ в.	Вариант	Сорт
№ в.	Вариант	Аврора	Рябинушка
1	Среда МС (контроль)	1:5,6	1:4,7
2	МС + Циркон 0,5 мл/л	1:6,8	1:6,4
3	МС + Циркон 0,25 мл/л	1:6,8	1:6,0
4	МС + Циркон 0,1 мл/л	1:6,6	1:5,7
5	МС + Циркон 0,05 мл/л	1:6,1	1:5,3
6	МС + Эпин-Экстра 0,4 мл/л	1:6,5	1:6,0
7	МС + Эпин-Экстра 0,2 мл/л	1:6,4	1:5,7
8	МС + Эпин-Экстра 0,1 мл/л	1:6,1	1:5,4
9	МС + Эпин-Экстра 0,04 мл/л	1:5,6	1:5,1
10	МС + Циркон 0,05 мл/л + Эпин-Экстра 0,04 мл/л	1:5,8	1:5,0

Поэтому для практического использования можно предложить среду с Цирконом в концентрации (0,25 мл/л) или с Эпином-Экстра – (0,2 мл/л), так как при многократном микрочеренковании корневая система не имеет большого значения, а растения формируются с нормальной длиной с большим количеством междоузлий, что увеличивает коэффициент размножения.

Следует отметить, что за период исследований проводимых на культуре in vitro у растений картофеля сорта Аврора и Рябинушка, выращиваемых с применением Циркона и Эпина-Экстра в предложенных концентрациях, не отмечено каких-либо морфологических изменений по форме листовых пластинок, опушенности, а также по форме, окраске, опушенности стеблей.

$Описание: Описание: Описание: Описание: C:\Users\Сергей Андреевич\Pictures\аврора вторая временая.JPG$

$Описание: Описание: Описание: Описание: C:\Users\Сергей Андреевич\Pictures\рябинушка вторая временая.JPG$

Рисунок 3 – Внешний вид растений сортов Аврора (А), Рябинушка (Б) по вариантам

Следующим этапом развития микрорастения, то есть качественного преобразования, является процесс образования микроклубней пробирочными растениями картофеля. Установлено, что при создании определенных условий в пробирочной культуре, приводящие к снятию апикального доминирования и торможению осевого роста, происходит стимуляция образования микроклубней, то есть рост стеблей прекращается перед закладкой клубней.

Наблюдения за ростом и развитием микрорастенией картофеля в пробирочной культуре под действием стимуляторов роста показали, что на 50-й день происходит микроклубнеобразование (рис. 4).

Описание: Описание: граф5

Размер микроклубней, см

Рисунок 4 – Количество и размер микроклубней на 50-й день

Наибольший выход микроклубней в пробирочной культуре картофеля был получен на среде с добавлением Эпина-Экстра (0,1 мл/л) – на сорте Аврора в 1,8 раза, а на сорте Рябинушка – 2,4 раза по отношению к контролю, размеры, которых больше в 1,7 раза соответственно. Высокий выход микроклубней также был отмечен при использовании на сорте Аврора Циркона (0,1 мл/л) в 1,6 раза больше контроля, на сорте Рябинушка Циркона (0,05 мл/л) – 2,2 раза соответственно. Повышенные дозировки ростовых веществ Циркона (0,5 мл/л) и Эпина-Экстра (0,4 мл/л) ингибировали микроклубнеобразование.

Так как жизнь пробирочного картофеля определена объемом питательной среды, и его поглощением, которое происходит за 50-55 дней культивирования, а также размером пробирки (жизненного пространства). Поэтому к концу второго месяца микрорастения перерастают, изгибаются и скручиваются, как правило, откладывает один микроклубень и последующим высыхают. Так как в вариантах с Цирконом 0,5 мл и Эпином-Экстра 0,4 мл количество не выработанной питательной среды на 50-й день около половины, что свидетельствует о замедление всех ростовых процессов и соответственно меньшему поглощению питательной среды, при этом растения не перерастают. Что может способствовать продлению периода культивирования.

Так же необходимо отметить, что выращенная пробирочная культура картофеля, на питательной среде с оптимальными дозами (Циркон 0,1-0,25 мл, Эпин-Экстра 0,1-0,2 мл) стимуляторов роста, более выровнена, а микрорастения имеют более мощные стебли, что положительно скажется на приживаемости микрорастений в условиях защищенного грунта. При этом окрас листовых пластинок имеет более насыщенный зеленый цвет, что свидетельствует о повышенном содержании хлорофилла.

IV.Выводы

Таким образом, добавление в питательную среду Циркона 0,5 мл/л или Эпин-Экстра 0,4 мл/л увеличивает период между пассажами, так как все ростовые процессы значительной степени ингибируются.

Для стимулирования у микрорастений большего выхода микроклубней, применять среду М-С с Эпином-Экстра в концентрации 0,1 мл/л, что увеличивает их количество в зависимости от сорта – на 1,8-2,4 раза.

Установлено, что в культуре картофеля in vitro в зимне-весенний период целесообразно использовать питательную среду Мурасиге-Скуга с добавлением Циркона в дозе 0,25 мл препарата на 1 литр среды, что увеличивает коэффициент размножения на сорте Аврора – на 22%, на сорте Рябинушка – 29%. Процесс ризогенеза усиливается при добавлением Циркона в норме 0,1 мл/л на последнем пассаже перед высадкой пробирочных растений в грунт, количество корней больше у сорта Аврора – на 25%, на сорте Рябинушка – 49%.

Литература

1. Moeini, M. J., Effects of Different Plant Growth Regulators and Potting Mixes on Micro-propagation and Mini-tuberization of Potato Plantlets // Advances in Environmental Biology, 2011 – V. 5(4) – P. 631-638.

2. Elaleem, K.G., Modawi R. S., Khalafalla M. M., Effect of Cultivar and Growth Regulator on in vitro Micropropagation of Potato (Solanum tuberosum l) // American-Eurasian Journal of Sustainable Agriculture, 2009 – V. 3(3) – P. 487-492.

3. Усков, А.И. Воспроизводство оздоровленного исходного материала для семеноводства картофеля: Получение исходных растений / А.И. Усков // Достижение науки и техники АПК, 2009. – №9 – С. 20-22.

4. Булдаков, С.А. Оздоровлений картофель в пленочных теплицах / С.А. Булдаков, Н.А. Шаклеина, Л.П. Плеханова и др. // Картофель и овощи. – 2013. № 6. – С. 28-29

5. Малеванная Н.Н. Брассиностероиды – новый класс фитогормонов плейотропного действия / Н.Н. Малеванная // Сб. науч. тр. – М.: ННПП «НЭСТ М», 2007. – С. 5-77.

6. Малеванная Н.Н. Циркон – имуномодулятор нового типа. Активное начало препарата – росторегулирующий комплекс гидроксикоричных кислот и их производных / Н.Н. Малеванная // Природный регулятор роста циркон. Применение в сельском хозяйстве. Сб. науч. Тр. М.: «НЭСТ М», 2010. – С. 3-8.

7. Доспехов, Б.А. Методика полевого опыта / Б.А. Доспехов – М.: Колос, 1979. – 467 с.