Наши журналы
Опубликовать статью Вход и регистрация
Расширенный поиск
Разделы статьи

EFFECTS OF THE SEASONAL FACTOR ON THE SURVIVAL RATE OF CHERRY EXPLANTS IN IN VITRO CULTURE

Научная статья
Shakhov V.V.
Fedotova I.E.
Tashmatova L.V.
Matsneva O.V.
Khromova T.M.
DOI:
https://doi.org/10.23670/IRJ.2020.101.11.027
Выпуск: № 11 (101), 2020
Опубликована:
2020/11/17

ВЛИЯНИЯ СЕЗОННОГО ФАКТОРА НА ПРИЖИВАЕМОСТЬЭКСПЛАНТОВ ВИШНИ ОБЫКНОВЕННОЙ В КУЛЬТУРЕ IN VITRO

Научная статья

Шахов В.В.1, *, Федотова И.Э2, Ташматова Л.В.3, Мацнева О.В.4, Хромова Т.М.5

1, 3, 4, 5 Всероссийский научно-исследовательский институт селекции плодовых культур, Орел, Россия;

2 Орловский государственный университет имени И.С. Тургенева, Орел, Россия

* Корреспондирующий автор (mentosvad[at]vniispk.ru)

Аннотация

При применении технологии микроклонального размножения на каждом этапе сталкиваются с целым рядом проблем и трудностей, которые в конечном итоге влияют на ее эффективность. Среди таких проблем – выбор наиболее подходящего календарного срока введения эксплантов сортов вишни в культуру in vitro. В связи с этим целью наших исследований являлось выявление оптимальных сроков введения в культуру in vitro эксплантов сортов вишни. Опыт проводился на базе лаборатории биотехнологии ВНИИСПК, г. Орел, в 2019-2020 годах. Объектами исследования являлись перспективные сорта вишни селекции ВНИИСПК: Орлица, Быстринка, Бусинка, Ливенская, Путинка, Мценская, Новелла, Капелька, Ровесница, Подарок учителям, Тургеневка, Превосходная Колесниковой. Исходным материалом служили экспланты, изолированные из верхушечных и боковых почек однолетних побегов в фазу выхода из состояния вынужденного покоя (февраль), фазу начала роста (апрель), фазу активного роста (июнь) и фазу затухания роста (сентябрь). Оптимальными сроками введения в культуру in vitro эксплантов сортов вишни, учитывая жизнеспособность и интенсивность их развития, являлись весенний (апрель) и летний периоды (июнь) при использовании эксплантов, изолированных из почек однолетних побегов в фазу начала роста (апрель) и в период активного роста (июнь). Влияние генотипа на жизнеспособность эксплантов вишни проявлялось по всем срокам введения в культуру. Наибольшей жизнеспособностью на начальном этапе микроразмножения среди исследуемых сортов вишни независимо от срока введения характеризовался сорт Мценская (92,5-100,0%).

Ключевые слова: вишня, in vitro, жизнеспособность, период введения, генотип.

EFFECTS OF THE SEASONAL FACTOR ON THE SURVIVAL RATE OF CHERRY EXPLANTS IN IN VITRO CULTURE

Research article

Shakhov V.V.1,*, Fedotova I.E.2, Tashmatova L.V.3, Matsneva O.V.4, Khromova T.M.5

1, 3, 4, 5 Russian Research Institute of Fruit Crop Breeding, Oryol, Russia;

2 I.S. Turgenev Oryol State University, Oryol, Russia

* Corresponding author (mentosvad[at]vniispk.ru)

Abstract

When applying microclonal reproduction technology, a number of problems and difficulties are encountered at each stage, that ultimately affect its effectiveness. Among these problems is the choice of the most appropriate calendar date for introducing explants of cherry varieties into the culture in vitro. In this regard, the aim of our research was to identify the optimal timing of introduction of cherry explants into the culture in vitro. The experiment was conducted on the basis of the VNIISPK biotechnology laboratory, Orel, in 2019-2020. The objects of research were promising cherry varieties selected by VNIISPK: Orlitsa, Bystrinka, Businka, Livenskaia, Putinka, Mtsenskaia, Novella, Kapelka, Rovesnitsa, Podarok uchiteliam, Turgenevka, Prevoskhodnaia Kolesnikovoi. The initial material was explants isolated from the apical and lateral buds of annual shoots in the phase of emerging from the state of forced repose (February), the phase of beginning growth (April), the phase of active growth (June) and the phase of growth decay (September). The optimal dates for introducing cherry explants into the culture in vitro, taking into account the viability and intensity of their development, were spring (April) and summer (June) when using explants isolated from the buds of annual shoots in the phase of the beginning of growth (April) and during the period of active growth (June). The effect of the genotype on the viability of cherry explants was shown for all periods of introduction to culture. The highest viability at the initial stage of micropropagation among the studied cherry varieties, regardless of the introduction period, was characterized by the Mtsenskaya variety (92.5-100.0%).

Keywords: cherry, in vitro, viability, period of introduction, genotype.

Введение

В настоящее время актуальной проблемой является производство оздоровленных растений плодовых культур для закладки маточных насаждений. Метод клонального микроразмножения обеспечивает возможность быстрого тиражирования оздоровленных экземпляров. Технологии клонального микроразмножения семечковых и косточковых культур достаточно хорошо отработаны и постоянно совершенствуются [1, С. 29-38], [2, С. 13-16], [3, С. 63-67]. К настоящему времени уже разработан ряд технологий и приёмов, повышающих эффективность клонального микроразмножения генотипов вишни обыкновенной. При этом установлено, что эффективность отдельных технологий и приёмов клонального микроразмножения во многом зависит от генотипических особенностей культивируемого экспланта [5, С. 55-65], [6, С. 137-149], [8, С. 185-190]. В то же время при применении этой технологии размножения на каждом этапе сталкиваются с целым рядом проблем, которые в конечном итоге влияют на её эффективность [10, С. 9-14], [11, С. 224-232], [12, С. 15-22]. Среди таких проблем – выбор оптимального срока введения с учетом физиологического состояния экспланта [14, С. 406-408]. Среди учёных, занимающихся клональным микроразмножением вишни, нет однозначного мнения о том, какие сроки введения в культуру in vitro наиболее оптимальны, т.е. обеспечивают наиболее высокий процент стерильных жизнеспособных, хорошо развивающихся в культуре растений. Так, согласно данным И.Ю. Ковальчук, И.А. Волгиной и А.Х. Насибулиной, наилучшей регенерационной способности эксплантов можно добиться при введении их в культуру на стадии наибольшей интенсивности роста (май–июнь) [9, С. 6-14]. По мнению, Л.В. Фроловой, наименьшей степени инфицирования эксплантов можно добиться в марте, а получить высокий процент жизнеспособных и активно развивающихся эксплантов и в январе–феврале, и в июне–августе [13, С. 10-20]. Согласно результатам исследований Е.Н. Джигадло и М.И. Джигадло, оптимальным сроком для введения в культуру in vitro эксплантов вишни является декабрь–февраль [4, С. 5-10], [14, С.406-410].

От срока изоляции эксплантов с исходных маточных растений в значительной степени зависит проявление регенерационной способности эксплантов. В связи с этим целью наших исследований являлось выявление оптимальных сроков введения в культуру in vitro эксплантов сортов вишни. 

Методы и принципы исследования

Опыт проводился на базе лаборатории биотехнологии ВНИИСПК г. Орел в 2019-2020 годах.

Объектами исследования являлись перспективные сорта вишни селекции ВНИИСПК: Орлица, Быстринка, Бусинка, Ливенская, Путинка, Мценская, Новелла, Капелька, Ровесница, Подарок учителям, Тургеневка, Превосходная Колесниковой.

Исходным материалом для введения в культуру служили экспланты,  изолированные из верхушечных и боковых почек однолетних побегов в фазу выхода из состояния вынужденного покоя (февраль), фазу начала роста (апрель), фазу активного роста (июнь) и фазу затухания роста (сентябрь).

В качестве основного стерилизующего агента применяли 0,1% раствор мертиолата. Стерилизацию проводили с применением магнитной мешалки ИС-6120 для равномерного вращения объектов.

На этапе введения в культуру in vitro использовали питательную среду Мурасиге–Скуга (MS) с концентрацией 6-БАП 0,5 мг/л, pH 6-6,5 [15, С. 38-42].

Учитывали жизнеспособность эксплантов через четыре недели субкультивирования. Лабораторные исследования проводили по общепринятым методикам [4, С.28-30], [7, С. 52-56], [12, С. 31-40].

Основные результаты

Проведенные исследования показали различное влияние на жизнеспособность эксплантов сроков введения в культуру in vitro и генотипа (сортовых особенностей) (Таблица 1).

 

Таблица 1 – Жизнеспособность эксплантов сортов вишни на этапе введения в культуру in vitro, 2019-2020 гг.

Сорта Жизнеспособность, %
Зимнее введение (февраль) Весеннее введение (апрель) Летнее введение (июнь) Осеннее введение (сентябрь)
Орлица 90,3 100,0 95,0 85,7
Быстринка 100,0 92,5 100,0 81,8
Бусинка 89,7 95,0 95,0 85,7
Ливенская 86,2 95,0 92,5 97,0
Путинка 91,4 95,0 95,0 71,4
Мценская 100,0 100,0 92,5 100,0
Новелла 83,9 95,0 97,5 71,4
Капелька 100,0 97,5 92,5 82,9
Ровесница 87,2 100,0 97,5 88,6
Подарок учителям 95,4 97,5 100,0 85,7
Тургеневка 100,0 95,0 92,5 82,9
Превосходная Колесниковой 93,0 97,5 100,0 85,7
Среднее по периоду 93,1 96,7 95,8 84,9
НСР0,5=4,51
 

В результате исследований было установлено, что наибольшей жизнеспособностью отличались экспланты сортов вишни при их введении в весенний и летний периоды (96,7% и 95,8% соответственно). Высокую жизнеспособность культивируемых эксплантов отмечали и при введении в зимний период: в среднем она составила 93,1%. Низкая жизнеспособность культивируемых эксплантов была зафиксирована в осенний период, в среднем по сортам она составила 84,9%.

Влияние генотипа на жизнеспособность эксплантов вишни проявлялось по всем срокам введения в культуру. Высокую приживаемость показали сорта Быстринка, Мценская, Капелька, Тургеневка (100%) при выходе из состояния покоя (февраль); наиболее яркую зависимость между жизнеспособностью и генотипическими особенностями сортов наблюдали при введении в апреле (фаза начала роста); Орлица, Мценская, Ровесница (100%), а сорта Бусинка, Ливенская, Путинка, Новелла, Тургеневка по (95%). Быстринка, Подарок учителям (100%) – в фазу активного роста (июнь); Мценская (100%) – в конце вегетации (сентябрь). Сорта Бусинка, Путинка, Быстринка показывают одинаковый процент жизнеспособности эксплантов.

Наиболее эффективно было проведено введение в культуру сорта вишни Мценская. Жизнеспособность эксплантов по вариантам опыта составила – 100% зимой, 100% весной, 92,5% летом и 100% осенью. Самую низкую приживаемость во все периоды введения показал сорт вишни Новелла – 83,9% зимой, 95% весной, 97,5% летом и 71,4% осенью.

Обсуждения

Замедленные темпы развития введенных эксплантов в данный период могут быть объяснены протеканием в этот период в естественных условиях стадией подготовки растений к глубокому покою. Показатели приживаемости в феврале показывают, что хоть растения и находятся в фазе глубокого покоя, но идет естественная подготовка к выходу из него, что и способствует лучшей приживаемости. В конце марта растения находятся в состоянии выхода из вынужденного покоя и перехода к фазе начала роста, что и позволяет растения в данный период лучше развиваться и приживаться на питательной среде. Летний период является фазой активного роста, так как в данную фазу активного роста клетки меристемы наиболее интенсивно делятся, что и способствует увеличению приживаемости введенных эксплантов на питательной среде.

Таким образом, определили, что жизнеспособность введенных эксплантов сортов вишни может определяться сроком введения в культуру, в то же время она зависит от генотипа данных сортов. В любой из исследуемых сроков введения в культуру in vitro сортов вишни можно добиться определенного числа жизнеспособных эксплантов.

Заключение

Эффективность технологии клонального микроразмножения сортов вишни на первом этапе культивирования во многом зависит от сроков введения эксплантов в культуру in vitro, что объясняется различным морфофизиологическим состоянием исходного растительного материала.

Оптимальными сроками введения в культуру in vitro эксплантов сортов вишни, учитывая жизнеспособность и интенсивность их развития, являлись весенний (апрель) и летний (июнь) периоды при использовании эксплантов, изолированных из почек однолетних побегов в фазу начала роста и в период активного роста.

Влияние генотипа на жизнеспособность эксплантов вишни проявлялось по всем срокам введения в культуру. Наибольшей жизнеспособностью на начальном этапе микроразмножения среди исследуемых сортов вишни независимо от срока введения характеризовался сорт Мценская (92,5-100,0%).

Конфликт интересов Не указан. Conflict of Interest None declared.

Список литературы / References

  1. Бутенко, Р. Г. Клеточные технологии в селекционном процессе / Р. Г. Бутенко // Состояние и перспективы развития сельскохозяйственной биотехнологии: Мат. Всес. конф., Ленинград, 1986. –С. 29–38.
  2. Бутенко Р.Г. Биология клеток высших растений и биотехнология на их основе / Р. Г. Бутенко. Учеб. пособие, –М.: ФБК–Пресс, 1999, –160 с.
  3. Волкова Е. А. Теоретические аспекты микроразмножения вишни (Cerasus (Mill.)) / Е. А. Волкова // Вопросы науки и образования. 2019. –№4 (49). – С. 63–67.
  4. Джигадло Е.Н. Методические рекомендации по использованию биотехнологических методов в работе с плодовыми, ягодными и декоративными культурами / под ред. Е.Н. Джигадло, Орел: ВНИИСПК, 2005. –49 с.
  5. ВечернинаН.А. Методы биотехнологии вселекции, размножении и сохранении генофонда растений / Н.А. Вечернина. Барнаул: Изд–во Алт. гос. ун–та, 2004. – 205 с.
  6. Катаева Н.В. Клональное размножение растений в культуре тканей / Н.В. Катаева, В.А. Аветисов //Культура клеток растений. М.1981. –С. 137–149.
  7. ДжигадлоЕ.Н. Размножении вишни методом верхушечныхмеристем / Е.Н. Джигадло , М.И. Джигадло // Улучшение сортимента, и прогрессивные приемы возделывания плодовых и ягодных культур. Тула: Приок. кн. изд–во, 1988. –С.52–56.
  8. Кухарчик Н. В. Размножение плодовых и ягодных растений в культуре in vitro / Н. В. Кухарчик, М. С. Кастрицкая, С. Э Семенас и др / под общ. ред. Н. В. Кухарчик. Минск: Беларуская навука, 2016. – 208 с.
  9. Ковальчук И.Ю. Использование клонального микроразмножения в селекции плодовых и ягодных культур. Ускоренное размножение посадочного материала плодово–ягодных культур с использованием биотехнологических методов / И.Ю. Ковальчук, И. А. Волгина, А. Х. Насибулина. Алма–Ата: Изд–во КАСХН. 1991. –С. 6–14.
  10. Лутова Л.А. Биотехнология высших растений. / Л.А. Лутова.. СПб.: Изд-во С.-Петерб. ун-та, 2003. –228 с.
  11. Матушкина О.В. Новые технологии in vitro плодовых культур / О.В. Матушкина, И.Н. Пронина // Плодоводство и ягодоводство России. – М., 2008. – Т. XVIII. – C. 224-232.
  12. Расторгуев, С. Л. Культура изолированных тканей и органов в селекции плодовых растений / С. Л. Расторгуев,– Мичуринск: изд–во МичГАУ, 2009. – 170с.
  13. Фролова Л.В. Методические рекомендации по микроклональному размножению косточковых культур. Орёл: ГОУ ВПО «ОГУ», 2009. – 40с.
  14. Хархардина Е.Л. Влияние состава питательной среды на развитие эксплантов отдаленных гибридных форм вишни на этапе введения в культуру in vitro / Е.Л. , Хархардина, И.Э. Федотова, О.В Острикова // Актуальные проблемы естественнонаучного образования, защиты окружающей среды и здоровья человека (Настоящее и будущее подготовки учащихся и студентов университетов области естественных наук). – Орел, 2016. – С. 406-410.
  15. Шахов В.В. Cравнительный анализ стерилизаторов на основе периодизации их использования / Шахов В.В. и др. // Вестник КрасГАУ. 2019. –№12 (153). – С. 38-42

Список литературы на английском языке / References in English

  1. Butenko, R. G. Kletochnye tekhnologii v selekcionnom processe[Cellular technologies in the selection process] / R. G. Butenko // Sostoyanie i perspektivy razvitiya sel'skokhozyajstvennoj biotekhnologii[State and prospects for the development of agricultural biotechnology]: Mat. Vses. konf. Leningrad, 1986. –P. 29–38. [in Russian]
  2. Butenko R.G. Biologiya kletok vysshikh rastenij i biotekhnologiya na ikh osnove [Biology of higher plant cells and biotechnology based on them]. / R. G. Butenko Uchebnoe posobie, M.: FBK–Press, 1999, –160 p. [in Russian]
  3. Volkova E. A. Teoreticheskie aspekty mikrorazmnozheniia vishni (Cerasus (Mill.)) [Theoretical aspects of cherry microdivision (Cerasus (Mill.)] / E. A. Volkova // Voprosy nauki i obrazovaniia [Issues of science and education]. 2019. –№4 (49). – 63–67. [in Russian]
  4. Dzhigadlo E.N. Metodicheskie rekomendacii po ispol'zovaniyu biotekhnologicheskikh metodov v rabote s plodovymi, yagodnymi i dekorativnymi kul'turami [Methodological recommendations on the use of biotechnological methods in working with fruit, berry and ornamental crops] / ed. by E.N. Dzhigadlo, Orel: VNIISPK, 2005. –49 p. [in Russian]
  5. Vechernina N.A. Metody biotekhnologii v selekcii, razmnozhenii i sokhranenii genofonda rastenij [Methods of biotechnology in the selection, reproduction and preservation of the plant gene pool] / N.A. Vechernina. Barnaul: Publ house Alt. gos. UN–ta, 2004.– 205 p. [in Russian]
  6. Kataeva N.V. Klonal'noe razmnozhenie rastenij v kul'ture tkanej [Clonal reproduction of plants in tissue culture] / Kataeva N.V., Avetisov V.A. //Kul'tura kletok rastenij. [Culture of plant cells.] M.1981. –P. 137-149. [in Russian]
  7. Dzhigadlo E.N. Razmnozhenii vishni metodom verkhushechnykh meristem [Reproduction of cherries by the method of top meristems] / E.N. Dzhigadlo, M.I. Dzhigadlo // Uluchshenie sortimenta, i progressivnye priemy vozdelyvaniya plodovykh i yagodnykh kul'tur. [Improvement of sortiment, and progressive techniques for cultivating fruit and berry crops.] Tula: Priok. Kn. Publ house, 1988. –P.52–56. [in Russian]
  8. Kukharchik N. V. Razmnozhenie plodovykh i yagodnykh rastenij v kul'ture in vitro [Reproduction of fruit and berry plants in culture in vitro] // N. V. Kukharchik, M. S. Kastritskaya, S. E. Semenas et al // ed.by N. V. Kukharchik. Minsk: Belaruskaya navuka, 2016. –208 p.
  9. Kovalchuk I.Iu. Ispolzovanie klonalnogo mikrorazmnozheniia v selektsii plodovykh i iagodnykh kultur. Uskorennoe razmnozhenie posadochnogo materiala plodovo–iagodnykh kultur s ispolzovaniem biotekhnologicheskikh metodov.[ The use of clonal micropropagation in the selection of fruit and berry crops. Accelerated propagation of planting material of fruit and berry crops using biotechnological methods.] / Iu. Kovalchuk, I. A. Volgina, A. Kh Nasibulina. Alma–Ata: KASKhN publ house. –P. 6–14. [in Russian]
  10. Lutova L.A. Biotekhnologiya vysshikh rastenij. [Biotechnology of higher plants.] /: L.A. Lutova uchebnik. SPb.: Publ house of -Peterb. UN, 2003. –228 p. [in Russian]
  11. Matushkina O.V. Novye tekhnologii in vitro plodovyh kul'tur [New technologies in vitro of fruit crops] / O.V. Matushkina, I.N. Pronina // Plodovodstvo i yagodovodstvo Rossii. [Fruit growing and berry growing of Russia] – M., 2008. – Vol. XVIII. – P. 224-232. [in Russian]
  12. Rastorguev, S. L. Kul'tura izolirovannykh tkanej i organov v selekcii plodovykh rastenij [Culture of isolated tissues and organs in the selection of fruit plants] / S. L. Rastorguev,– Michurinsk : MichGAU publ house, 2009. – 170 p. [in Russian]
  13. Frolova L.V. Metodicheskie rekomendatsii po mikroklonalnomu razmnozheniiu kostochkovykh kultur. [Methodological recommendations for microclonal propagation of stone cultures.] / L.V. Frolova Orel: GOU VPO «OGU», 2009. –40 p. [in Russian]
  14. Harhardina E.L. Vliyanie sostava pitatel'noj sredy na razvitie eksplantov otdalennyh gibridnyh form vishni na etape vvedeniya v kul'turu in vitro [The influence of nutrient composition on the development of explants of remote hybrid forms of cherries at the stage of introduction into culture in vitro] / Harhardina E.L., Fedotova I.E., Ostrikova O.V. // Aktual'nye problemy estestvennonauchnogo obrazovaniya, zashchity okruzhayushchej sredy i zdorov'ya cheloveka (Nastoyashchee i budushchee podgotovki uchashchihsya i studentov universitetov oblasti estestvennyh nauk). [Current problems of natural science education, environmental protection and human health (Present and future training of students and students of universities in the field of natural sciences).] – Orel, 2016. – P. 406-410. [in Russian]
  15. Shakhov V.V. Sravnitel'nyj analiz sterilizatorov na osnove periodizacii ih ispol'zovaniya [Comparative analysis of sterilizers based on the periodization of their use] / V.V. Shakhov et al // Vestnik KrasGAU. 2019. –№12 (153). – 38-42 [in Russian]