Submit manuscript Sign in / Sign up
Advanced search
Article sections

EVALUATION OF NUTRIENT MEDIA UNDER REPRODUCTION OF POTATO VARIETY IN CULTURE IN VITRO

Research article
Ryabtseva Т.V.
Kulikova V.I.
Khodaeva V.P.
DOI:
https://doi.org/10.23670/IRJ.2017.66.099
Issue: № 12 (66), 2017
Published:
2017/12/18
PDF

Рябцева Т.В.1 , Куликова В.И.2, Ходаева В.П.3

1ORCID: 0000-0003-0062-852Х, кандидат сельскохозяйственных наук, 2ORCID: 0000-0002-6204-7555, кандидат сельскохозяйственных наук, 3ORCID: 0000-0003-1447-6141

Кемеровский НИИСХ – филиал СФНЦА РАН, г. Кемерово

ОЦЕНКА ПИТАТЕЛЬНЫХ СРЕД ПРИ РАЗМНОЖЕНИИ СОРТОВ КАРТОФЕЛЯ В КУЛЬТУРЕ IN VITRO

Аннотация

Исследования проводили с целью оценки эффективности размножения сортов картофеля: Танай, Кемеровчанин, Мариинский в культуре in vitro на питательных средах. В питательной среде № 1 снижено содержание сахарозы до 10 г/л, гиббереллиновой кислоты в 2 раза и концентрации ИУК до 1 мг/л. В питательную среду № 2 добавлены хитозан 50 мг/л, циклоферон 1 мг/л, кинетин 0,05 мг/л. В питательной среде № 3 снижена концентрация регулятора роста гиббереллина на 0,5 мг/л и добавлены кинетин 0,1 мг/л, салициловая кислота 14,3 мг/л. При ускоренном размножении в культуре in vitro выявлено лучшее развитие растений изучаемых сортов картофеля на питательных средах № 1 и № 2 с наиболее оптимальными морфометрическими параметрами: количество корешков 5,6-8,7 шт. и их массой 0,10-0,24 г, высотой растений 4,7-10,4 см, количеством междоузлий 4,8-6,0 шт. и коэффициентом размножения 2,5-2,7. На питательной среде № 3 увеличилось число растений с аномалиями в развитии на 3,0-17,2 %, и снижены морфометрические показатели.

Ключевые слова: картофель, сорт, микроклональное черенкование, коэффициент размножения, модифицированные питательные среды, салициловая кислота.

Ryabtseva Т.V.1, Kulikova V.I.2, Khodaeva V.P.3

1ORCID: 0000-0003-0062-852Х, PhD in Agriculture, 2ORCID: 0000-0002-6204-7555, PhD in Agriculture, 3ORCID: 0000-0003-1447-6141,

Kemerovo Scientific and Research Institute of Agriculture - branch of Siberian Federal Scientific Centre of Agro-BioTechnologies of RAS, Kemerovo

EVALUATION OF NUTRIENT MEDIA UNDER REPRODUCTION OF POTATO VARIETY IN CULTURE IN VITRO

Abstract

The studies were conducted in order to evaluate the efficiency of reproduction of potato varieties: Tanay, Kemerovchanin, Mariinsky in culture in vitro on nutrient media. In nutrient medium No. 1, the content of saccharose was reduced to 10 g/l, gibberellic acid was doubled and the concentration of indole acetic acid was reduced to 1 mg/l. Chitosan 50 mg/l, tsikloferon 1 mg/l, kinetin 0.05 mg/l were added to nutrient medium No. 2. The concentration of the growth regulator of gibberellin was reduced by 0.5 mg/l in nutrient medium No. 3, also kinetin 0.1 mg/l, salicylic acid 14.3 mg/l were added. During the accelerated reproduction in culture in vitro, the best development of plants of the studied potato varieties was in nutrient media No. 1 and No. 2 with the most optimal morphometric parameters was revealed: the number of roots was 5.6-8.7, and their mass was 0.10-0.24 g, the height of the plants was 4.7-10.4 cm, the number of internodes was 4.8-6.0. and the multiplication factor was 2.5-2.7. On nutrient medium No. 3, the number of plants with anomalies in development increased by 3.0-17.2%, and the morphometric parameters were reduced.

Keywords: potato, variety, microclonal propagation, multiplication factor, modified nutrient media, salicylic acid.

На первоначальном этапе ускоренного размножения оздоровленных меристемных растений в учреждении применяется метод микроклонирования в культуре in vitro [1, C. 66],[2, С. 81].

Главным критерием оценки эффективности микроклонального размножения считается хорошее развитие растений из черенков, без аномалий в органогенезе, с хорошими биометрическими показателями (высокой биомассой, сформированными черенками, листочками, развитыми корнями). Основные факторы, обусловливающие параметры роста и развития микрорастений – сортовые особенности и состав питательной среды [3, С.187], [4, С. 14].

При работе с картофелем необходим специальный подбор ингредиентов сред для достижения поставленной цели. Так, в опытах Федоровой Ю.Н. и Федоровой Л.Н. у сортов Наяда и Загадка Питера более активный рост растений в высоту происходил на среде Мурасиге-Скуга с концентрацией минеральной части ½ и содержанием гиббереллина 1 мг/л [5, С. 360]. В исследованиях Мишурова В.П. и соавторов увеличение дозы вводимого кинетина с 1 до 4 мг/л способствовало повышению числа листьев и междоузлий у сорта Адретта, по сравнению с контролем (стандартная питательная среда), на 13% [6, С. 221].

В работе Назаровой Н.Н. при культивировании растений in vitro и столонов на среде Мурасиге-Скуга с добавлением 3-8% сахарозы, 0,1-1,0 мг/л кинетина, 0,1-0,5 мг/л α-нафтилуксусной кислоты обнаружено существенное различие по количеству морфологически измененных регенерантов. При регенерации растений из столонов в культуре in vitro сортов Жуковский ранний, Пикассо, Невский, Муминобад и Файзабад доля морфологически аномальных регенерантов с отставанием в росте, альбинизмом, недоразвитыми листовыми пластинками и корневой системой составила 8-10%, что почти в 3 раза меньше, чем у растений in vitro. Автор связывает это с мутационным эффектом культуральной среды и так как продолжительность регенерации столонов в культуре составляет не более 3 пассажей, в то время как для получения растений in vitro 7-10 пассажей, увеличивает выход аномальных регенерантов [7, С. 5].

Фитогормоны – это важнейшие вещества, которые обеспечивают регуляцию физиологических процессов в растениях. К таким соединениям относятся салициловая кислота, которая играет важную роль в защите растений от микромицетов, регулируя защитный ответ при действии патогенов. [8, С. 220].

Общий недостаток микроклонального размножения заключается в том, что при массовом размножении сразу нескольких сортов в культуре in vitro наблюдается различная сортовая реакция растений на стандартную питательную среду. Это часто приводит к значительному ухудшению роста и развития растений in vitro (ветвление, отмирание верхушек, образование каллуса), снижению коэффициента размножения [9, С. 195], [10, С. 22].

Цель работы – дать оценку эффективности размножения сортов картофеля в культуре in vitro на питательных средах с различным фитогормональным составом.

Исследования проведены в лаборатории селекции, биотехнологии и агротехники картофеля Кемеровского НИИСХ – филиала СФНЦА РАН, путем постановки опытов в лабораторных условиях (2016-2017 гг.). Объекты исследований – сорта картофеля спелости в культуре in vitro: Танай, Кемеровчанин, Мариинский; питательные среды с различным фитогормональным составом, по минеральному составу за основу взята среда Мурасиге-Скугу.

Пробирки с посаженными растениями помещали в специальный бокс с постоянным светопериодом и влаго- температурным режимом. Температуру поддерживали на уровне 20 – 24 0С, освещенность 8±2 тыс. люкс, фотопериод 16 часов, влажность – 70%.

Основной метод ускоренного размножения оздоровленных растений регенерантов картофеля – микроклональное черенкование in vitro. Главное требование к питательной среде – обеспечение высокого коэффициента размножения в короткие сроки, то есть максимального выхода растений из микрочеренков с минимальным количеством растений с аномалиями.

При ускоренном размножении в пробирочной культуре основные морфометрические показатели хорошего развития микрорастений: высота растений, число сформированных междоузлий с хорошо развитым листовым аппаратом, длина междоузлий, количество и масса корешков.

 

Таблица  – Влияние модификации питательной среды на развитие микрорастений в культуре in vitro, (среднее)

16-02-2018 12-45-59  

Применение питательных сред с различным фитогормональным составом не оказало влияния на морфогенную активность микрочеренков сорта Танай, даже при достоверном снижении количества корешков у растений картофеля, выращенных на питательной среде №3, на 5,1 шт./ раст. (НСР05 = 3,2) остальные изучаемые показатели находились на уровне контроля (табл.).

Однако на сортах Кемеровчанин и Мариинский хорошее развитие растений отмечали при культивировании растений на питательной среде №1 (контроль) и питательной среде № 2 с добавлением хитозана и циклоферона. Растения картофеля, выращенные на питательной среде № 3, где пониженная концентрация регулятора роста гиббереллина на 0,5 мг/л и добавлен кинетин 0,1 мг/л, а также салициловая кислота 14,3 мг/л увеличивалось число растений с аномалиями на 3,0-17,2 %. У микрорастений изучаемых сортов снижено количество корешков на 15,9-58,6 % и их масса на 72,7-91,7 %, высота растений на 35,1-71,3 %, количество междоузлий на 16,4-36,7 %, коэффициент размножения на 4,0-30,0 %, что подтверждается результатами дисперсионного анализа.

В результате проведенного корреляционного анализа установлена средняя зависимость между массой корешков и высотой растения r = 0,58, высокая зависимость между следующими показателями: высотой растений и длиной междоузлий r = 0,98, количеством междоузлий и коэффициентом размножения r = 0,92, между длиной междоузлий и коэффициентом размножения r = 0,76.

Определена доля влияния изучаемых факторов на морфометрические показатели растений картофеля в культуре in vitro, на формирование растений картофеля наибольшее  влияние оказал состав питательной среды (фактор В): количество корешков – 34 %, массу корешков – 69 %, высоту растений – 74 %, количество междоузлий – 82 %, длина междоузлий – 64 % и коэффициент размножения 65%.

Исследованиями выявлено лучшее развитие растений in vitro сортов картофеля Танай, Кемеровчанин и Мариинский на питательных средах № 1 (КемНИИСХ) и № 2 (с ингибиторами вирусов хитозан и циклоферон), с наиболее оптимальными морфометрическими параметрами: количество корешков 5,6-8,7 шт. и их масса 0,10-0,24 г; высоту растений 4,7-10,1 см; количество междоузлий 4,8-6,0 шт. и коэффициент размножения 2,5-2,7.

На питательной среде № 3 (с иммуномодуляторами), где снижена концентрация регулятора роста гиббереллина на 0,5 мг/л с добавлением кинетина 0,1 мг/л и салициловой кислоты 14,3 мг/л у микрорастений сортов Танай, Кемеровчанин, Мариинский резко снижены морфометрические показатели.

Определена доля влияния изучаемых факторов на морфометрические показатели растений картофеля в культуре in vitro, на формирование растений картофеля наибольшее влияние оказал состав питательной среды (фактора В) от 34 % до 82 %.

Список литературы / References

  1. Рябцева Т.В. Оздоровление картофеля методом химиотерапии в культуре in vitro. / Т.В. Рябцева, В.И. Куликова, О.Г. Илькевич. – Екатеринбург, Международный научно-исследовательский журнал. 2015. № 10 (41). Ч. 3. – С. 66-67.
  2. Лапшинов Н.А. Оригинальное семеноводство картофеля в условиях Кемеровской области / Н.А. Лапшинов, В.И. Куликова, Л.С. Аношкина и др. // Картофелеводство: сб. науч. тр. / под ред. С.А. Турко и др. Минск: РУП «Науч.-практ. центр НАН Беларуси по картофелеводству и плодоовощеводству». 2013. Т. 21. Ч.2. – С. 81-90.
  3. Адамова А.И. Технология производства исходного семенного материала картофеля / А.И. Адамова, С.А. Банадысев, А.О., Г.И. Коновалова и др. // Картофелеводство. Минск: «Мерлит», 2002. Вып. 11. С. 187–225.
  4. Бабаев С.А. Современное состояние семеноводства картофеля в Казахстане / С.А. Бабаев, Б.Р. Амренов, Ж.А. Токбергенова // Картофелеводство: сб. науч. тр. / под ред. В.Г. Иванюк и др. Минск: РУП «Науч.-практ. центр НАН Беларуси по картофелеводству и плодоовощеводству», 2008. Т.15. С. 14–19.
  5. Федорова Ю.Н. Изучение динамики роста междоузлий у микро растений картофеля в условиях in vitro / Ю.Н. Федорова, Л.Н. Федорова // Картофелеводство: результаты исследований, инновации, практический опыт. Материалы науч.-практич. конф. и координационного совещания «Научное обеспечение и инновационное развитие картофелеводства» / под ред. Е.А. Симакова. М.: ГНУ ВНИИКХ Россельхозакадемии. 2008. Т. 1. С. 360–364.
  6. Мишуров В.П. Сравнительная оценка сортов оздоровленного картофеля в республике Коми на севере / В.П. Мишуров, С.М. Семенчин, Н.П. Ромашко // Картофелеводство: Сборник науч. трудов. Материалы координационного совещания и науч.-практич. конф., посвященной 120-летию со дня рождения А.Г. Лорха / под. ред. Е.А. Симакова. М.: ГНУ ВНИИКХ Россельхозакадемии, 2009. С. 221–230.
  7. Назарова Н.Н. Интенсификация производства оздоровленного картофеля с применением биотехнологии столоновых культур: автореферат диссертации на соискание учёной степени доктора сельскохозяйственных наук. Душанбе. 2014. 43 с.
  8. Физиология растений: Учебник для студ. вузов / Под ред. И. П. Ермакова. М.: Издательский центр «Академия», 2005.- 640 с.
  9. Семенчин С.А. Совершенствование состава питательной среды при ускоренном размножении оздоровленного материала картофеля in vitro // Тезисы докл. XIV Коми респ. молодеж. науч. конф. Актуал. пробл. биологии и экологии 18-20 апреля 2000 г. Сыктывкар, 2000. Т.2. С. 195–196.
  10. Эрастова М.А. Влияние способов получения исходного материала на количественный выход и качество оригинального семенного картофеля в условиях северо-западного региона: автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук. М., 2009. 24 с.

Список литературына английском языке / References in English

  1. Rjabceva T.V. Ozdorovlenie kartofelja metodom himioterapii v kul'ture in vitro. [Improvement of the potato by the method of chemotherapy in vitro.] / T.V. Rjabceva, V.I. Kulikova, O.G. Il'kevich. – Ekaterinburg, international research journal. 2015. № 10 (41). Ch. 3. – P. 66-67. [in Russian]
  2. Lapshinov N.A. Original'noe semenovodstvo kartofelja v uslovijah Kemerovskoj oblasti [The original seed potato in the conditions of Kemerovo region] / N.A. Lapshinov, V.I. Kulikova, L.S. Anoshkina and others. // Kartofelevodstvo: sb. nauch. tr. / ed. by S.A. Turko i dr. [Potato: collection of scientific works. Tr. / under the editorship of S. A., Turco, etc.] Minsk: RUP «Nauch.-prakt. centr NAN Belarusi po kartofelevodstvu i plodoovoshhevodstvu». 2013. T. 21. Ch.2. – P. 81-90. [Belarus]
  3. Adamova A.I. Tehnologija proizvodstva ishodnogo semennogo materiala kartofelja [Technology of production of seed potatoes] / A.I. Adamova, S.A. Banadysev, A.O., G.I. Konovalova and others. // Kartofelevodstvo. [Potato.] Minsk: «Merlit», 2002. Vol. 11. P. 187–225. [Belarus]
  4. Babaev S.A. Sovremennoe sostojanie semenovodstva kartofelja v Ka-zahstane [Current status of seed potato farming in Kazakhstan] / S.A. Babaev, B.R. Amrenov, Zh.A. Tokbergenova // Kartofelevodstvo: sb. nauch. tr. / ed. by V.G. Ivanjuk i dr. Minsk: RUP «Nauch.-prakt. centr NAN Belarusi po kartofelevodstvu i plodoovoshhevodstvu», 2008. T.15. P. 14–19. [Belarus]
  5. Fedorova Ju.N. Izuchenie dinamiki rosta mezhdouzlij u mikro rastenij kartofelja v uslovijah in vitro [The study of the growth dynamics of micro internodes from potato plants in vitro] / Ju.N. Fedorova, L.N. Fedorova // Kartofelevodstvo: rezul'taty issledovanij, innovacii, prakticheskij opyt. Materialy nauch.-praktich. konf. i koordinacionnogo soveshhanija «Nauchnoe obespechenie i innovacionnoe razvitie kartofelevodstva» / ed. by. E.A. Simakova. [Potato: research results, innovations, practical experience. Materialy nauch.-practical. Conf. and coordination conference "Scientific provision and innovative development of the potato industry" / ed. by E. A. Simakov.] M.: GNU VNIIKH Rossel'hozakademii. 2008. T. 1. P. 360–364. [in Russian]
  6. Mishurov V.P. Sravnitel'naja ocenka sortov ozdorovlennogo kartofelja v respublike Komi na severe [Comparative evaluation of improved potato varieties in the Republic of Komi in the North] / V.P. Mishurov, S.M. Semenchin, N.P. Romashko // Kartofelevodstvo: Sbornik nauch. trudov. Materialy koordinacionnogo soveshhanija i nauch.-praktich. konf., posvjashhennoj 120-letiju so dnja rozhdenija A.G. Lorha / ed. by E.A. Simakova. [The potato: a Compilation of scientific. works. Materials coordination meetings and scientific.-practical. Conf. devoted to 120 anniversary of the birth of A. G. Lorch / under. ed. by E. A. Simakov.] M.: GNU VNIIKH Rossel'hozakademii, 2009. P. 221–230. [in Russian]
  7. Nazarova N.N. Intensifikacija proizvodstva ozdorovlennogo kartofelja s primeneniem biotehnologii stolonovyh kul'tur [The intensification of the production of improved potatoes from the application of biotechnology Solonovich cultures]: avtoreferat dissertacii na soiskanie uchjonoj stepeni doktora sel'skohozjajstvennyh nauk. [abstract of dissertation for the degree of doctor of agricultural Sciences.] Dushanbe. 2014. 43 s.[ Tajikistan]
  8. Fiziologija rastenij [Plant Physiology]: Uchebnik dlja stud. vuzov / ed. by I. P. Ermakova. M.: Izdatel'skij centr «Akademija», 2005.- 640 p. [in Russian]
  9. Semenchin S.A. Sovershenstvovanie sostava pitatel'noj sredy pri uskorennom razmnozhenii ozdorovlennogo materiala kartofelja in vitro [Improvement of the nutrient medium during accelerated multiplication of healthy material of potato in vitro] // Tezisy dokl. XIV Komi resp. molodezh. nauch. konf. Aktual. probl. biologii i jekologii. [Abstracts. XIV Komi resp. youth. scientific. Conf. Aktual. Probl. of biology and ecology 18-20 April 2000] Syktyvkar, 2000. T.2. P. 195–196. [in Russian]
  10. Jerastova M.A. Vlijanie sposobov poluchenija ishodnogo materiala na kolichestvennyj vyhod i kachestvo original'nogo semennogo kartofelja v uslovijah severo-zapadnogo regiona [The Effect of methods of obtaining the starting material in quantitative yield and the quality of the original seed potatoes in the North-West region:]: avtoreferat dissertacii na soiskanie uchenoj stepeni kandidata sel'skohozjajstvennyh nauk. [the dissertation on competition of a scientific degree of candidate of agricultural Sciences.] M., 2009. 24 p. [in Russian]