ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГИББЕРЕЛЛИНОВОЙ КИСЛОТЫ ПРИ МИКРОКЛОНАЛЬНОМ РАЗМНОЖЕНИИ КАРТОФЕЛЯ (SOLANUM TUBEROSUM L.) В КУЛЬТУРЕ IN VITRO
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГИББЕРЕЛЛИНОВОЙ КИСЛОТЫ ПРИ МИКРОКЛОНАЛЬНОМ РАЗМНОЖЕНИИ КАРТОФЕЛЯ (SOLANUM TUBEROSUM L.) В КУЛЬТУРЕ IN VITRO
Аннотация
Исследовано влияние регулятора роста Гиберелон (состоящий из гиббереллиновой кислоты в концентрации 40 г/кг) при добавлении в питательную среду Мурасиге-Скуга для микроклонального размножения картофеля в культуре in vitro. Были изучены дозы препарата Гиберелон в диапазоне от 0,05 до 0,40 г/л. Опыт заложен на среднеранних сортах картофеля Зекура и Ред Скарлетт. Установлено достоверное увеличение высоты растений от 28,8 до 61,5%, количества междоузлий от 11,6 до 17,0% на 21 день. Препарат усиливал ризогинез микрорастений – возросла как длина корней до 31,8%, так и их количество до 35,4%. Получены модифицированные питательные среды на основе Мурасиге-Скуга. При добавлении Гиберелона в количестве 0,1 г на литр (или 4 мг/л гиббереллиновой кислоты) увеличивается коэффициент размножения до 17%. В случае использования Гиберелона 0,2 г/л на литр питательной среды (или 8 мг/л гиббереллиновой кислоты) возможно сократить время между циклами пассажей до 19%.
1. Введение
Современное сельскохозяйственное производство нацелено на увеличение урожайности с единицы площади. В связи с этим повысить продуктивность возможно с помощью агротехнологических приёмов направленных на интенсивный путь. В основном это использование новых препаратов как химических, так и биологических. Среди широкого ассортимента фиторегуляторов в последние годы хорошо себя зарекомендовал регулятор роста Гиберелон. Данный препарат зарегистрирован на территории России с 2018 годы, и состоит из гиббереллиновых кислот в концентрации в 40 г/кг. Согласно информации от производителя его можно применять среди ягодных, плодовых, полевых и овощных культур .
По ранее опубликованным статьям эффективность Гиберелона была проверена на зерновых и кормовых культурах. Под действием регулятора роста существенно возрастала энергия всхожести, увеличивалась адаптация к неблагоприятным факторам среды и продуктивность . Учитывая полученные результаты во многих научных учреждениях, были предприняты попытки по внедрению гиббереллиновых кислот в процесс микроклонального размножения разных культур, в том числе и картофеля , .
Совершенствование первого этапа размножения в культуре in vitro является важным для начала семеноводства. Поэтому при модификации классической питательной среды на основе Мурасиге-Скуга посредством добавления регуляторов роста, необходимо получить максимальный коэффициент размножения за короткий промежуток времени , , . В раннее проведённых исследованиях по изучению смеси ИУК и гиббереллиновой кислоты установлено, что при соотношении веществ один к двум количество междоузлий возросло до 20% . При этом необходимо учитывать сортовую специфичность разных сортов картофеля на регулятор роста, процессе повторения не всегда удается получить развитые и крепкие черенки или готовые микрорастения для высадки в грунт в достаточном количестве. Поэтому есть необходимость в уточнении дозы нового препарата на современных востребованных сортах картофеля .
Цель работы – уточнить оптимальные дозы для микроклонального размножения картофеля и определить эффективность регулятора роста Гиберелон.
2. Методы и принципы исследования
Опыт проведен в Сахалинском научно-исследовательском институте сельского хозяйства филиале Всероссийского института генетических ресурсов растений им. Н.И. Вавилова. Серия опытов была заложена в период с 2023-2024 годы на микрорастениях картофеля среднеранних сортов Зекура и Ред Скарлетт. Исследуемый препарат добавляли в питательную среду Мурасиге-Скуга перед автоклавированием по схеме опыта:
1) Контроль – классический рецепт питательной среды Мурасиге-Скуга (МС);
2) МС + Гиберелон 0,4 г/л;
3) МС + Гиберелон 0,2 г/л;
4) МС + Гиберелон 0,1 г/л;
5) МС + Гиберелон 0,05 г/л.
В условиях стерильного помещения проводили черенкование. Для получения выравненного материала в эксперименте при черенковании выбиралась средняя часть микрорастений. После растения помещались в фитотрон с температурой воздуха 22-25̊С, влажностью воздуха 50-60% фотопериод 16 часов. Повторность опыта трехкратная. Наблюдения и измерения проводили на 7, 14 и 21 день. Статистическая обработка данных сделана с использованием пакета анализа в программе Microsoft Excel.
3. Основные результаты
Исследования показали, что применение Гиберелона в качестве дополнительного компонента в питательной среде оказало значительное воздействие на биометрические показатели у микрорастений всех изучаемых сортов в течение всего периода наблюдений.
Увеличение биометрических показателей наблюдалось с первых дней после пассажа микрочеренков на обоих сортах картофеля с максимальным стимулирующим эффектом в высокой концентрации. На 7 день сорт Ред Скарлетт оказался более отзывчив на препарат в дозах 0,1-0,4 г/л, его высота была больше контроля (0,64 см) на 48,1-85,2%. Менее выраженное влияние на сорте Зекура – 20,5-39,1%, при высоте в контроле 1,61 см.
На 14 день высота микрорастений увеличилась у сорта Зекура 3 раза и составляла 4,94 см, у Ред Скарлетт в 4,5 раза, что соответствует 3,63 см. Также наблюдается смещение эффективных концентраций к 0,2 г/л со средними прибавками 36-46%.
В третью неделю прирост микрорастений замедляется и составляет 1,3 и 1,4 раза по сравнению с 14 днями. При этом гиббереллиновые кислоты в концентрациях препарата от 0,1-0,4 г/л существенно увеличивали высоту пробирочных растений от 28,8 до 61,5% в сравнении с контрольным вариантом. Максимальный эффект наблюдался при дозе в 0,1 г/л на сорте Зекура прибавка составляла 42,7% (2,82 см), на сорте Ред Скарлетт 61,5% (3,12 см). Дальнейшее двукратное и четырёхкратное увеличение действующего вещества дает меньшую прибавку, чем в дозе 0,1, что соответствует 36,4-43,6 и 28,8-40,0%. При этом пониженная доза (0,05 г/л) вещества на обоих сортах картофеля показывает тенденцию к незначительному увеличению высоты растения в пределах 3,9 и 8,3% (таблица 1).
Таблица 1 - Влияние регуляторов роста на биометрические показатели микрорастений картофеля в культуре in vitro, на 21-й день наблюдения
Вариант | Зекура | Ред Скарлетт | ||||||
высота | число междоузлий | высота | число междоузлий | |||||
см | ± к кон-тролю, % | шт. | ± к кон-тролю, % | см | ± к кон-тролю, % | шт. | ± к кон-тролю, % | |
Контроль (МС) | 6,60 | 0 | 3,70 | 0 | 5,07 | 0 | 3,42 | 0 |
МС + Гиберелон 0,4 г/л | 8,50 | +28,8 | 3,80 | +2,7 | 7,10 | +40,0 | 3,70 | +8,2 |
МС + Гиберелон 0,2 г/л | 9,00 | +36,4 | 4,20 | +13,5 | 7,28 | +43,6 | 3,83 | +12,0 |
МС + Гиберелон 0,1 г/л | 9,42 | +42,7 | 4,13 | +11,6 | 8,19 | +61,5 | 4,00 | +17,0 |
МС + Гиберелон 0,05 г/л | 7,15 | +8,3 | 3,79 | +2,4 | 5,27 | +3,9 | 3,65 | +6,7 |
НСР05 | 0,56 | - | 0,35 | - | 0,48 | - | 0,34 | - |
В первичном производстве исходного материала, важным является показатель коэффициента размножения, который у картофеля в условиях in vitro имеет прямую зависимость от числа междоузлий. Отклик от препарата более мощный в первую неделю роста во всех вариантах формируется большее количество междоузлий от 33 до 94% с максимальным показателем на сорте Ред Скарлетт в дозе 0,4 г/л.
На вторую неделю происходит аналогичная тенденция, как и в высоте растений – идёт уменьшение прибавки в сравнении с контролем и понижение эффективной дозы к 0,2 г/л. В целом к этому периоду было сформировано междоузлий на сорте Ред Скарлетт 2,0 шт., на сорте Зекура 2,7 шт., что выше в 2,8 и 4,5 раза в сравнении с 7 днями ранее. Также уменьшается общее влияние регулятора роста на показатель в пределах прибавки от 22 до 48%.
В последнюю дату учета результаты исследований показали, что в дозах Гиберелона 0,1-0,2 г/л получено существенное увеличение количества междоузлий от 11,6 до 17,0% (0,43-0,58 шт.) от контроля. При этом для сорта Зекура наибольшая прибавка получена в дозе 0,2 г/л – 13,5%, на сорте Ред Скарлетт в дозе 0,1 г/л – 17,0%, соответственно.
Подсчет показателей облиственности подтверждают положительное действие фиторегулятора на растениях картофеля. Наибольшее число листьев было на сорте Ред Скарлетт – 2,22 шт., меньшее на Зекура – 1,73; на 14 день прирост составлял в 2,1 и 3,2 раза; в 21 день в 1,26 и 1,36 раза. Препарат в дозе 0,2 г/л показал существенную прибавку в облиственности на сортах от 23 до 34%, наибольшая на сорте Ред Скарлетт.
Разные концентрации стимулятора роста обладали разнонаправленным действием на формирование корневой системы у пробирочных растений (таблица 2).
Таблица 2 - Действие регуляторов роста на длину и количество корней микрорастений картофеля в культуре in vitro, на 21-й день наблюдения
Вариант | Зекура | Ред Скарлетт | ||||||
длина корней | количество, корней | длина корней | количество, корней | |||||
см | ± к кон-тролю, % | шт. | ± к кон-тролю, % | см | ± к кон-тролю, % | шт. | ± к кон-тролю, % | |
Контроль (МС) | 4,59 | 0 | 9,9 | 0 | 4,47 | 0 | 14,9 | 0 |
МС + Гиберелон 0,4 г/л | 5,55 | +20,9 | 7,9 | -20,2 | 5,03 | +12,5 | 13,5 | -9,5 |
МС + Гиберелон 0,2 г/л | 6,05 | +31,8 | 8,5 | -14,1 | 5,19 | +16,1 | 15,7 | +5,3 |
МС + Гиберелон 0,1 г/л | 5,65 | +23,1 | 13,4 | +35,4 | 4,76 | +6,5 | 18,0 | +21,0 |
МС + Гиберелон 0,05 г/л | 4,97 | +8,3 | 11,8 | +19,2 | 4,57 | +2,2 | 16,0 | +7,5 |
НСР05 | 0,60 | - | 1,1 | - | 0,55 | - | 1,5 | - |
Стимулятор роста с первых дней индуцировал образование коней у микрочеренков на всех сортах картофеля. В первую неделю существенно увеличивалась длина корней в 1,8-2,5 раза в дозе 0,2 г/л, на 14 день прирост замедлился до 1,2-1,4 раза, на 21 день показатели достигают в 1,2-1,3 раза в сравнении с контрольным вариантом. При этом во всех наблюдениях на обоих сортах наибольшая средняя длина корней была получена в варианте с Гиберелоном 0,2 г/л. Также сорт Зекура по этому признаку более отзывчив прибавка составляла 31,8% (1,46 см), чем у Ред Скарлетт – 16,1% (0,72 см).
По некоторым данным количество корней более важно, чем их длина, так как при пересадке в грунт денные корни могут повредиться, а мелкие лучше начинают адаптироваться к почвенным условиям. Сорт Ред Скарлетт по данному показателю имеет большее их число (14,88 шт.), в сравнении с Зекурой (9,93 шт.). От препарата в первую неделю в высоких дозах (0,4 г/л) снижается количество корней в двух сортах на 37,5-38,9%. После эффект снижается на 14 день до 24,5-33,5% и к 21 дню достигает от 9,5 до 20,2%. Последующее снижение действующего вещества стимулировало ризогинез пробирочных растений с максимальными значениями в дозе препарата 0,1 г/л на сорте Зекура на 35,4% (3,5 шт.), на сорте Ред Скарлетт 21,0% (3,1 шт.) от варианта с МС.
По внешнему виду Гиберелон в исследуемых концентрациях не повлиял на морфологические признаки растений in vitro – цвет, форма листовой пластинки оставались такими же, как и на контрольных растениях. Также необходимо отметить, что на 21 день не наблюдалось образование микроклубней.
4. Обсуждение
Полученные данные подтверждают основные свойства гиббереллиновой кислоты, которая является гормоном регулирующего деление и вытягивание клеток в длину, тем самым усиливая рост растений . При этом также получена достоверная прибавка в количестве междоузлий, от которого зависит коэффициент размножения. В свою очередь, этот показатель важен при первых этапах черенкований, когда необходимо быстро размножить ценный генетический материал. Для современных биотехнологических лабораторий значимо получать качественные черенки при микроклональном размножении, которые легко и быстро можно пересаживать в питательные среды .
Поэтому для сортов с укороченными междоузлиями, ставиться задача, получить повышенное их количество с увеличенной длиной. Учитывая это в условиях разных задач возможно применение разных доз. Например, концентрацию в Гиберелона 0,2 г/л лучше использовать в период интенсивного размножения исходного материала, чтобы сократить время между циклами пассажей на 3-4 дня (14-19%), без потери количества и качества получаемых междоузлий.
На последнем этапе черенкования перед высадкой в субстрат перспективно применять Гиберелон в концентрации 0,1 г/л, так как в данной дозе на обоих сортах усиливается процесс корнеобразования, а именно появляются новые корни с достаточной длиной, что благоприятно влияет на приживаемость и адаптацию микрорастений.
5. Заключение
Таким образом, на основании результатов лабораторных опытов изучено влияние разных концентраций регулятора роста Гиберелон на микрорастения картофеля. В целом, найдена универсальная концентрация препарата 0,1 г на литр питательной среды, что соответствует гиббереллиновой кислоте в количестве 4 мг/л, которая ускоряет роста растений, формирует развитую корневую систему и увеличивает количество удлинённых междоузлий.
Для периода интенсивного черенкования в биотехнологической лаборатории, возможно, применять Гиберелон 0,2 г/л на литр питательной среды Мурасиге-Скуга, что соответствует гиббереллиновой кислоте в количестве 8 мг/л. Данная модификация позволяет сократить время между циклами пассажей до 19%.