THE USE OF GIBBERELLIC ACID IN THE MICROCLONAL REPRODUCTION OF POTATOES (SOLANUM TUBEROSUM L.) IN VITRO CULTURE
THE USE OF GIBBERELLIC ACID IN THE MICROCLONAL REPRODUCTION OF POTATOES (SOLANUM TUBEROSUM L.) IN VITRO CULTURE
Abstract
The effect of the growth regulator Giberelon (consisting of gibberellic acid at a concentration of 40 g/kg) was studied when added to the Murashige-Skuga nutrient medium for microclonal reproduction of potatoes in in vitro culture. Doses of the drug Giberelon in the range from 0.05 to 0.40 g/l were studied. The experience is based on the medium-early varieties of Zekura and Red Scarlett potatoes. A significant increase in plant height from 28.8 to 61.5%, the number of internodes from 11.6 to 17.0% for 21 days was found. The drug enhanced the rhizogenesis of micro-plants, increased both the length of the roots to 31.8% and their number to 35.4%. Modified nutrient media based on Murashige-Skuga were obtained. When Gibberellon is added in an amount of 0.1 g per liter (or 4 mg/l gibberellic acid), the reproduction coefficient increases to 17%. If Gibberelon is used, 0.2 g/l per liter of nutrient medium (or 8 mg/l gibberellic acid), it is possible to reduce the time between passage cycles by up to 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%.