201810051422_1080x90technoexport

Биотехнологические методы ускоренной селекции картофеля

0 480

Текст: З. Б. Давлятназарова, канд. биол. наук, вед. науч. сотр., Институт ботаники, физиологии и генетики растений Академии наук Республики Таджикистан

Картофель является одной из приоритетных продовольственных культур как в Республике Таджикистан, так и в России. Производство данной продукции в обеих странах находится на стабильно высоком уровне, однако по-прежнему остается актуальным вопрос повышения урожайности этого клубненосного растения посредством выведения высокопродуктивных сортов, адаптированных к различным стрессам.

Один из современных подходов к решению данной проблемы — использование биотехнологических методов. Подобные инновационные способы позволяют in vitro вести отбор растений, устойчивых к распространенным неблагоприятным климатическим условиям и патогенам, уменьшают физические объемы экспериментального материала, трудозатраты и значительно сокращают сроки получения новых высокопродуктивных сортов.

НА КЛЕТОЧНОМ УРОВНЕ

При реализации биотехнологических методов особый акцент необходимо делать на отбор линий и генотипов растений, обладающих новыми наследуемыми признаками на уровне клетки, ткани и органа. Известно, что клеточные механизмы устойчивости к стрессорам являются сходными как для элементарных единиц строения и жизнедеятельности всех живых организмов, культивируемых in vitro, так и для целых растений. По этой причине селекция на клеточном уровне имеет реальную перспективу для создания невосприимчивых к высокой температуре и повышенному содержанию солей в почве сортов или гибридов.

Ни для кого не секрет, что засоление ведет к быстрому ингибированию ростовых процессов как устойчивых, так и восприимчивых разновидностей одной культуры. Различия между разночувствительными сортами можно выявить только через несколько недель после начала солевого воздействия, поскольку на начальном этапе у растений наблюдается осмотический шок, и только спустя некоторое время они проявляют свои защитные механизмы от токсического влияния ионов. Сегодня наиболее распространенной считается стандартная оценка устойчивости к соли, основанная на ростовой реакции растений. Однако она является слишком трудоемкой, требует большого количества времени и площадей для выращивания. Поэтому поиск и разработка новых перспективных подходов, в частности, базирующихся на использовании метода культивируемых клеток растений in vitro, являются актуальными и перспективными.

ЭКСПЕРИМЕНТЫ В ПРОБИРКЕ

Опираясь на принципы селекции на клеточном уровне, специалисты Института ботаники, физиологии и генетики растений Академии наук Республики Таджикистан провели ряд научных исследований. Их основной целью стала разработка эффективных инновационных технологий, направленных на ускорение селекционно-семеноводческого процесса в картофелеводстве, а также выявление механизмов устойчивости различных генотипов этой клубненосной культуры к действию абиотических факторов среды, в частности, к засолению почв. Объектами исследований стали гибриды, представленные Международным центром картофеля, или CIP, головной офис которого располагается в Перу, а также сорта, районированные в стране осуществления опытов.

На первом этапе научной работы были произведены лабораторные опыты по выращиванию картофеля in vitro и отобраны наиболее устойчивые к засолению образцы. Для этого отрезки междоузлий растений культивировались в питательной среде Мурасиге-Скуга, содержащей 0,5, 1 и 1,5 процента хлористого натрия. Выборка проводилась по нескольким параметрам: выживаемость растительных организмов, сырая масса, высота стеблей, длина междоузлий, количество и протяженность корней, клубнеобразование in vitro.

ПОДАВЛЕНИЕ РАЗВИТИЯ

Исследования показали, что при увеличении концентрации NaCl в среде культивирования усиливалось его ингибирующее воздействие на выживаемость растений и их ростовые процессы. При содержании хлористого натрия в объеме 0,5 процента первый параметр колебался от 80 до 100 процентов, причем листья имели окраску от светло-зеленого до темно-зеленого цвета, а все опытные образцы формировали корни и вторичные побеги. При концентрации NaCl, равной одному проценту, выживаемость составляла 20–100 процентов, наблюдалось замедление или полное отсутствие процесса образования корней, однако цвет листьев сохранялся зеленым. В случае повышения уровня содержания хлористого натрия до 1,5 процента у большинства гибридов отмечалось угнетение роста побегов на 80–90 процентов и некроз листьев. Более того, у контрольного сорта «Пикассо» при концентрации NaCl в объеме одного процента уже происходило резкое ингибирование роста, а при повышении данного показателя до 1,5 процента он полностью подавлялся. Изучение процессов клубнеобразования in vitro солеустойчивых клон-гибридов картофеля также показало, что в присутствии NaCl в среде культивирования далеко не все генетически однородные растения имели способность к формированию клубней.

ОПРЕДЕЛИТЬ ЗАКОНОМЕРНОСТЬ

На втором этапе исследований генотипы картофеля, отобранные in vitroи обладающие устойчивостью к повышенным концентрациям хлористого натрия в среде выращивания, тестировались в полевых условиях. Эксперименты проводились на участках, где наблюдалось внушительное содержание соли в почве, отмечалось увеличение уровня засоления за период вегетации от слабо- до среднезасоленного, а также имело место изменение его типа от сульфатного до хлоридно-сульфатного.

Данные морфофизиологических наблюдений на 50, 70 и 90 дни после посадки показали, что общий процент всхожести семян равнялся 92,6 процента. Среднее количество стеблей на один опытный образец составило 3,4 штуки. По сравнению с 50 днем высота растений на 90 сутки существенно увеличилась, однако относительно 70 дня данный показатель изменился незначительно. Увеличение общей площади листьев наиболее активно происходило в течение 50–70 суток после посадки и к 90 дню продемонстрировало интенсивный прирост по сравнению с 50 сутками. При этом угнетение ростовых процессов по мере усиления действия соли наблюдалось у контрольного варианта в большей степени, чем у устойчивых генотипов картофеля, то есть клоны, отличавшиеся невосприимчивостью к засолению в лабораторных условиях, обладали этой особенностью и при выращивании их в почвах, содержащих повышенный уровень соли.

Табл. 1. Морфофизиологические параметры устойчивых клон-гибридов картофеля на 50, 70 и 90 день после посадки (ДПП) в полевых условиях

Клон/сорт

Всхожесть %

Количество, стебель/растение

Высота растений (cм)

Средняя

50 ДПП

50 ДПП*

70 ДПП*

90 ДПП*

«Пикассо» (контр.)

86,7

3

33,1

46,1

45

41,4

1*

397077.16**

96,7

4,1

49,9

70,6

72,1

64,2

40

301024.14

100

2,7

44,1

75

91,4

70,2

41

301029.18

96,7

3,8

35,7

55

66

52,2

42

301040.63

96,7

5,9

49,2

83,9

101,1

78,1

45

370120

93,3

3,6

38,8

57,8

61,7

52,8

46

370121

96,7

3

29

52,2

51,6

44,3

48

380389.1

80

4

47

72,8

79,6

66,5

49

380506.10

93,3

4,4

41,7

57,2

68,3

55,7

50

380583.8

100

3,4

42,7

65,6

75,4

61,2

51

380606.6

100

3,3

46,6

57,8

65,2

56,5

53

381381.13

90

2,4

42,7

68,3

86,1

65,7

55

381381.26

96,7

2,7

45,8

73,9

82,9

67,5

60

392785.15

96,7

1,7

54,4

76,1

88,3

72,9

63

393536.13

96,7

3,8

38,1

56,1

61,3

51,8

 

Средняя

92,6

3,4

42

62,6

69,9

58,2

 

CV (%)

11,1

21,5

10

14,2

13,2

 

LSD (0,05)

17,1

1,2

6,9

14,7

15,3

Примечания: * Номер по каталогу института; ** Номер по каталогу CIP

НОВЫЙ МЕТОД

Таким образом, в процессе отбора in vitro и испытаний различных генотипов картофеля при действии солевого стресса был разработан современный скрининг-метод на солеустойчивость. Из 60 гибридов, представленных Международным центром картофеля, были выбраны невосприимчивые к данному стрессу генотипы и проведено их сравнительное испытание в полевых условиях. Эксперименты подтвердили, что отобранные in vitro иустойчивые к солевому фактору клоны картофеля сохраняют свою характеристику при высадке в почву. При этом концентрация хлористого натрия, равная 1,5 процента, в среде культивирования является лимитирующей, а содержание этого вещества на уровне одного процента — пограничным, поэтому дальнейшие оценки устойчивости к соли растений картофеля можно проводить с учетом именно этих показателей. Более того, невосприимчивость полученных генотипов подтвердилась на эндогенном уровне. Так, изучение некоторых биохимических показателей стрессоустойчивости, например, уровня антиоксидантных ферментов и продуктов перекисного окисления липидов, показало, что невосприимчивые генотипы отличались по этим параметрам от чувствительных образцов. Таким образом, благодаря разработанному методу появилась возможность быстрого отбора устойчивых к засолению генотипов картофеля и создания на их основе новых сортов этой культуры, которые смогут получить широкое применение в регионах с повышенным содержанием соли в почве.

Подписаться на статьи

Наши новости
Cпециальные предложения
Cобытия и конференции

баннер на сайт 2
Яндекс.Метрика

© 2013 Агробизнес. Ежедневное интернет-издание о новом поколении предпринимателей. Использование материалов Агробизнеса разрешено только с предварительного согласия правообладателей. Все права на картинки и тексты в разделе Новости принадлежат их авторам. Сайт может содержать контент, не предназначенный для лиц младше 18-ти лет.