CC BY
97
УДК 635.2:573.6:631.531.026
ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ ПЕРИОДА ПОКОЯ И СОХРАННОСТЬ МИКРОКЛУБНЕЙ КАРТОФЕЛЯ N утто ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ТЕМПЕРАТУРНЫХ РЕЖИМАХ
ХРАНЕНИЯ
О.С. КОЛЕСОВА, младший научный сотрудник (e-mail: [email protected])
Е.В. ОВЭС, кандидат сельскохозяйственных наук, зам. директора
В.В. БОЙКО, кандидат сельскохозяйственных наук, ведущий научный сотрудник
Н.А. ГАИТОВА, кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник Н.А. ФЕНИНА, научный сотрудник Всероссийский научно-исследовательский институт картофельного хозяйства имени А.Г. Лорха, ул. Лорха, 23, пос. Красково, Московская обл., 140050, Российская Федерация
Резюме. Исследования проводили для определения влияния температурных режимов хранения на продолжительность периода покоя и интенсивность прорастания микроклубней картофеля. Для получения микроклубней использовали пластиковые контейнеры с жидкой питательной средой двух составов с различной концентрацией сахарозы. Регенерация эксплантов проходила на среде, содержащей 3 % сахарозы при температуре 21-22°С и 16-часовом фотопериоде. Для индукции клубнеобразования проводили замену питательной среды на среду с 8 %-ной концентрацией сахарозы, с последующим помещением контейнеров в условия короткого дня (8/16 ч день/ночь) при температуре 18-20 °С днем и 10-12 °С ночью. Формирование и дозревание микроклубней происходило в условиях непрерывной темноты при температуре (18 ± 2) °С. После уборки материал хранили при двух температурных режимах: 4-6 °С и 6-8 °С. Окончание периода покоя определяли визуально при появлении на клубне ростка длиной 2-3 мм. Температурный режим хранения оказывает существенное влияние на продолжительность периода покоя микроклубней (81,48 %). Доля влияния сортовых особенностей составила 10,18 % от общего варьирования. При этом длительность периода покоя микроклубней не связана со скороспелостью сорта. Она составила 3,5-4, 5 месяцев при температуре хранения от+6до +8 °С и 6-7 месяцев при температуре от +4 до +6 °С. При этом в периоде от начала прорастания до окончания покоя микроклубни находились соответственно 20-40 и 20-50 дней. Сохранность микроклубней после 12 месяцев хранения при температурном режиме от +4 до +6 °С составила 80-87 %. Ключевые слова: картофель, микроклубни in vitro, продолжительность периода покоя, прорастание, сохранность, температурный режим хранения.
Для цитирования: Продолжительность периода покоя и сохранность микроклубней картофеля in vitro при различных температурных режимах хранения / О.С. Колесова, Е.В. Овэс, В.В. Бойко, Н.А. Гаитова, Н.А. Фенина//Достижения науки и техники АПК. 2017. Т. 31. № 6. С. 47-50.
Высокая потребность в качественном посадочном материале картофеля способствует распространению новых способов получения исходного материала на начальном этапе производства. В практике оригинального семеноводства картофеля для закладки питомников миниклубней в большинстве случаев используют микрорастения, реже - микроклубни in vitro [1]. По нормативным требованиям ОСТ 10 004-93 к стандартной фракции относятся микроклубни, поперечный диаметр которых превышает 0,8 см [2]. На сегодняшний день их выращивание связано с календарными сроками получения, с тем, чтобы они успели пройти период покоя. Тем не менее, производство микроклубней in vitro предполагает круглогодичное выращивание, поэтому возникает необходимость
оптимизации условий их хранения с момента уборки до высадки в культивационные сооружения [3].
В современной практике существует множество способов получения микроклубней in vitro, предусматривающих сочетание различных факторов: использование модифицированных питательных сред с добавлением регуляторов роста, чередование фотопериода и температурных режимов культивирования. Продолжительность периода покоя и сроки прорастания картофеля in vitro будут различаться в зависимости от применяемых элементов технологий. Исследуя это направление, Товар и Коулмен установили, что микроклубни, выращенные при 8-часовом фотопериоде, имеют укороченный период покоя, по сравнению с культивируемыми в условиях полной темноты [4, 5]. В то время как результаты Веккьо свидетельствуют, что сокращение светового дня до восьми часов способствует удлинению продолжительности периода покоя микроклубней, по сравнению с 16-часовым освещением [6].
Изучая влияние углеводного состава питательных сред, Коулмен пришел к выводу, что увеличение концентрации сахарозы способствует сокращению продолжительности периода покоя микроклубней [5]. В более ранних исследо-ванияхДезире также отмечал, что применение высокой концентрации сахарозы (140 г/л) и хранение при температуре 4 °С уменьшает длительность периода покоя [7]. Известно, что добавление абсцизовой кислоты в питательную среду сокращает период покоя микроклубней на 3-4 недели, но это характерно не для всех сортов [8]. По данным Леклерка, кумарин и 6-бензиламинопурин оказывают незначительное влияние на продолжительность покоя [9]. Добавление ингибитора роста хлорхолинхлорида задерживает преждевременное прорастание микроклубней [6, 10]. Выращивание микроклубней на жидкой питательной среде способствует сокращению длительности периода покоя, по сравнению с использованием агаризованной среды [11].
Период покоя клубней картофеля наступает одновременно с началом клубнеобразования и продолжается до возобновления в их клетках устойчивого роста растяжения [12]. Отмечается, что у клубней картофеля в покое находятся только меристематические ткани, так называемые «глазки» [13]. Длительность периода покоя клубней in vivo зависит от сортовых особенностей картофеля, условий выращивания и хранения [12]. Подобная тенденция обнаружена и для микроклубней in vitro [8, 14, 15]. Различают естественный (глубокий) и сменяющий его вынужденный покой [13]. После окончания фазы глубокого покоя почки способны к прорастанию, но при неблагоприятных внешних условиях находятся в вынужденном покое [12]. Ряд авторов считают, что завершение покоя находится под контролем гормональных механизмов, а также ферментативной активности. Положительная корреляция отмечена между эндогенным содержанием абсцизовой кислоты (АБК) и периодом покоя [6, 9].
Температурный режим хранения картофеля - это предмет исследований многихученых, при этом удлинение продолжительности периода покоя - одна из наиболее важных задач. Несоблюдение условий хранения может привести к значительным потерям из-за преждевременного про-
растания, которое вызывает необходимость обламывания ростков, потерю тургора и, соответственно, подсыхание микроклубней. В период глубокого покоя кратковременное увеличение температуры хранения не вызывает преждевременного прорастания картофеля [9], но дальнейшее ее повышение стимулирует этот процесс. По данным ряда исследователей, продолжительность периода покоя клубней составляет от двух недель при высоких температурах до нескольких месяцев при +4 °С [4, 9, 15, 16]. Изучая этот вопрос, Ли установил, что после трех месяцев хранения при +4 °С прорастают более 50 % микроклубней, 100 % прорастание отмечено через шесть месяцев [16]. Хранение при температуре от +5 до +7 °С и освещении люминесцентными лампами дневного света с интенсивностью 1 клк способствует удлинению периода покоя микроклубней, полученных на среде, содержащей 6 % сахарозы, но при дальнейшем увеличении концентрации сахарозы продолжительность периода сокращается [8].
Сохранность in vitro материала зависит от условий выращивания и хранения. Данные Нистора свидетельствуют о том, что при температуре + 4 °С микроклубни сохранялись в течении одного года [17]. Э.В. Трускинов в коллекции in vitro хранил образцы при температуре от +2 до +4 °С до полутора-двух лет и более [18]. В клубнях картофеля газообмен, в основном, осуществляется через чечевички, проницаемость которых также уменьшается по мере хранения. Потеря массы микроклубней во время хранения сопровождается снижением тургора, что делает их непригодными для дальнейшего использования [9, 15]. Известно, что микроклубни стандартной фракции менее склонны к подсыханию в период хранения, обладают хорошей сохранностью и обеспечивают дружные всходы при их использовании в качестве семенного материала [3, 15].
Разработка методов регуляции продолжительности покоя in vitro материала имеет практическую значимость. Оптимизация условий хранения микроклубней картофеля - это часть исследований для усовершенствования технологии производства in vitro материала.
Цель исследований - установить влияние различных температурных режимов хранения на продолжительность периода покоя и интенсивность прорастания микроклубней картофеля сортов российской селекции.
Условия, материалы и методы. Работу проводили в лаборатории меристемно-тканевых технологий ВНИИКХ в 2014-2016 гг. В качестве объекта исследования использовали микроклубни in vitro сортов картофеля различных групп спелости: раннеспелые Жуковский ранний, Удача, Метеор, среднеранний Невский, среднеспелый Голубизна, среднепоздний Никулинский.
Для получения микроклубней in vitro микрорастения размножали методом микрочеренкования и переносили на агаризованную питательную среду с минеральной основой Мурасиге-Скуга в модификации ВНИИКХ [19]. После черенкования экспланты культивировали при температуре от +20 до +22 °С и 16-часовом фотопериоде. Полученные растения с 5-6 междоузлиями черенковали, и стеблевые черенки с одной пазушной почкой и листом помещали в пластиковые контейнеры. При выращивании микроклубней применяли два состава жид-
кой питательной среды с минеральной основой Мурасиге-Скуга [3]. Для регенерации черенков использовали жидкую питательную среду, содержащую 3 % сахарозы. Контейнеры размещали при 16-часовом фотопериоде с интенсивностью освещения 5-6 клк. Для индукции клубнеобразования использовали жидкую питательную среду такого же состава, но с концентрацией сахарозы 8 %, с последующим помещением контейнеров в условия короткого дня (8/16 ч день/ ночь) при температуре 18-20 °С днем и 10-12 °С ночью.
Уборку проводили по мере созревания микроклубней с определением их фракционного состава. Для исследований использовали микроклубни стандартной фракции, опыт закладывали в 4-кратной повторности по 50 микроклубней. Изучали два варианта хранения: 4-6 °С и 6-8 °С. Для объективной оценки соблюдения режимов хранения в холодильной камере устанавливали электронный регистратор температуры и влажности воздуха.
На сегодняшний день нет регламентированного подхода к оценке продолжительности периода покоя микроклубней in vitro. В наших исследованиях за начало прорастания партии было принято формирование ростков длиной 2-3 мм у 15 % микроклубней. После начала прорастания каждые 10 дней учитывали количество микроклубней с проросшими глазками. Окончанием периода покоя считалось наличие ростков у 80-85 % микроклубней [9]. Сравнивали влияние температуры хранения на длительность покоя микроклубней для каждого сорта в отдельности.
Статистическую обработкуполученных результатов проводили с помощью программ Microsoft Excel и CX STAT.
Результаты и обсуждение. При хранении одним из наиболее значимых факторов, оказывающим влияние на продолжительность периода покоя микроклубней in vitro, служит температурный режим. В наших исследованиях при температуре хранения 6-8 °С продолжительность периода покоя варьировала от 80 до 140 дней (рис. 1). Наименьшей она была у сортов Жуковский ранний и Удача. Начало их прорастания отмечено на 80 день, а завершение периода покоя - на 110-120 день. У сорта Метеор прорастание наступило на 10 дней позже, чем у сорта Удача, однако различия между сроками окончания периода покоя у этих сортов не выявлены. Начало прорастания сорта Невский отмечено на 90 день, в то время как завершение периода покоя - на 130 день хранения.
У исследуемых образцов при температуре хранения от +6 до +8 °С период от начала прорастания до завершения покоя зависел от сортовых особенностей и составил у сорта Голубизна 20 дней, у сортов Жуковский ранний, Метеор и Никулинский - 30 дней, у сортов Удача и Невский - 40 дней.
Рис. 1. Динамика прорастания микроклубней при температуре хранения 6-8 °С: о - Жуковский ранний; □ - Удача; д - Метеор; X - Невский; Ж - Голубизна; о - Никулинский.
120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 Число дней после уборки
Рис. 2. Динамика прорастания микроклубней при температуре хранения 4-6 °С: о - Жуковский ранний; □ - Удача; д - Метеор; х - Невский; ж - Голубизна; о - Никулинский.
Закладка микроклубней на хранение при температуре от +4 до +6 °С задержала прорастание сорта Жуковский ранний на 60 дней, по сравнению с первым вариантом (рис. 2). Начало его прорастания отмечено на 140 день хранения, а завершение периода покоя - на 180 день. При таком температурном режиме отмечено замедленное прорастание глазков микроклубней, период от начала прорастания до окончания периода покоя составил 40 дней. У сортов
Таблица. Продолжительность периода покоя и прорастание микроклубней в зависимости от температурного режима хранения
Сорт, группа спелости Температурный режим, °С Продолжительность периода покоя, дней Доля проросших микроклубней, %
Жуковский 6-8 120 96,5
ранний, р* 4-6 180 95,5
Удача, р 6-8 130 98,5
4-6 160 97,5
Метеор, р 6-8 130 99,0
4-6 180 99,0
Невский, ср 6-8 140 97,5
4-6 180 97,0
Голубизна, сс 6-8 130 100,0
4-6 210 98,5
Никулинский, 6-8 140 96,5
сп 4-6 200 97,5
НСР05 4,68 1,76
тание микроклубней после пробуждения глазков.
Хранение при температуре от+4 до +6 °С микроклубней сортов Жуковский ранний и Метеор способствовало удлинению период покоя на 60 дней, по сравнению с температурой хранения от +6 до +8 °С, у сорта Голубизна - на 80 дней (см. табл.). По результатам дисперсионного анализа наибольшее влияние на продолжительность периода покоя оказал температурный режим - 81,48 %, доля сортовых особенностей составила 10,18 %. Известно, что период покоя не связан со скороспелостью сорта [13]. Микроклубни сортов различных групп спелости имели, как короткий, так и длинный период покоя. Различия между вариантами опыта с разным температурным режимом были статистически значимыми.
Общее количество проросших микроклубней в процессе хранения зависело от сортовых особенностей и условий хранения. Доли влияния этих факторов и их взаимодействия составили соответственно 43,97; 2,12; 5,67 % от общего варьирования. При температуре хранения от +6 до +8 °С у сортов Жуковский ранний, Удача, Невский и Голубизна количество проросших микроклубней было выше, чем во втором варианте, на 0,5-1,0 %.
В условиях регулируемой температуры от +4 до +6 °С при отсутствии освещения в течение календарного года у сортов Удача, Метеор, Голубизна и Никулинский сохранность микроклубней стандартной фракции (> 0,8 см) составила 82-87 % (рис. 3).
*р - раннии, ср - среднераннии, сс - среднеспелый, сп -среднепоздний
Рис. 3. Сохранность микроклубней после 12 месяцев хранения при температуре 4-6 °С: ■ - >0,8 см; □ - 0,6-0,8 см.
Удача и Невский начало прорастания отмечено на 120 день после уборки. Наиболее коротким периодом покоя в этом варианте характеризовался сорт Удача, у которого на 160 день хранения проросло 97,5 % микроклубней. Сорта Никулинский и Голубизна начали прорастать на150 и 180 день соответственно. При этом период от начала прорастания до окончания покоя у сорта Голубизна составил 30 дней, а у сорта Никулинский - 50 дней. Эти сорта характеризовались самым продолжительным периодом покоя.
Полученные результаты свидетельствуют, что снижение температуры хранения на 2-4 °С способствовало удлинению продолжительности периода от начала прорастания до окончания покоя микроклубней у сортов Жуковский ранний, Невский и Голубизна на 10 дней, у сорта Никулинский - на 20 дней. Применение температурного режима хранения от +4 до +6 °С у сорта Метеор привело к сокращению этого периода в 1,5 раза, по сравнению с первым вариантом, отмечено более интенсивное прорас-
У сортов Жуковский ранний и Невский через 12 месяцев хранения сохранилось 80 % микроклубней стандартной фракции. По результатам проводимой оценки, сохранность нестандартных микроклубней находилась у данных сортов на уровне 68%.
Выводы. В результате проведенных исследований отмечено, что температурный режим хранения оказывает существенное влияние на продолжительность периода покоя микроклубней (81,48 %). Доля влияния
сорта на величину этого показателя составила 10,18 %. При этом длительность периода покоя не связана со скороспелостью сорта. При хранении в условиях от +6 до +8 °С она составила у исследуемых сортов от 110 до 140 дней (3,5-4,5 месяцев). Закладка микроклубней на длительное хранение при температуре от +4 до +6 °С обеспечила сохранность биоматериала на уровне 8087 %. При этом продолжительность периода покоя у исследуемых образцов составила 180 дней для сортов Жуковский ранний, Метеор и Невский и 210 дней для сорта Голубизна, или 6 и 7 месяцев соответственно.
В результате проведенных исследований было установлено, что хранение при низких положительных
температурах от +4 до +6 °С способствует удлинению продолжительности периода покоя и снижает интенсивность прорастания микроклубней.
На основе сравнительной оценки двух температурных режимов хранения было выяснено, что продолжительность периода покоя и сроки прорастания можно регулировать. Полученные данные необходимо учитывать при планировании производства микроклубней исследуемых сортов, что позволит снизить потери во время их длительного хранения из-за преждевременного прорастания и обеспечит высокую сохранность исходного материала от уборки до высадки в культивационные сооружения.
Литература.
1. Анисимов Б.В., Чугунов B.C. Инновационная схема оригинального семеноводства картофеля//Картофель и овощи. 2014. № 6. С. 25-27.
2. Отраслевой стандарт ОСТ 10 004-93: Картофель семенной. Оздоровленный исходный материал. Выращивание in vitro. Типовой технологический проект. М.: Минсельхоз России, 1994. 38 с.
3. Овэс Е.В., Колесова О.С., Жевора С.В. Инновационный способ выращивания микроклубней картофеля in vitro//Картофелеводство: сб. науч. тр. Минск: НПЦ НАН Беларуси по картофелеводству и плодоовощеводству, 2016. Т. 24. С. 353-361.
4. Tovar P., Estrada R., Schilde-Rentschler L., Dodds J.H. Induction and use of in vitro potato tubers// CIP Circular. 1985. No 13(4). P. 1-5.
5. Coleman W.K., Coleman S.E. Modification of potato microtuber dormancy during induction and growth in vitro or ex vitro // American Journal of Potato Research. 2000. Vol. 77. Is. 2. P. 103-110.
6. Vecchio V., Benedettelli S., Andrenelli L., Palchetti E., Espen L. Inductive and noninductive conditions on in vitro tuberisation and microtuber dormancy in potato (Solanum tuberosum sub species tuberosum and subspecies andigena) // Potato Research. 2000. Vol. 43. P. 115-123.
7. Desire S., Couillerot J.P., Vasseur J. Dormancy and sprouting of in vitro potato (Solanum tuberosum L.) microtubers: Effects of sucrose concentration from tuberization medium, storage period at 4 °C and gibberellic acid treatment //Acta Botanica Gallica. 1995. Vol. 142. P. 371-378.
8. Gopal J., Chamail A., Sarkar D. In vitro production of microtubers for conservation of potato germplasm: effect of genotype, abscisic acid, and sucrose // In Vitro Cellular & Developmental Biology - Plant. 2004. Vol. 40. Is. 5. P. 485-490.
9. Leclerc Y., Donnelly D.J., Coleman W.K., King R.R. Microtuber dormancy in three potato cultivars //American Potato Journal. 1995. Vol. 72. Is. 4. P. 215-223.
10. Harvey B.M.R., Crothers S.H., Evans N.E., Selby C. The use of growth retardants to improve microtuber formation by potato (Solanum tuberosum) // Plant Cell, Tissue and Organ Culture. 1991. Vol. 27. P. 59-64.
11. Teisson C., Alvard D. In vitro production of potato microtubers in liquid medium using temporary immersion // Potato Research. 1999. Vol. 42. P. 499-504.
12. Аксенова Н.П., Сергеева Л.Н., Константинова Т.Н. Регуляция покоя и прорастания клубней картофеля// Физиология растений. 2013. Т. 60. № 3. С. 307-319.
13. Хранение картофеля/К.А. Пшеченков, В.Н. Зейрук, С.Н. Еланский, С.В. Мальцев, С.Б. Прямов. М.: Агропас, 2016. 144 с.
14. Ranalli P., Bizarri M., Borghi L., Mari M. Genotypic influence on in vitro induction, dormancy length, advancing age and agronomical performance of potato microtubers (Solanum tuberosum L.) //Annals of Applied Biology. 1994. Vol. 125. P. 161-172.
15. Dobranszki J., Magyar-Tabori K., Hudak I. In vitro tuberization in hormone-free systems on solidified medium and dormancy of potato microtubers // Fruit, Vegetable and Cereal Science and Biotechnology. 2008. P. 82-94.
16. Le C.L. In vitro microtuberization: an evaluation of culture conditions for the production of virus-free seed potatoes // Potato Research. 1999. Vol. 42. P. 489-498.
17. Nistor A., Campeanu G., Atanasiu N. Influence of potato genotypes on "in vitro" production of microtubers // Romanian Biotechnological Letters. 2010. Vol. 15. P. 5317-5324.
18. Трускинов Э.В. Создание коллекции картофеля in vitro: итоги, проблемы, перспективы //Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2007. Т. 163. С. 82-90.
19. Новые технологии производства оздоровленного исходного материала в элитном семеноводстве картофеля: рекомендации / Е.А. Симаков, А.И. Усков, Ю.А. Варицев, В.П. Князевой, С.М. Мусиным, Г.И.Антоновой, В.В. Бойко, Б.В.Анисимов. М.: ГУП«Агропрогресс», 2000. 80 с.
DORMANT PERIOD AND SAFETY OF POTATO MICROTUBERS IN VITRO UNDER VARIOUS TEMPERATURE REGIMES OF STORAGE
O.S. Kolesova, E.V. Oves, V.V. Boyko, N.A. Gaitova, N.A. Fenina
A.G. Lorkh All-Russian Research Institute of Potato Farming, ul. Lorkha, 23, pos. Kraskovo, Lyuberetskii r-n, Moskovskaya obl., 140051, Russian Federation
Abstract. We compared the duration of a dormant period of in vitro potato microtubers, depending on temperature conditions of the storage process. To produce microtubers, plastic containers were used with two variants of liquid nutrient medium with a different concentration of sucrose. Regeneration of explants occurred in the medium with 3 percent of sucrose, 16-hours photoperiod and the temperature 21 -22 Celsius degrees. To induce tuber formation, the medium was replaced with a medium with 8% concentration of sucrose, followed by placing the containers in a short day (8/16 h day/night) conditions at 18-20 Celsius degrees during the day and 10-12 Celsius degrees at night. Formation and ripening of microtubers occurred in the continuous dark with the temperature of (18 ± 2) Celsius degrees. After harvesting, the material was stored under two temperature regimes: 4-6 Celsius degrees and 6-8 Celsius degrees. The end of the dormant period was determined visually when a sprout 2-3 mm long appeared on the tuber. The temperature regime of storage has a significant effect on the duration of the rest period of microtubers (81.48 %). The share of the influence of varietal features was 10.18 % of the total variation. The duration of the rest period does not correlate with the early ripeness. The duration of the rest period of microtubers was 3.5-4.5 months at the storage temperature from +6 to +8 Celsius degrees and 6-7 months at the temperature from +4 to +6 Celsius degrees. The duration of the period from the beginning of germination to the end of the rest was 20-40 and 20-50 days, respectively. The results of the assessment of the safety of microtubers after 12 months of storage showed that at the temperature regime from +4 to +6 Celsius degrees it was 80-87 %. Keywords: potato, microtubers in vitro, dormancy period, germination, safety, temperature regime of storage. Author Details: O.S. Kolesova, junior research fellow (e-mail: [email protected]); E.V. Oves, Cand. Sc. (Agr.), deputy director; V.V. Boyko, Cand. Sc. (Agr.), leading research fellow; N.A. Gaitova, Cand. Sc. (Agr.), senior research fellow; N.A. Fenina, research fellow. For citation: Kolesova O.S., Oves E.V., Boyko V.V., Gaitova N.A., Fenina N.A. Dormant Period and Safety of Potato Microtubers In Vitro under Various Temperature Regimes of Storage. Dostizheniya naukii tekhnikiAPK. 2017. Vol. 31. No. 6. Pp. 47-50 (in Russ.)
