Модульная технология ускоренного размножения новых перспективных сортов картофеля (стр. 1 из 2)

Н.Н.Семчук, А.Д.Шишов, А.С.Сердюк, Е.А.Симаков, А.В.Митюшкин, Е.В.Овэс

Институт сельского хозяйства и природных ресурсов НовГУ, Всероссийский НИИ картофельного хозяйства им. А.Г.Лорха, Красково, Московская область

Одним из главных факторов, гарантирующих достижение потенциально возможного урожая картофеля в любых почвенно-климатических условиях, является высококачественный, свободный от вирусной и бактериальной инфекции посадочный материал [1-3]. Растения, содержащие патологии различного происхождения, в своем урожае образуют клубни низкого качества (по содержанию сухого вещества, крахмала, витаминов), а также существенно (на 1980%) снижают урожайность. В таком материале количество крахмала может уменьшиться на 3-5%, а содержание витаминов — в 2-3 раза [4-7].

Основой современного элитного семеноводства картофеля в странах с развитой экономикой является получение качественного исходного оздоровленного материала на основе применения метода апикальной меристемы и клонального микроразмножения in vitro, что позволяет освободить от вирусной инфекции как новые, так и старые сорта [8-12].

В последние годы большое значение приобрела культура in vitro и для поддерживающей селекции картофеля. Создание банка здоровых сортов позволяет вовлечь в селекционный процесс родительские формы, свободные от вирусов, бактерий и грибов, и получать в результате скрещивания новые генотипы с высокими качественными характеристиками.

Одной из важнейших задач интенсивного семеноводства картофеля является ускоренное размножение оздоровленных клубней. В модульной технологии ускоренного размножения семенного картофеля сочетаются два взаимозависимых компонента современного семеноводства — освобождение клубней от инфекции и размножение полученного высококачественного материала с минимально возможным накоплением патогенов. Она может включать как все модули, так и часть из них.

Модуль I. Оздоровление исходного материала, размножение in vitro, получение меристемных пробирочных растений, получение мини-клубней.

Модуль II. Размножение оздоровленного материала на основе микроспорофита, а также управления процессом роста апикальной меристемы этиолированных побегов (патенты РФ №№ 2261587, 2365089 и 2415558).

Модуль III. Получение клубней с использованием ярусного способа размножения (оформлена заявка на изобретение).

Модуль IV. Использование агротехнических приемов для увеличения коэффициента размножения семенного материала в производственных условиях.

Основные принципы работы при поддержании банка здоровых сортов картофеля в полевой культуре и in vitro

В современной классификации семенного картофеля к категории исходного материала относится картофель, освобожденный от вирусной и других инфекций методами биотехнологии и клонового отбора. Применение биотехнологического метода заключается в использовании лабораторного способа оздоровления перспективных сортов и гибридов картофеля, получении новых линий in vitro и их ускоренном микрокло- нальном размножении. Преимущества данного метода по сравнению с традиционным клоновым отбором состоит в сокращении периода получения здоровых линий, их ускоренном микроклональном размножении в искусственных лабораторных условиях и производства необходимого количества мини-клубней. Однако применение исключительно биотехнологического метода, по мнению ряда исследователей, может привести к проявлению различных модификаций и соответственно сказаться на сортовой чистоте производимого семенного материала. Метаморфозы могут проявиться как при оздоровлении сортов, так и в результате их длительного депонирования in vitro.

Учитывая многолетнюю практику ведения работы в этом направлении, в настоящее время в условиях северной фитогигиены сформирован и поддерживается банк здоровых сортов картофеля (БЗСК) на основе полевой коллекции и в культуре in vitro. Поддержание и формирование БЗСК в полевой культуре проводится на базе АПК «Любовское» Приморского района Архангельской области, работа по оздоровлению сортов, введение в культуру ткани, получение исходного оздоровленного материала и его ускоренное размножение проводится во Всероссийском НИИ картофельного хозяйства им. А.Г.Лорха (ВНИИКХ), расположенном в Подмосковье.

Технологический процесс введения в культуру in vitro основан на применении метода ростовых черенков (рис.1). Подготовку образцов к введению в культуру начинают по мере прорастания клубней. Проросшие клубни нумеруют и индивидуально тестируют на наличие вирусной инфекции методом им- муноферментного анализа (ИФА). Клубни, свободные от фитопатогенной инфекции, размещают в темноте для получения этиолированных ростков. К черенкованию приступают при достижении ростков длиной не менее 10-20 см. Снятые с каждого клубня ростки индивидуально стерилизуют, в асептических условиях разрезают на черенки и размещают в пробирки с питательной средой.

Рис.1. Применение метода ростовых черенков при введении новых линий в культуру ткани

Через 20-30 дней после введения в культуру ткани формируются растения с 5-6 листочками. При использовании метода ростковых черенков с одного клубня удается получить не более 10-15 микрорастений. Данный исходный материал проходит повторное тестирование на наличие скрытой зараженности. Свободные по результатам диагностики линии in vitro черенкуют, и часть микрорастений (10-15) поступают для формирования банка in vitro на основе БЗСК, остальные — для клонального микроразмножения, включения в семеноводческие программы и производства исходного материала в виде микрорастений.

Преимущество применяемого метода отбора базовых клонов с использованием многократного улучшающего отбора и ускоренного размножения оздоровленного исходного материала картофеля состоит в систематическом мониторинге качества сорто- образцов в полевых питомниках БЗСК и в культуре in vitro. Главным критерием оценки материала по сравнению с проведением отбора в питомниках первичного семеноводства (традиционный метод) является применение непрерывного многократного улучшающего отбора в питомниках БЗСК в сочетании с высокочувствительными диагностическими методами оценки материала на наличие фитопатогенной инфекции и получении здорового клубневого материала.

Получение здорового исходного материала на основе БЗСК и его ускоренное клональное микроразмножение в культуре in vitro позволяет с максимальной эффективностью поддерживать биологический потенциал сортов картофеля, сохранять типичность сортов на том уровне, на котором они были созданы селекционерами, и производить необходимый объем пробирочного материала для оригинального семеноводства.

В 2011 г. во время проведения Международной научно-практической конференции, посвященной 80- летию ВНИИКХ (12-14 июля), была осуществлена независимая экспертная оценка качества сортов и линий in vitro из БЗСК. Оздоровленный исходный материал ВНИИКХ в виде микрорастений был протестирован по шести основным вирусам картофеля представителями европейской компании Bioreba (Швейцария). Данная компания является одной их ведущих на европейском рынке по производству оборудования, реактивов и диагностике сельскохозяйственных культур на наличие патологий различного происхождения. По результатам проведенной экспертизы весь набор протестированных сортов и линий in vitro (94 образца) оказался свободным от вирусной инфекции. Проведенная экспертная оценка позволяет приравнивать полученный исходный материал из БЗСК к категории предбазисного (Pre-Basic Seed) семенного материала по стандарту ЕЭК ООН.

Исходный материал в виде микрорастений, полученных на основе полевого питомника БЗСК в 2010-2011 гг., был высажен в горшочной культуре в условиях защищенного грунта на экспериментальной базе ВНИИКХ «Апариха» Раменского района Московской области. Количественный выход миниклубней зависел от сортовых особенностей. Высоким коэффициентом размножения характеризовались сорта Жуковский ранний, Метеор, Брянский деликатес, Ильинский и Голубизна. При их возделывании в условиях защищенного грунта они образовали 6-8 миниклубней на одно растение.

Проведение лабораторного тестирования ИФА по листовым пробам в период вегетации микрорастений и послеуборочного зимнего клубневого контроля мини-клубней подтвердило высокое исходное качество производимого материала. По результатам диагностики исследуемые партии оказались свободными от вирусной инфекции.

В 2011 г. полученный урожай мини-клубней использовали для закладки питомника первого полевого поколения. Контроль качества производимой высокой категории семенного картофеля в период вегетации растений подтвердил надежное качество исходного материала, полученного на основе БЗСК.

Результаты исследований отражают преимущество применяемого метода отбора базовых клонов в полевом питомнике БЗСК с использованием многократного улучшающего отбора и ускоренного размножения оздоровленного исходного материала на основе БЗСК в культуре in vitro. Внедрение данного элемента технологии в семеноводство позволяет обеспечивать систематический мониторинг качества сортообразцов в полевых питомниках, в культуре in vitro и на первых этапах размножения семенного картофеля в оригинальном семеноводстве.

Использование микроспорофита в качестве единицы размножения

Потенциальные возможности вегетативного способа размножения клубней практически безграничны и лимитируются лишь факторами времени и возможностями материальной базы для процессов регенерации растений из частей клубня или побега, укоренения эксплантантов в субстрате и вегетации полученных организмов при формировании нового урожая.

Для изучения возможности укоренения непосредственно в субстрате элементов морфологии клубня, обладающих малой массой и размерами, нами были проведены опыты с апексами, протоспорофитами и микроспорофитами.