Д.В. Кравченко, П.А. Галушка, А.И.Усков

ГНУ ВНИИКХ им. А.Г. Лорха Россельхозакадемии

 

Резюме

 

В статье приводятся данные по сравнительной оценке формирования микроклубней invitro на питательной среде без регуляторов роста и с использованием биологически активного вещества нового поколения SkQ1 (ионов Скулачёва).

 

Ключевые слова:микроклубни, регуляторы роста, ионы Скулачёва (SkQ1), культура invitro.

 

Введение

 

Одним из направлений применения биологически активных веществ является технологический процесс получения микроклубней в культуре invitro. Эффективность микроклубнеобразования напрямую зависит от таких факторов как температура, свет, фотопериод, а также от сортовых особенностей растений (Лукаткин и др., 2000).

В процессе клубнеобразования у растений картофеля принимают участие все известные фитогормоны: ауксины, гиббереллины, абсцизины, цитокинины, а также этилен, находящиеся в динамическом равновесии, особенность которого — высокая чувствительность к воздействию химических и физических факторов (Ewing, 1991).

В опыте было проведено изучение воздействия препарата SkQ1 (ионы Скулачёва) на инициацию микроклубнеобразования invitro.

Работа с препаратом SkQ1 в культуре invitro ранее нами уже проводилась. Использование ионов Скулачева в культуре invitro стимулировало процессы морфо- и ризогенеза ростковых черенков и сокращало время регенерации исходных микрорастений. После первого черенкования регенерантов через 40 суток культивирования ростковых черенков на среде Мурасиге-Скуга (МС) с добавлением препарата SkQ1  в концентрации 2,5 нМ наблюдали увеличение коэффициента их размножения в зависимости от сорта в 1,9-2,7 раза.

 

Материалы и методика.

Исследования по изучению влияния ионов Скулачёва (SkQ1) на микроклубнеобразование invitro, проводили во ВНИИКХ им. А.Г. Лорха  первоначально в 2008-2009 гг. на ранних сортах Удача, Жуковский ранний и Импала, и в 2012-2013 гг —  на новых сортах картофеля — Метеор (раннеспелый) и Красавчик (среднеранний).

Синтезированные в НИИ ФХБ им. А.Н.Белозерского (МГУ) препараты SkQ (ионы Скулачева) представляют собой соединения катионов трифе-нилдецилфосфония и аналогов пластохинона хлоропластов. Они различаются по проникающей способности и соотношению анти- и прооксидазной активности (Скулачев, 2005). При использовании в наноконцентрациях эти вещества принимают участие в регуляции баланса активных форм кислорода, играющих важную роль в процессах внутриклеточного обмена веществ (Скулачев, 1989).

Для закладки опытов использовали черенки растений исследуемых сортов. В первом опыте длительность культивирования составляла 120 дней до полного отмирания растений. Фотопериод – 16 часов на протяжении всего срока культивирования.

Варианты опыта: 1. Среда МС – контроль (без регуляторов роста и фитогормонов); 2.Среда  МС +  SkQ1 (2,5 Нм). Повторность – 100 растений на вариант.

Препарат SkQ1 добавляли в питательную среду в стерильных условиях в ламинар-боксе после автоклавирования.

Во втором опыте длительность культивирования составляла 70 дней. Через 10, 15 и 30 суток, определяли морфогенную активность черенков, измеряли высоту, облиственность сформированных микрорастений. После 30 дней культивирования в условиях 16-часового фотопериода, микрорастения были переведены на естественное освещение в условия короткого дня, для стимулирования микроклубнеобразования. Наблюдения за динамикой  микроклубнеобразования проводили через каждые 10 суток. После 40 суток культивирования была определена масса полученных микроклубней.

 

Результаты исследований

 

По предварительным результатам опыта, проведенного в 2008-2009 гг. добавление в среду МС  ионов Скулачева оказало значительное влияние на  количественный выход и массу микроклубней всех изучаемых сортов (таблица 1).

 

Таблица 1 — Влияние препарата SkQ 1 на урожай микроклубней картофеля в 2008-2009 гг.

Вариант Среднее количество микроклубней на

 

 

шт./раст.

Средняя масса микроклубней на, мг/раст. Средняя масса микроклубня, мг
Удача
Среда МС  – контроль 2,0 283 142
Среда МС + SkQ1 2,3 308 134
Жуковский ранний
Среда МС – контроль 1,0 136 136
Среда МС + SkQ1 1,1 272 247
Импала
Среда МС – контроль 1,3 387 297
Среда МС + SkQ1 1,7 527 310
НСР 05 0,2 23

Наибольшее влияние препарат оказывал на увеличение средней массы микроклубня и в меньшей степени – на увеличение количества клубней, но в конечном итоге масса клубней с одного растения увеличивалась у всех сортов в варианте с применением SkQ. У сорта Удача увеличение урожая происходило за счет увеличения количества клубней (на 15 % по сравнению с контролем), а средняя масса клубня несколько снизилась (на 7 %).

У сорта Жуковский ранний масса клубней под влиянием ионов Скулачева увеличилась в 2 раза. У сорта Импала сформировались самые крупные микроклубни, как в контроле так и в опыте, причем опытный вариант превосходил контроль на 36 %.

В опыте 2012-2013 гг. были проведены более подробные исследования роста, развития и клубнеобразования invitro у новых сортов картофеля российской селекции.

Результаты опыта показали, что наибольшую отзывчивость на использование в питательной среде ионов Скулачёва показал сорт Красавчик (таблица 2).

 

Таблица 2 —  Изменение биометрических показателей микрорастений картофеля при культивировании на различных питательных средах

Вариант опыта Средняя высота микрорастений, мм Среднее количество листочков, шт.
Метеор Красавчик Метеор

 

 

 

Красавчик
Через 10 суток пассирования
Среда МС контроль 2,21 1,5 4,5 4,9
МС+SkQ1 (2,5нМ) 2,03 1,62 4,0 4,9
Через 20 суток пассирования

 

 

 

Среда МС контроль 5,3 3,6 6,3 5,3
МС+SkQ1 (2,5нМ) 4,6 4,3 5,8 5,8
Через 30 суток пассирования

 

 

 

Среда МС контроль 7,02 4,8 9,5 7,2
МС+SkQ1 (2,5нМ) 7,7 5,1 8,6 7,9

 

Через 10 суток после первого черенкования высота микрорастений на варианте с SkQ1 превышала значение показателя на контрольном варианте на 0,12 мм, через 20 суток на 0,7 мм. Через 30 суток культивирования увеличение высоты микрорастений опытного варианта (МС+SkQ1) составило всего 0,3 мм.

У сорта Метеор, наоборот, увеличение высоты микрорастений на варианте с SkQ1 относительно контроля было отмечено только через 30 суток после черенкования и составило 0,7 мм.

Микрорастения сортов Метеор и Красавчик формировали клубни как на питательной среде без регуляторов роста (контроль) так и на питательной среде с SkQ1.

Микрорастения сорта Метеор за весь период культивирования  лучше завязывали микроклубни на среде без гормонов, с 20 до 73,3 %, на среде с SkQ1 c 13,3 % до 53,3 % (рисунок 1, рисунок 2).

Доля растений сорта Красавчик на варианте с SkQ1 через 10 суток после начала клубнеобразования превысила контроль на 20 %. Через 20 суток культивирования значение составляло 60 % и находилось на одном уровне на контроле и опытном варианте. Через 30 суток культивирования число растений с клубнями возросло до 66 % на контроле, на варианте с SkQ1 данное значение оставалось на уровне 60 %. Через 40 суток культивирования  доля растений с клубнями на контрольном варианте возросла до  80 %, на  варианте с SkQ1 до 66,6 %.

Наибольшая средняя масса одного клубня отмечена у сорта Красавчик на варианте с SkQ1 – 121,0 мг, что превысило контроль на 39 мг. У сорта Метеор превышение контроля по массе  составило 3,7 мг (таблица 3).

Наиболее отзывчивым на действие ионов Скулачева оказался сорт Красавчик. По количеству клубней варианты опыта практически не различались.

 

Таблица 3 — Влияние препарата SkQ 1 на урожай микроклубней картофеля,  2012-2013 гг.

 

Вариант Среднее количество микроклубней на

 

 

шт./раст.

Средняя масса микроклубней на, мг/раст. Средняя масса микроклубня, мг
Метеор
Среда МС  – контроль 1,2 83,3 69,4
Среда МС + SkQ1 1,1 80,5 73,1
Красавчик
Среда МС – контроль 1,2 96,8 80,6
Среда МС + SkQ1 1,1 133,1 121,0
НСР05 0,3 27  

  

Заключение

 

По полученным результатам опыта можно предположить, что использование ионов Скулачёва в культуре invitro, помимо стимулирования морфогенеза микрорастений способствует увеличению массы индуцируемых микроклубней. Отмечено положительное влияние препарата на увеличение количества микроклубней, что важно с точки зрения семеноводства.

 

Литература

 

1. Лукаткин А.С., Чигрина С.А., Мокшин Е.В., Любишкина И.Н. Эколого-физиологические особенности микроклубнеобразования картофеля в культуре invitro // Морфофизиология специализированных побегов многолетних травянистых растений: Программа и тезисы докладов Всероссийского совещания, Сыктывкар, 3-5 окт. 2000, — с.103-105

2. Скулачев В.П. Энергетика биологических мембран. -М.: Наука, 1989.- 564 с.

3. Скулачев В.П. Старение как атавистическая программа, которую можно попытаться отменить. //Вестник РАН— 2005. — т №9. — С. 831-843.

4. Ewing E.E. Induction of tuberization in potato. In: The molecular and cellular biology of the potato /M.E. Vayda, W.D. Park (eds.) C.A.B. International, Redwood Press Ltd., Melksham, 1991: 25-41.

  

Influence the Skulachevs ions (SkQ1) on formation potato microtubers in vitro

D.V. Kravchenko, P.A. Galushka, A.I. Uskov

Russian Research Institute of Potato named after. AG Lorch

The article presents data the comparative evaluation of formation microtubers in vitro on a medium without growth regulators and with the use of the active substance of the new generation SkQ1 (Skulachevs ions).

Keywords: microtubers, growth regulators, Skulachevs ions (SkQ1), culture in vitro.