На правах рукописиФЕДОРОВА

Юлия Николаевна

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОИЗВОДСТВА СЕМЕННОГО КАРТОФЕЛЯ ПУТЕМ ОПТИМИЗАЦИИ ПАРАМЕТРОВ ТКАНЕВОЙ ТЕХНОЛОГИИ В УСЛОВИЯХ СЕВЕРО-ЗАПАДНОЙ ЗОНЫ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИЙ

Специальность 06. 01. 05 – селекция и семеноводство

сельскохозяйственных растений

Авторефератдиссертации на соискание учёной степенидоктора сельскохозяйственных наук

Брянск 2011

Работа выполнена в Федеральном государственном образовательномучреждении высшего профессионального образования«ВЕЛИКОЛУКСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ

СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ»

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук,

профессор, Шпилев Николай Серафимович

доктор сельскохозяйственных наук,

профессор Молявко Алексей Александрович

доктор биологических наук,

профессор Калашникова Елена Анатольевна

Ведущее учреждение: ГНУ «Ленинградский научно-исследовательский институт сельского хозяйства Россельхозакадемии»

Защита диссертации состоится «28» октября 2011 года в 10 час. на заседании диссертационного совета Д 220.005.01 при ФГОУ ВПО «Брянская государственная сельскохозяйственная академия»: 243365, Брянская обл., Выгоничский р-н, с. Кокино, корпус 4, конференц-зал.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ФГОУ ВПО "Брянская государственная сельскохозяйственная академия".

Просим принять участие в работе совета или прислать отзыв в двух экземплярах, заверенных гербовой печатью.

Автореферат разослан «____» _____________ 2011г

и размещен на сайте ВАК www.vak.ed.gov.ru

Ученый секретарьдиссертационного совета доктор сельскохозяйственных

наук, профессор А.В. Дронов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Картофель — одна из важнейших сельскохозяйственных культур, используемая для продовольственных и кормовых целей, а также для перерабатывающей промышленности. Это четвертая по распространенности продовольственная культура после кукурузы, пшеницы и риса. Картофель - питательная и полезная, нетребовательная культура, дающая высокие урожаи, имеет огромное мировое значение, и конечно велика его роль для России.

Однако отсутствие системы производства семенного материала приводят к тому, что Северо-Западный регион утрачивает свои позиции в данной исторически сложившейся специализации. Расчетная потенциальная продуктивность картофеля в оптимальных условиях достигает 60-100 т/га. Однако реальные урожаи в целом по Северо-Западному региону значительно ниже и качество картофеля не всегда отвечает современным требованиям. На снижение урожайности действует не только низкий уровень агротехники в целом в регионе или неблагоприятно сложившаяся фитопатологическая ситуация, но и отсутствие высококачественного семенного материала.

В решении этой задачи первоочередное значение имеет обеспечение посадочных площадей высококачественным семенным материалом. В основе повышения качества семенного материала лежит использование высокоурожайных сортов, биологические особенности которых в наибольшей степени соответствуют конкретным условиям выращивания.

Однако имеющийся на сегодня сортимент картофеля не в полной мере удовлетворяет требования и запросы товаропроизводителей, а в существующей селекционной практике недостаточно проводится агроэкологическая оценка перспективных сортов.

Увеличение количества оздоровленного материала возможно за счет размножения минирастений in vitro повышения продуктивности пробирочных растений в условиях in vivo, а также за счет совершенствования приемов возделывания миниклубней. По этой проблеме накоплен достаточно обширный научный материал. Однако имеющиеся в настоящее время рекомендации по технологии выращивания оздоровленного материала в значительной степени противоречивы. Неясными остаются закономерности формирования структуры урожая картофеля. При создании научно обоснованной схемы семеноводства картофеля важным моментом является применение научно обоснованных коэффициентов размножения оздоровленного материала на всех этапах его выращивания. В связи с этим возникает проблема разработки и внедрения современной схемы семеноводства основанной на безвирусной основе. Таким образом, повышение эффективности производства семенного картофеля путем оптимизации тканевой технологии в условиях Северо-Западной зоны Российской Федерации является важнейшей народнохозяйственной проблемой требующей скорейшего решения.

Цель исследования. Целью данной работы являлось повышение эффективности производства семенного картофеля путем оптимизации параметров тканевой технологии.

Для достижения этой цели определены следующие задачи исследования

1. Путем анализа современного состояния картофелеводства и обобщения результатов разработать схему оздоровления и размножения адаптированных сортов картофеля, при этом обоснованно подобрать наиболее эффективные концентрации питательной среды для ускоренного клонального размножения, увеличения коэффициента размножения. Изучить процесс морфо- и ризогенеза в разных условиях культивирования и поддержания оптимальной скорости отрастания при длительном субкультивировании.
2. Используя принципы математического моделирования и результаты теоретических и экспериментальных исследований, разработать математические модели оптимизации параметров тканевой технологии ускоренного микроразмножения растений картофеля. Создать оздоровленную коллекцию картофеля in vitro с учетом методов ее получения, поддержания и хранения.
3. Изучить влияние густоты посадки пробирочных растений на продуктивность оздоровленного картофеля в защищенном грунте, а также влияние густоты посадки и массы тепличных мини-клубней и исходных клубней на продуктивность и структуру урожая оздоровленного картофеля в открытом грунте и закономерности формирования структуры урожая семенного картофеля.
4. Используя математические модели и результаты теоретических и экспериментальных исследований разработать биотехнологическую систему, обеспечивающую массовое получение оздоровленных микро- и мини-клубней, изучить возможность их использования в качестве исходного материала для производства элиты в условиях Северо-Западного региона РФ.
5. Выявить характер и степень поражения вирусными болезнями основных сортов картофеля, возделываемых в регионе и установить оптимальные сроки удаления ботвы для получения оздоровленного семенного материала картофеля.
6. Определить основные экономические показатели технологии производства оздоровленного семенного картофеля с использованием тканевой технологии.
7. Дать практические рекомендации по оздоровлению, размножению и повышению эффективности производства семенного картофеля.

Методы исследования. В процессе выполнения диссертационной работы в зависимости от решаемых задач были использованы различные методы, способы и приемы научных исследований: абстрактно-логический метод при постановке целей и задач, разработке рабочей гипотезы, монографический при исследовании организационной, производственной и рыночной деятельности хозяйствующих субъектов отрасли картофелеводства, расчетно-конструктивный при обосновании целесообразности и эффективности альтернативных стратегических направлений развития отрасли, экспериментальный - при апробации основных положений разработанных инновационных проектов и положений.

Обработка результатов экспериментальных исследований осуществлялась па ПЭВМ при помощи прикладных пакетов компьютерных программ. Достоверность результатов работы подтверждена корректностью и адекватностью разработанных математических моделей, а также сравнительными производственными испытаниями.

Объект исследования - картофель в культуре ткани и пути повышения эффективности производства семенного картофеля, хозяйствующие субъекты отрасли картофелеводства Псковской области

Предмет исследования – оптимизация параметров тканевой технологии картофеля в культуре in vitro и in vivo.

Научная новизна исследований – Выполненные в работе исследования позволили получить совокупность новых данных по оптимизации параметров технологии получения оздоровленного семенного материала с помощью культуры ткани. Разработаны математические модели влияния концентрации питательной среды и присутствия в ней фитогормонов на коэффициент размножения и скорость регенерации пробирочных растений. Предложены способы оздоровления и ускоренного размножения пробирочного материала. Впервые дано теоретическое обоснование получения максимальной урожайности картофеля с учетом потенциала современных сортов и почвенно-климатических условий Северо-Западного региона, предложены практические аспекты ее реализации. Изложен процесс сокращения схемы семеноводства за счет применения микроклубней. Разработаны математические модели получения в культуре in vitro микроклубней с учетом объемов культурального сосуда, концентрации питательной среды и дней культивирования. Исследована клубнеобразовательная способность оздоровленных растений. Разработана схема получения адаптированных растений к условиям in vivo на питательном субстрате Трион. Рассчитан выход мини-клубней в зависимости от возраста рассады и схем ее посадки. Обоснована продуктивность семенного картофеля при различных способах посадки мини-клубней. Определена экономическая целесообразность отрасли семеноводства картофеля с применением культуры ткани в условиях Северо-Западного региона РФ.

Практическая значимость результатов – установлены параметры тканевой технологии в условиях in vitro, которые позволяют повысить эффективность производства высококачественного, свободного от вирусной инфекции семенного материала в условиях Северо-Западного региона.

Технологические параметры получения оздоровленного материала одобрена главным государственным управлением сельского хозяйства, ветеринарии и государственного технического надзора Псковской области и внедряется в картофелеводческих хозяйствах области. Исследования проведены в соответствии с концепцией развития сельского хозяйства в Нечерноземной зоне России на период до 2010 г. В результате многолетней работы в лаборатории ВГСХА собрана коллекция оздоровленных растений сортов картофеля, которая используется в производстве как базисная. Подобран сортимент высокопродуктивных, адаптированных сортов картофеля для Северо-Западного региона РФ. На основе рационального сор­торазмещения разработана схема получения оздоровленного материала картофеля. Дана экономическая оценка сортам, использованию фиторегуляторов, выявлены приоритетные варианты адаптации растений для производственного внедрения.

Научно-практические результаты работы использованы:

в ряде специализированных картофелеводческих государственных и КФХ внедрена схема производства семенного материала на оздоровленной основе;

при создании учебной программы регионального компонента дисциплины «Картофелеводство Северо-Западного региона РФ» в «Великолукской ГСХА»;

при чтении лекций и проведении лабораторно-практических занятий используются теоретические положения и практические результаты в Великолукской государственной сельскохозяйственной академии, при повышении квалификации специалистов и руководителей АПК Псковской области, в областном эколого-биологическом центре;

при написании монографии «Организация семеноводства картофеля на оздоровленной основе на территории Северо-Западного региона»;

при разработке и издании рекомендаций «Семеноводство оздоровленного картофеля».

Основные положения, выносимые на защиту:

- математические модели оптимальных параметров ускоренного размножения картофеля в условиях in vitro;

- подбор оптимальных условий для получения микроклубней в условиях in vitro;

- увеличение адаптационной способности растений картофеля в условиях in vivo при использовании ионитопонного субстрата;

- особенности роста, развития и накопления урожая растений новых перспективных сортов картофеля в зависимости от сроков и схем посадки;

- продуктивность, качество, поражённость болезнями и сохранность клубней различных сортов при воздействии изучаемых факторов;

- экономическая эффективность производства семенного картофеля с использованием оптимальных показателей тканевой технологии в условиях Северо-Западного региона РФ.

Апробация результатов работы. Результаты работы представлены и одобрены на международных и научно-практических конференциях «Современное состояние и перспективы развития селекции и семеноводства картофеля» (Москва, Коренево, 2006), «Картофель. Россия – 2007» (Москва, 2007), научно-практической конференции, посвященной 120-летию А.Г. Лорха (Москва – Коренево, 2009), на конференции «Роль аграрной науки в повышении эффективности производства картофеля в Северо-Западном регионе России» (Санкт-Петербург, 2008, 2010), научно-практических конференциях «Вклад молодых ученых в развитие науки» (Великие Луки, 2006, 2007, 2008, 2009, 2010) на областных семинарах и совещаниях «Развитие сельского хозяйства Псковской области» 2006, 2007, 2008, 2009, 2010, 2011 годах, на ежегодных областных совещаниях по итогам государственного сортоиспытания сельскохозяйственных и плодово-ягодных культур Псковской и Новгородской области 2005, 2006, 2007, 2008, 2009, 2010 годах, ученых советах ФГОУ ВПО «Великолукская ГСХА». Кроме того, ежегодно предоставлялись научные отчеты по госбюджетной тематике «Картофель» НИР ФГОУ ВПО «ВГСХА». Производственная проверка результа­тов исследования прошла с 2001 по 2010 гг. в хозяйствах Псковской области различных форм собственности: ГСУ, СПК, КФХ.

Публикации по теме диссертации 51 из них 10 в реферируемых журналах, всего 58 статей.

Личный вклад соискателя. Постановка задач исследования и разработка методологии их решения; проведение теоретических исследований; участие в экспериментальных исследованиях в лабораторных и производственных условиях. В основу диссертационной работы положены исследования автора, про­водимые с 2000 по 2009 г. в рамках «Программы фундаментальных и приоритетных исследований по научному обеспечению развития агропромышленного комплекса по Российской Федерации на 2001-2005 гг. и 2006-2010гг.» в ФГОУ ВПО «Великолукская Государственная Сельскохозяйственная Академия» а также в соответствии с региональной НТП «Агро-Северо-Запад РФ – 2005».

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения и семи глав, выводов и предложений производству, списка литературных источников (468 источников, из них 101 иностранных). Работа содержит 384 Стр., в которых текст составляет 253 с., диссертация иллюстрирована 68 таблицами и 60 рисунками, имеет 13 приложений.

Выражаю большую благодарность профессору Морозову В.В., профессору Мордашеву А.И., к.б.н. Анисимову Б.В., к.б.н. Тумановой Т.Д., к.э.н. Квашиной Г.В., Эрастовой М.А., Назаровой В.Ф. за консультации, ценные советы, которые способствовали выполнению работы.

Благодарю студентов-дипломников, аспирантов Великолукской ГСХА за совместный творческий процесс в научно-исследовательской работе.

Глубокую признательность за всестороннюю поддержку выражаю главам крестьянско-фермерских хозяйств, единомышленникам Г.Н. Вороненковой, Н.Т. Кипятковой, В.И. Павлову, Ю.Р. Блинкову, А.А. Никандрову хозяйства которых являлись базой для проведения полевых и производственных опытов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1. Современный уровень возделывания картофеля и производства семенного материала

В главе проанализированы сложившиеся условия работы в отрасли. Выявлено, что формируется новая система семеноводства. Чтобы повысить урожаи картофеля необходимо провести ряд организационных мероприятий направленных на укрепление отрасли.

Большое разнообразие почвенно-климатических условий Северо-Западного региона, а также специфика семеноводческой работы требуют разработки конкретных параметров для производства посадочного материала картофеля.

Болезни картофеля отличаются повышенной вредоносностью, что в значительной мере обусловлено особенностями его биологии и возможностью постоянного существования возбудителей болезней в паразитически активной форме в связи с вегетативным размножением культуры. Популяции возбудителей из года в год сохраняются в семенном материале. Производство оригинального сертифицируемого семенного материала и соблюдение всех требований при его возделывании позволяет значительно повысить качество картофеля и его урожайность. Однако в этой технологии есть ряд не решенных вопросов, которые требуют дальнейшего изучения.

Проведенный анализ литературных источников позволяет сделать следующее заключение, что для повышения эффективности производства семенного картофеля в условиях Северо-Западного региона РФ, необходимо изучение биологических особенностей конкретных сортов, применение таких агротехнологий которые обеспечат высокую фотосинтетическую активность посадок и будут благоприятно действовать на все компоненты продуктивности каждого картофельного растения и агробиоценоза в целом.

Глава 2 Теоретические аспекты тканевой технологии в семеноводстве картофеля

В главе проанализированы теоретические аспекты клонального микроразмножения, которые обеспечивают стабильное размножение исходного генотипа. Но установлено, что в зависимости от возможностей, необходимо выбирать способ получения растения регенеранта и при разработке ме­тодов клонального микроразмножения растений следует учитывать влияние генетических, физиологических, гормональных и физических факторов. Это связано с тем, что разработанная методика для определен­ного клона одного вида не всегда может быть применена для размноже­ния других представителей этого вида и тем более растений другого вида. Выявлено, что на микроразмножение влияют генотип, возраст исходного растения, се­зонность изоляции, а также размер первичного экспланта. Из гормональ­ных факторов соотношение цитокининов и ауксинов, состав питательной среды по минеральным веществам, витаминам, сахарозы, а из физических фак­торов влияние оказывают консистенция среды, ее кислотность, условия освещения.

Проблема использования гормонов, биологически ак­тивных веществ и минеральных солей не должна сводиться к простому включению этих соединений в состав питательной среды по готовым стандартным рецептам, а должна решаться с учетом конкретных морфогенетических реакций, используемых для микроразмножения того или иного вида растений.

Для повышения коэффициента размножения расте­ний необходимо каждому виду с учетом его естественного ареала произ­растания подбирать индивидуальные условия культивирования. В процессе образования клубней играют роль как концентрация сахаров, так и специальные регуляторные вещества, причем последнее имеет специфическое значение, так как достаточное количество сахаров необходимо для роста и клубней, и пазушных побегов.

Глава 3 Методы моделирования процессов тканевой технологии и агроклиматические условия производства семенного картофеля

Исследования проводились с 2000 по 2009 год на базе ФГОУ ВПО «Великолукской государственной сельскохозяйственной академии» в Лаборатории клонального микроразмножения растений, на опытных полях в п. Майкино и учебно-опытном хозяйстве «Удрайское» и опытном поле Себежского сельскохозяйственного техникума. Отдельные производственные исследования проводились в крестьянских хозяйствах Павлова В.И. Порховского района, к.х. «Витязь» и к.х. «Надежда» Печерского района, а так же в к.х. «Яна» Пушкиногорского района.

В работе использовали различный семенной материал: растения в культуре in vitro, микроклубни, миниклубни, клубни первого полевого поколения (ППП), супер-суперэлита (ССЭ), суперэлита (СЭ) и элита (Э) сортов: Наяда, Загадка Питера, Удача, Снегирь, Чародей, Сказка, Изора, Адретта, Никулинский, Жуковский ранний, Скарб, Живица, Одиссей, Дельфин, Сантэ, Невский, Луговской, Фреско, Импала, Лазурит.

При проведении исследований использовали следующие методы: лабораторный, полевой мелкоделяночный и производственный опыты.

В лабораторных условиях проводили:

- оздоровление растений картофеля с помощью методов термо и хемиотерапии;

- размножали оздоровленные растения микрочернкованием по общепринятой методике на модифицированных питательных средах;

- получали из оздоровленных растений микроклубни в сосудах различного объема и на модифицированных питательных средах.

В условиях защищенного грунта проводили:

- посадку пробирочных растений по схемам 70х15,70х20, 70х25, 70х30;

- способы адаптации оздоровленных растений и эффективность способов производства мини-клубней.

В условиях открытого грунта изучалась:

- агротехника выращивания микро- и мини-клубней по следующим элементам: масса клубня, схема посадки, сроки уборки ботвы

- выращивание элиты по 4-5 летним схемам;

- подбор перспективных сортов картофеля.

Климатические и метеорологические условия Псковской области:

Климатические условия определяются главным образом переносом теплых воздушных масс с Атланти­ческого океана и Балтийского моря и холодных - из районов Арктики. Вторжение арктических воздушных масс вызывает рез­кие изменения погоды, весной и в начале лета они сопровожда­ются поздними заморозками, зимой - понижениями температуры, доходящими в отдельные дни до -40°С и ниже.

Среднегодовая температура воздуха +4,4°С. Годовое коли­чество осадков (645 мм) значительно превышает испарение (око­ло 400 мм), что обуславливает промывной режим почв. Широтные различия в поступлении солнечной радиации в пределах области незначительны. С учетом гидротермического коэффициента (ГТК) вегетационные периоды характеризуются как избыточно влажные в 2003, 2006гг. (ГТК>1,6), влажные 2004, 2005, 2007, 2008 гг.(ГТК1,6-1,3), слабо засушливые – 2001г. (ГТК 1,3-1,0), засушливые 2002г. (ГТК1,0- 0,7).

Большое влияние на климат об­ласти оказывает повышенная циклическая деятельность атмосфе­ры. В среднем за год над Псковщиной проходит 129 циклонов, которые придают климату черты морского. Вторжение антици­клонов значительно реже - за год около 50.

Заметное влияние на климат оказывают местные физико-географические условия: рельеф, растительный покров, наличие крупных водоемов. Так, на всех возвышенностях облас­ти осадков выпадает на 30-40% больше, чем на равнине; в аква­тории Чудского озера климат суше и теплее, по сравнению даже с югом области, в лесистых районах амплитуда колебания температур меньше, здесь весной дольше лежит снег, практически отсутствует по­верхностный сток.

На территории области в большинстве лет (7…8 из 10) клуб-необразование картофеля происходит в условиях, близких к оп­тимальным. Средняя температура воздуха бывает 14…18 оС, сред­ние запасы продуктивной влаги в слое 0…50 см, на суглинистых почвах 70…90 мм, на более легких почвах около 70…75 мм. В от­дельные годы (2…3 из 10) в период клубнеобразования наблюда­ются засушливые периоды, а иногда периоды переувлажнения.

Наблюдения и учет: в ходе исследований применялись традиционные методики работы с тканью, в естественных условиях - методики исследований по культуре картофеля. Морфологические описания растений проводились по Международному классификатору. Исследования по защите картофеля от болезней, вредителей, сорняков, по методике ВНИИКХ. Методика полевого опыта [Доспехов, 1979], Методика государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур.

Для определения оптимальных показателей технологии использовали методику планирования многофакторного эксперимента. Обработку экспериментальных данных проводили с использованием методов вариационной статистики и стандартных программ на ПЭВМ.

Глава 4 Экспериментальное обоснование параметров показателей

тканевой технологии производства оздоровленного семенного

материала картофеля

Стрессовые фитогормоны, синтез которых индуцируется патогенами или абиогенными факторами, способны повышать устойчивость растений. Внимание многих ученых к одному из них, салициловой кислоте (СК), связано с ее способностью индуцировать синтез различных соединений и повышать устойчивость в клетках, подвергшихся действию патогенов.

Для получения здорового семенного материала изучен процесс оздоровления и регенерации картофеля на питательных средах, различающихся по содержанию регуляторов роста и ацетилсалициловой кислоты, способа термообработки.

Из таблицы 1, видно, что наибольший выход здоровых растений регенерантов 3 шт. получено на среде с добавлением салициловой кислоты, однако наблюдается увеличение продолжительности регенерации растений из меристемы до 109 дней. На гормональной среде напротив наблюдается сокращение периода регенерации до 64 дней, но снижается количество оздоровленных растений. Листовой морфогенез проходит в сжатые сроки. Снижение температуры воздуха до плюс 4…20С при термообработке положительно влияет на регенерацию меристем и значительно сокращает продолжительность роста растений.

Увеличение содержания СК не должно превышать физиологический порог, т.к. это может привести к нарушению физиологических функций и фитотоксичности. Поэтому увеличение концентрации СК в клетках следует доводить до необходимой для ингибирования развития патогена, но не превышающей пороговые значения. Так как могут происходить процессы ингибирования роста растений, а сами растения становятся ослабленными, и следовательно более чувствительными к патогенам.

Таблица 1- Регенерация растений из меристемы картофеля в
зависимости от состава питательной среды и способа термообработки

Режим термо- обработки	Среда	Изолировано меристем, шт.	Всего выход растений, шт.	Выход здоровых растений регенерантов, шт.	Продолжительность роста меристем, дней
+35…380 С	MS-гормоны	15	6	2	102
	MS-СК	51	22	3	109
+2…40 С	MS-гормоны	48	19	5	63
	MS-СК	39	13	7	84

Регенерация растений начинается с апикального конца экспланта, что объясняется полярностью междоузлий побега. Но на базальном конце образовывался каллус большего размера. Полярность органа из которого выделяют эксплант, определяет интенсивность каллусообразования и характер морфогенеза, является следствием полярного транспорта гормонов. Следовательно, формирование растений регенерантов зависит от соотношения фитогормонов и обусловлено генетически. Однако первые регенеранты появлялись на апикальном конце через 3…6 недель от начала культивирования и в зависимости от сорта. Затем формировалось растение на базальном конце экспланта.

Оздоровленные от вирусов меристемные линии оценивались в условиях изолированного участка по продуктивности и степени сохранения эффекта от оздоровления. Установлено, что меристемные линии в рассаде, первом и втором клубневом поколении не отличались от контроля по продуктивности. Морфогенетических изменений и различий по фенологии не выявлено. Таким образом, для оздоровления растений от вирусной и бактериальной инфекции целесообразно использовать салициловую кислоту и тетрациклин в концентрации 1,5мг/л, что обеспечивает наибольший выход здоровых растений от 7 до 8 шт.

Критерии необходимости макро- и микроэлементов, выведенные Ароном и Стоутом, предполагают, что элемент должен быть включен в процесс обмена и при его отсутствии в среде растение не может пройти весь цикл развития.

Питательные среды, применяемые для ускоренного микроразмножения, разнообразны, поэтому для определения влияния на морфогенез растений в культуре in vitro концентрации минеральной части питательной среды и дней пассажа получили уравнения представленные в таблице 2.

Таблица 2-Уравнения регрессии зависимости количества междоузлий от концентрации среды и дней пассажа

Сорт	Вид уравнения
Удача	Y=-3,6079+0,0776X1+0,6X2-0,0007X12+0,003X1X2-0,0241X22
Адретта	Y=-5,9325+0,1758X1+0,4087X2-0,0012X12+0,0007X1X2-0,0105X22
Снегирь	Y=-14,07+0,4213X1+0,3476X2-0,0027X12-0,0003X1X2-0,0051 X22
Дельфин	Y=5,001-0,0062X1-0,4865X2-0,0003X12+0,0021X1X2+0,0252X22
Изора	Y=1,3044-0,0035X1+0,3602X2-0,0002X12+0,0013X1X2-0,0105X22
Чародей	Y=-9,4096+0,2446X1+0,3947X2-0,0016X12+0,001X1X2-0,01X22
Луговской	Y=24,7123-0,5438X1-0,4185X2+0,0029X12+0,0057X1X2+0,0064X22
Наяда	Y=-6,27+0,162X1+0,4437X2-0,0001X12+0,0003X1X2-0,0091X22
Кардинал	Y=-6,2439+0,128X1+0,7336X2-0,0006X12-0,0006X1X2-0,0172X22

Установлено, что решающим фактором в процессе морфогенеза растений сортов Снегирь и Луговской является концентрация питательной среды, а время пассажа влияет значительно меньше, а у сортов Удача, Адретта, Дельфин, Изора наоборот.

Оптимальное количество междоузлий от 6,1 до 5,2 шт. на ранних и среднеспелых сортах достигается при концентрации питательной среды 75… 80% в течение 19…22 дней (рис. 1).

Полученные результаты характеризуют положительное влияние обедненного состава питательной среды на сорта Чародей, Удача, Адретта, Снегирь. Для сортов Дельфин и Изора процесс морфогенеза на обедненных средах происходит лучше в первые 5…7 дней, а затем наблюдается затухание, а на средах с полной (100%) и обогащенной прописью увеличение количества междоузлий идет постоянно в процессе культивирования.

Х1 – концентрация питательной среды, %; Х2 – дни пассажа, сутки

Рисунок 1- Зависимость количества междоузлий от концентрации питательной среды и дней пассажа сорта Адретта

Получение растений с хорошо сформированной корневой системой важный этап клонального микроразмножения. Для определения влияния на количество корней концентрации минеральной части среды и дней пассажа, получены уравнения регрессии представленные в таблице 3.

Таблица 3-Уравнения регрессии зависимости количества корней от
концентрации питательной среды и дней пассажа

Сорт	Вид уравнения
Удача	Y=14,05-0,3233X1+0,0997X2+0,0022X12-0,0001X1X2+0,0011X22
Адретта	Y=-0,9833+0,124X1+0,1488X2-0,001X12-0,001X1X2+0,0092X22
Снегирь	Y=-7,9+0,2967X1+0,21X2-0,002X12+0,0014X1X2-0,0061X22
Дельфин	Y=1,7316-0,0083X1+0,271X2-0,00004X12+0,0005X22
Изора	Y=15,6386-0,3344X1+0,0356X2+0,0015X12+0,0063X1X2-0,0098X22
Чародей	Y=-3,2737+0,0594X1+0,354X2-0,0004X12+0,0011X1X2-0,006X22
Луговской	Y=9,6596-0,1X1-0,448X2+0,0000008X12+0,0069X1X2+0,0073X22
Наяда	Y=-2,9737+0,161X1-0,3673X2-0,0012X12+0,002X1X2+0,0226X22
Кардинал	Y=1,081-0,01X1+0,5679X2+0,000006X12-0,0011X1X2-0,0125X22

Установлено, что на формирование корней у сортов Удача, Снегирь, Изора наибольшее влияние оказывает концентрация минеральной части питательной среды, а количество дней пассажа влияет меньше. У сортов Адретта, Дельфин, Чародей, Луговской, Наяда, Кардинал более важным является соблюдение полного цикла культивирования.

Для повышения эффективности микроразмножения используют гормоны, стимулирующие рост и развитие: ауксины, цитокинины, гиббереллины.

Для определения влияния концентрации 6-бензамиламинпурина и дней пассажа на процесс морфогенеза получены уравнения регрессии представлены в таблице 4.

Таблица 4 - Уравнения регрессии зависимости количества
междоузлий от концентрации питательной среды и дней пассажа

Сорт	Вид уравнения
Сантэ	Y=-23,9623+0,4766X1-0,2275X2-0,002X12+0,0019X1X2+0,0055X22
Изора	Y=-15,3272+0,249X1+0,4191X2-0,001X12-0,0013X1X2-0,0023X22
Сказка	Y=-16,6333+0,32X1+0,1452X2-0,0014X12+0,0026X1X2-0,01X22
Наяда	Y=-14,61+0,2X1+0,745X2-0,0006X12-0,0019X1X2-0,012X22

Установлено, что на формировании междоузлий у сортов Сантэ и Сказка решающим фактором является состав питательной среды, а количество дней пассажа влияет значительно меньше, у сортов Изора и Наяда наоборот.

Наблюдаемые различия в реакции сортов с разной регенеративной способностью на изменение концентрации 6-БАП в питательной среде, можно объяснить различным их гормональным статусом. Различия в регенерационной способности сортов обусловлены разным соотношением эндогенных фитогормонов или переходом их в связанную форму или различиями в скорости разрушения фитогормонов а также отличиями в проницаемости мембран этих сортов для экзогенных фитогормонов. У сортов с высокой регенерационной способностью (Наяда, Изора) эндогенное содержание цитокининов в стеблях выше, чем у сортов с низкой регенерационной способностью (Сказка, Сантэ). Для того чтобы сбалансировать развитие растений сортов Сказка и Сантэ, необходимо дополнительное введение цитокининов в питательную среду.

Анализируя рисунок 2 видно, что при клональном микроразмножении сорта Наяда применение 6-БАП целесообразно в изучаемой концентрации 130-140%, а дальнейшее увеличение ее будет вызывать процессы торможения в формировании междоузлий и влиять на апикальное доминирование.

Х1 – концентрация питательной среды, %; Х2 – дни пассажа, сутки

Рисунок 2- Зависимость количества междоузлий сорта Наяда от концентрации питательной среды и дней пассажа

Нами установлено что, максимальное количество междоузлий – 6 шт. у всех изучаемых сортов достигается при концентрации среды от 100…140% и количестве дней пассажа от 18…22 дней. Таким образом, применение цитокининов в малых концентрациях не оказывает негативного воздействия на процесс ускоренного микроразмножения растений.

Физиологические эффекты ауксина связаны с его действием на клеточном уровне, которое проявляется в регуляции растяжения, деления и дифференцировки клеток. Установлено, что концентрации ауксина ИУК вызвали активный рост растений в высоту. Но все же прослеживаются сортовые различия.

Анализируя уравнения установлено, что у сортов Импала, Удача, Адретта, Снегирь и Кардинал решающее значение на формирование междоузлий имеет количество дней культивирования, а изменение концентрации состава питательной среды влияет значительно меньше, а у сорта Ранний желтый наоборот.

Оптимальное количество междоузлий 9 шт. формировалось на обедненных питательных средах от 50 до 90%, при максимальном количестве дней пассажа 21…22 дня у ранних сортов Импала, Удача, Адретта (рис. 3).

Х1 – концентрация питательной среды, %; Х2 – дни пассажа, сутки

Рисунок 3 - Зависимость количества междоузлий от концентрации питательной среды и дней пассажа сорта Адретта

Из литературных источников известно, что ауксины к которым относится и ИУК, являются стимуляторами процесса ризогенеза у растений в условиях in vitro.

Результаты исследований влияния различных концентраций ИУК в составе питательной среды и дней пассажа на количество корней представлены в таблице 5.

Таблица 5-Уравнения регрессии зависимости количества корней

от состава питательной среды и дней пассажа

Сорт	Вид уравнения
Импала	Y=-1,2474+0,1X1+0,2X2-0,0005X12-0,0014X1X2+0,0063X22
Удача	Y=1,8754-0,0644X1+0,523X2+0,001X12-0,0049X1X2+0,0024X22
Ранний желтый	Y=-7,282+0,24X1+0,0043X2-0,0014X12-0,001X1X2+0,0117X22
Адретта	Y=-1,251+0,151X1+0,14X2-0,0014X12+0,001X1X2+0,0044X22
Снегирь	Y=-18,422+0,51X1+0,41X2-0,0032X12-0,0021X1X2-0,0004X22
Кардинал	Y=-8,5456+0,267X1+0,0566X2-0,0023X12-0,0037X1X2+0,017X22

Доказано что ИУК оказывает положительное влияние на процесс ризогенеза у сортов Ранний желтый, Адретта, Кардинал, Снегирь, а количество дней культивирования оказывает большее влияние на сорта Импала, Удача, тогда как содержание в питательной среде ИУК влияет значительно меньше.

Графическая интерпретация уравнения сорта Кардинал представлена на рисунке 4. Установлено, что максимальное количество корней 10 шт. формируется при составе среды 60…70% и на 20…21день культивирования. Но сильное обеднение среды до 50% или обогащение до 110 % приводит к угнетению процесса ризогенеза.

Х1 – концентрация питательной среды, %; Х2 – дни пассажа, сутки

Рисунок 4 - Зависимость количества корней от концентрации питательной среды и дней пассажа сорта Кардинал

Применение ИУК значительно сокращает время между пассажами, что позволяет увеличить выход готовых для высадки растений.

Исследования по совместному влиянию цитокининов и ауксинов на развитие растений в условиях in vitro сортов Сказка и Сантэ, представлены в таблице 6.

Таблица 6- Уравнения регрессии зависимости количества
междоузлий от состава питательной среды и дней культивирования

Сорт	Уравнение
Сказка	Y=-12,6474+0,2882X1-0,092X2-0,0014X12+0,0031X1X2-0,004X22
Сантэ	Y=-26,341+0,4973X1-0,068X2-0,0022X12+0,0036X1X2-0,0063X22

Установлено, что у обоих сортов на выход количества междоузлий существенное влияние оказывает состав питательной среды, а количество дней пассажа влияет меньше.

У сорта Сантэ увеличение концентрации фитогормонов в питательной среде положительное влияние оказывает до 140%, затем происходит угнетение развития междоузлий. У сорта Сказка аналогичные показатели.

В результате проведенных экспериментов выявлено, что оптимальное количество междоузлий 7 шт. получается на питательной среде в концентрации 130% и при культивировании 21…22 дня. Установлено что сложные питательные среды оказывают положительное действие, увеличивая коэффициент размножения и формируя полноценную корневую систему.

В результате проведенных исследований получено, что для инициации морфогенеза бывает достаточно только одного экзогенного гормона, в других случаях требуется смесь двух цитокининов или ауксинов вместо одного.

Физиологическое действие гиббереллинов проявляется главным образом в стимуляции ростовых процессов за счет усиления растяжения клеток и повышения митотической активности меристематических тканей. Влияние концентрации гиббереллина в питательной среде, на процессы морфо- и ризогенеза представлены в таблице 7. Видно, что на процесс формирования корней и междоузлий существенное влияние оказывает количество дней культивирования, а на высоту растений концентрация питательной среды.

Таблица 7-Уравнения регрессии зависимости показателей сорта Наяда от концентрации питательной среды и дней пассажа

Показатель	Вид уравнения
Количество корней	Y=2,691-0,0155X1+0,143X2-0,0002X12+0,00413X1X2-0,0099X22
Количество междоузлия	Y=5,479-0,151X1+0,587X2+0,0007X12+0,0001X1X2-0,012X22
Высота растений	Y=46,32-1,49X1+5,87X2+0,0067X12+0,0053X1X2+0,0455X22

Для формирования количества междоузлий – 6 шт. необходимо увеличение количества дней культивирования до 21 при концентрации питательной среды 120…130%.

Таким образом, положительное влияние на увеличение числа междоузлий оказывает среда с половинной концентрацией минеральных солей и присутствие гиббереллиновой кислоты. Дефицит гиббереллинов может определить карликовость растений. А увеличение его уровня в среде стимулирует рост, приводя к удлинению побега главным образом за счет увеличения длины междоузлия.

Процессы метаболизма, роста, дифференцировки клеток, морфогенеза у картофеля определяются особенностями генотипа исходного растения, зависят от природы исходного экспланта и контролируются условиями выращивания.

Сравнительное изучение питательных сред при выращивании растений картофеля показало, что сорта различаются по их способности развиваться в культуре in vitro в зависимости от ее состава и состояния. Исследования по влиянию концентрации гиббереллина и состояния среды на процессы морфо- и ризогенеза представлены в таблице 8.

Таблица 8- Уравнения регрессии зависимости показателей морфо-
и ризогенеза от состава питательной среды и дней пассажа сорта Скарб

Показатель	Вид уравнения
Количество Корней	Y=-39,59+0,896X1+0,2852X2-0,0045X12-0,0001X1X2-0,0064X22
Количество Междоузлия	Y=-13,2+0,291X1+0,054X2-0,0015X12+0,0017X1X2+0,0021X22

Из анализа уравнений видно, что на развитие ризогенеза и морфогенеза в процессе культивирования растений существенное влияние оказывает состав жидкой питательной среды, а число дней пассажа влияет значительно меньше.

Максимальное формирование корней 9 штук оказывает влияние концентрация жидкой питательной среды (100…110%) при полном цикле культивирования 20…22 дня. При формировании междоузлий наблюдается та же закономерность.

На формирование полноценных растений влияет присутствие в жидкой среде ГК (концентрация 110%). Это объясняется тем, что доступность питательных веществ жидкой среде лучше.

Проведенными исследованиями установлена целесообразность использования для клонального микроразмножения растений картофеля в культуре in vitro в качестве заменителя агара природного материала - перлита.

Высокие концентрации фитогормонов могут вызывать мутации у растений в культуре ткани. Известно, что наибольший мутагенный эффект из изучаемых фитогормонов вызывает ИУК. Однако при использовании 6БАП, Кинетина, ИУК, ГК в рекомендуемых концентрациях не выявлено морфологических изменений у микрорастений по форме, размеру, опушенности листовых пластинок и стеблей. Поэтому мы можем рекомендовать выделенные питательные среды для ускоренного клонального микроразмножения.

ГЛАВА 5 Повышение эффективности процесса семеноводства с использованием методов тканевой культуры

Клубнеобразование – это сложный процесс, который контролируется всеми известными фитогормонами. Развитие метода in vitro выявило возможность получения в пробирках микроклубней в качестве «базисного материала».

Значительное влияние на способность пробирочных растений формировать микроклубни в культуре оказывают сортовые особенности рис.5.

Процесс образования микроклубней продолжается независимо от сорта в течение первых 3 недель после появления утолщения субапикальной зоны столонов. Но на 25…30 сутки после индукции интенсивность клубнеобразования снижалась. Это связано с окончанием периода их формирования, так как далее происходило увеличение размеров микроклубней.

Рисунок 5 - Динамика клубнеобразования в зависимости от дней пассажа

С целью изучения и оптимизации показателей получения микроклубней были использованы принципиальные подходы, а именно: повышение содержания сахара в среде, уменьшение длины дня, использование периода холодовой индукции, добавление фитогормонов. Анализируя данные табл. 9 установлено, что укороченный фотопериод оказывает решающее воздействие на клубнеобразование у изучаемых сортов. Менее всего образовывается клубней при 16 часовом фотопериоде; тогда как уменьшение его и постоянная темнота вызывают заметное увеличение образцов с клубнями. Определенное влияние оказывает также понижение температурного режима. Были испытаны, условия холодильных камер с температурой от плюс 4…100 С. Выявлено, что более благоприятным было сочетание данной температуры с постоянной темнотой.

Установлено, что культивирование при отсутствии света позволяет увеличить выход микроклубней и сократить период их образования.

Таблица 9 - Клубнеобразование картофеля in vitro при разных условиях

культивирования

Сорт	Условия культивирования	Среда	Культивируемых растений, шт.	Растений с клубнями, шт.	растений с клубнями, %
Загадка Питера	Свет, t 20…25 0C	МС	40	25	62,5
	Свет, t 4…10 0C			39	97,5
	Без света, t 20…250C			36	90
	Без света, t 4…100C			40	100
	Свет, t 20…25 0 C	МС	40	28	70
	Свет, t 4…10 0C			26	65
	Без света, t 20…250C			40	100
	Без света, t 4…100C			37	92,5
	Свет, t 20…25 0C	МС+К	40	38	95
	Свет, t 4…10 0C			34	85
	Без света, t 20…250C			40	100
	Без света, t 4…100C			36	90
Никулинский	Свет, t 20…25 0C	МС	40	15	45
	Свет, t 4…10 0C			17	42,5
	Без света, t 20…250C			32	80
	Без света, t 4…100C			40	100
	Свет, t 20…25 0 C	МС	40	19	47,5
	Свет, t 4…10 0C			23	57,5
	Без света, t 20…250C			36	90
	Без света, t 4…100C			37	92,5
	Свет, t 20…25 0C	МС+К	40	31	77,5
	Свет, t 4…10 0C			34	85
	Без света, t 20…250C			40	100
	Без света, t 4…100C			36	90
Скарб	Свет, t 20…25 0C	МС	40	19	47,5
	Свет, t 4…10 0C			28	70
	Без света, t 20…250C			26	65
	Без света, t 4…100C			39	97,5
	Свет, t 20…25 0 C	МС	40	20	50
	Свет, t 4…10 0C			25	62,5
	Без света, t 20…250C			40	100
	Без света, t 4…100C			37	92,5
	Свет, t 20…25 0C	МС+К	40	36	90
	Свет, t 4…10 0C			38	95
	Без света, t 20…250C			40	100
	Без света, t 4…100C			35	87,5

Группа спелости сортов картофеля не оказывает существенного влияния на формирование in vitro микроклубней. В каждой группе имеются сорта, как с высокой, так и со средней и низкой способностью закладывать микроклубни. Определенной закономерности преобладания каких-либо признаков в зависимости от скороспелости сортов не отмечено и это, определяется биологическими особенностями сорта, а не хозяйственными признаками.

Для определения влияния на количество микроклубней в культуре in vitro концентрации минеральной части питательной среды, объема культурального сосуда и дней пассажа получены, уравнения представленные в таблице 10.

Таблица 10-Уравнения регрессии зависимости количества микроклубней от состава питательной среды, объема сосуда и дней пассажа

Сорт	Вид уравнения
Никулинский	Y=-43,81-0,3283X1+1,186X2+2,199X3-0,00179X1X2+0,00838X1X3--0,002274X2X3+0,001464X12-0,008X22-0,0239X32
Скарб	Y=-83,7158-0,354X1+1,1946X2+5,117X3-0,002676X1X2+0,00719X1X3+0,0061X2X3+0,00154X12-0,078X32
Загадка Питера	Y=-52,499-0,275X1+1,6X2+1,934X3-,00078X1X2+0,00595X1X3-0,009X2X3+0,001X12-0,012X22-0,0095X32
Жуковский ранний	Y=-23,25+0,01X1-0,35X2+1,85X3+0,0036X1X2-0,01X1X3+0,011X2X3

Из соотношения значимых коэффициентов при аргументах функций следует, что решающим фактором в процессе клубнеобразования растений является время пассажа и объем культурального сосуда, состав питательной среды влияет значительно меньше.

Х1 – объем культурального сосуда мл;, Х2-дни пассажа, сутки

Рисунок 6 - Зависимость количества микроклубней от объема культурального сосуда и дней пассажа сорта Скарб

Х1 – состав питательной среды, %; Х2-дни пассажа, сутки

Рисунок 7 - Зависимость количества микроклубней от состава питательной среды и дней пассажа сорта Скарб

Установлено, что наибольшее количество микроклубней 42шт. образуется при культивировании более 35дней в сосуде объемом 50 мл на обогащенной питательной среде 150%, что проиллюстрировано на рисунке 6. На выход микроклубней в культуре у сортов Никулинский, Скарб, Загадка Питера и Жуковский ранний наилучшее влияние оказывает количество дней культивирования в пределах 30…35 дней и объем культурального сосуда оптимальный от 25 до 50 мл., менее значимым является состав питательной среды.

В процессе вегетации микроклубни проходят четыре фазы развития: всходы, бутонизация, цветение и отмирание ботвы, которые существенно зависят от сорта. Показатели фенологических наблюдений представлены в таблице 11.

Таблица 11 -Длительность межфазных периодов

Сорт	Вариант	Число дней межфазного периода				Вегетационный период, дней
		Посадка-полные всходы	Всходы-бутонизация	Бутонизация-цветение	Цветение-отмирание ботвы
Скарб	Микрорастения	24	30	15	27	97
	Микроклубни	20	28	12	25	85
Никулинский	Микрорастения	26	33	16	30	105
	Микроклубни	24	32	14	27	97
Окончание таблицы 11
Загадка Питера	Микрорастения	24	26	12	25	87
	Микроклубни	22	24	12	23	81

Установлено, что наиболее коротким является межфазный период от бутонизации до цветения, длительность которого в среднем от 12…16 дней.

Сравнительные данные по изучению приживаемости растений в условиях in vivo представленные в таблице 12, показали, что наибольшая приживаемость 96% наблюдается у сорта Скарб полученного из микроклубней. Приживаемость растений полученных из пробирки колеблется в пределах 75…89 %. Растения, полученные из микроклубней, легче проходят период адаптации и быстрее набирают вегетативную массу, однако к моменту цветения различия практически нивелируются.

Таблица 12- Оценка приживаемости пробирочного материала

Сорт	Вариант	Посажено растений, шт.	Кол-во кустов к уборке, %
Скарб	Микрорастения	100	75
	Микроклубни	100	96
Никулинский	Микрорастения	100	79
	Микроклубни	100	85
Загадка Питера	Микрорастения	100	89
	Микроклубни	100	78

Данные по структуре урожая картофеля полученного из пробирочного материала и микроклубней представлены в таблице 13. Установлено, что растения полученные из микроклубней сорта Никулинский имели наибольшее количество стеблей, высота растений достигала 71,5 см, что позволяло формировать до16,9 клубней с массой 470,1 г/куст. Продуктивным был также сорт Скарб. Применение рассадной технологии при наличии достаточного количества осадков в период вегетации показало лучшие результаты по накоплению массы миниклубней у большинства исследуемых сортов.

Таблица 13 - Элементы структуры урожая мини растений картофеля

Сорт	Вариант	Кол-во стеблей, шт.	Высота, см	Кол-во клубней, шт.				Масса клубней, г/куст
				мелких	средних	крупных	Всего
Скарб	Микрорастения	2,8	60,5	3,1	3,0	6,2	12,3	398,1
	Окончание таблицы 13
	Микроклубни	3,0	61,0	1,3	2,3	6,5	10,1	439,2
Никулинский	Микрорастения	2,6	70,5	2,8	2,4	5,2	12,4	320,7
	Микроклубни	3,2	71,5	3,6	5,6	7,7	16,9	470,1
Загадка Питера	Микрорастения	1,9	60,0	2,0	3,3	3,8	9,1	356,6
	Микроклубни	2,5	69,0	2,2	2,3	3,9	8,4	315,2
НСР 05		-	-	-	-	-	2,9	26,5

Отмеченные различия показателей продуктивности растений и количественного выхода миниклубней на изучаемых сортах во многом обусловлены не только сортовыми особенностями, но и различной адаптивной способностью биотехнологических микроклубней растений, которые складываются в разные годы в период вегетации.

Для лучшей приживаемости микроклубней и ускорения процесса семеноводства проведены исследования по получению рассады из микроклубней в лабораторных условиях на питательном субстрате Трион. Адаптация пробирочных растений к естественным условиям с помощью снятия пробок с пробирок, на питательном субстрате «Трион» и на торфосмеси с добавлением перлита. Динамика роста и развития растений в фазу цветения представлена в табл.14. Наибольшая приживаемость 78…98% выявлена у растений, полученных на субстрате.

Таблица 14 - Динамика роста растений картофеля на ионообменном субстрате (растения in vitro)

Сорт	Приживаемость, %	Длина стебля, мм.	Длина корня, мм.	Количество листьев, шт.
Загадка Питера	84	87	47	6,5
Скарб	98	126	53	9,9
Никулинский	89	98	45	6,9
Невский	86	102	41	5,9
Наяда	94	128	57	9,4