Влияние состава питательной среды на интенсивность микроразмножения in vitro Fragaria × Ananassa duch.
- Авторы: Мацнева О.В.1, Ташматова Л.В.1, Хромова Т.М.1
-
Учреждения:
- Всероссийский научно-исследовательский институт селекции плодовых культур
- Выпуск: № 1 (2024)
- Страницы: 26-29
- Раздел: Растениеводство и селекция
- URL: https://snv63.ru/2500-2082/article/view/659383
- DOI: https://doi.org/10.31857/S2500208224010065
- ID: 659383
Цитировать
Полный текст
Аннотация
Земляника садовая – одна из наиболее экономически значимых культур в мировом ягодоводстве. Цель работы – подбор оптимальной питательной среды для микроразмножения in vitro земляники в системе производства оздоровленного посадочного материала. Исследования выполнены в лаборатории биотехнологии ФГБНУ ВНИИСПК по общепринятым методикам. Объект изучения – коммерческие сорта земляники садовой (Fragaria × ananassa Duch.) иностранной селекции: Alba (NF 311), Darselect, Kimberly, Clery, Syria (NF 137), Florence. Варианты прописей питательных сред: Ли и де Фоссарда, Гамборга и Эвелега (B5), Кнопа, Мурасиге-Скуга с добавлением 0,8 мг/л цитокинина 6-БАП. МС – оптимальная питательная среда, способствующая интенсивной пролиферации и корнеобразованию у растений. На питательной среде Кнопа микрорастения на втором пассаже приобретали красноватый цвет, не характерный для изучаемых сортов. Максимальные значения высоты растений отмечали в контроле с питательной средой МС у сортов Darselect (9,1 мм) и Kimberly (8,6 мм). Во всех остальных вариантах средняя высота растений не превышала 7,7 мм. Среды по прописи ЛФ и В5 можно использовать для получения микрорастений, пригодных к высадке в условия ex vitro, исключая этап укоренения, для ускорения получения оздоровленного посадочного материала. Установлена различная реакция сортов земляники на минеральный состав питательных сред.
Ключевые слова
Полный текст
Для крупномасштабного производства посадочного материала плодовых и ягодных культур, сохранения ценных генотипов необходимы быстрые и надежные системы размножения. Использование биотехнологических методов позволяет наладить крупномасштабное размножение оздоровленного материала. [12]
Рост и развитие растений in vitro зависит от их генотипических особенностей, физиологического состояния, условий культивирования. Питательная среда – определяющий фактор успеха при выращивании клеток, тканей и органов растений. [7] Экспланты растений, помещенные in vitro, дают начало новым растениям при культивировании на среде, которая содержит минеральные соли, витамины, регуляторы роста и источник углерода. Изучение взаимосвязи между питательными веществами среды и пролиферацией экспланта может способствовать разработке более эффективной системы размножения регенерантов. [10] Минеральные компоненты входят в структуру клеток растений, определяют осмотическое давление и pH питательной среды. [1] Существуют общие требования: все компоненты питательной среды должны находиться в легкоусвояемой, доступной для растений форме; pH – близкий к нейтральному и не может сильно меняться в процессе роста растения; общая концентрация солей не превышает определенный уровень. [8]
Породно-сортовые особенности растений значительно влияют не только на потребности в различных биологически активных веществах, но и элементы минерального питания, особенно в изолированных условиях in vitro. [3, 10] C.M. Ramage и R.R. Williams считают минеральную основу питательной среды основным фактором, определяющим направление морфогенеза при культивировании микрорастений in vitro. [15] Взаимосвязи между культуральной средой и эксплантом, приводящие к морфогенезу, сложные и недостаточно изученные. Минеральные питательные вещества часто упускаются из виду как возможные морфогенные элиситоры. Комбинацию минералов для конкретного вида растений и их развития обычно определяют подбором одного из существующих составов питательных сред. Часто на протяжении всего культивирования используют только один тип среды, даже если состав не оптимальный для различных стадий роста и развития экспланта. Исследования минералов фокусируются на росте, при этом очень мало известно о взаимосвязи между поглощением минералов и морфогенезом. J. Preece считает, что оптимизация минеральных компонентов питательной среды может снизить требуемые концентрации регуляторов роста растений. [14]
При микроразмножении земляники наиболее часто используют питательную среду Мурасиге-Скуга, содержащую сбалансированный комплекс минеральных солей макро- и микроэлементов, хотя земляника отличается большой пластичностью в отношении минерального состава питательной среды. [6, 11] По мнению С.Л. Расторгуева, высокий коэффициент размножения достигается на средах Ли и де Фоссарда, Андерсона. [5] Питательные среды Готре, Хеллера отличаются пониженной концентрацией минеральных солей и больше пригодны для апикальных меристем, чем для индукции дополнительных микрорастений. Е.В. Амброс с соавторами рекомендует на этапе собственно размножения для сортов земляники сибирского региона применять питательную среду Гамборга и Эвелега. [2] W. Knop показал, что возможно вырастить растение при наличии семи элементов питания – азот, фосфор, калий, магний, кальций, сера, железо.
Из-за постоянно меняющегося сортимента земляники необходимо совершенствование технологии in vitro, включая подбор оптимальной питательной среды, с учетом генотипических особенностей.
Цель работы – подбор оптимальной питательной среды на этапе микроразмножения для массового производства растений земляники in vitro.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Исследования проводили в лаборатории биотехнологии ФГБНУ ВНИИСПК. Объект изучения – микрорастения земляники из пролиферирующей культуры in vitro коммерческих сортов: Alba (NF 311), Darselect, Kimberly, Clery, Syria (NF 137), Florence. Микрорастения земляники длиной 5…6 мм были помещены по одному в пробирки с различными вариантами питательной среды: Ли и де Фоссарда (ЛФ), Гамборга и Эвелега (B5), Кнопа. Контроль – растения-регенеранты на питательной среде Мурасиге-Скуга (МС) (табл. 1).
Таблица 1.
Состав питательной среды, мг/л
Элемент | Питательная среда | |||
МС (контроль) | ЛФ | В5 | Кнопа | |
NH4NO3 | 1650 | 800 | ||
KNO3 | 1900 | 1010 | 2500 | 250 |
CaCl2×2H2O | 440 | 294 | 150 | |
Ca(NO3)2 | 1000 | |||
MgSO4×7H2O | 370 | 370 | 250 | 250 |
KH2PO4 | 170 | 250 | ||
KCl | 125 | |||
NaH2PO4×2H2O | 138 | 150 | ||
Na2SO4 | 63,9 | 134 | ||
Na2ЭДТА | 37,3 | 37,3 | 37,3 | 37,3 |
FeSO4×7H2O | 27,8 | 27,8 | 28,7 | 27,8 |
H3BO3 | 6,2 | 3,1 | 3,0 | 6,2 |
MnSO4×2H2O | 22,3 | 11,1 | 10,0 | 22,3 |
ZnSO4×4H2O | 8,6 | 5,8 | 2,0 | 8,6 |
KJ | 0,83 | 0,4 | 0,75 | 0,83 |
Na2MoO4×2H2O | 0,25 | 0,024 | 0,25 | 0,25 |
CuSO4×2H2O | 0,025 | 0,025 | 0,025 | 0,025 |
CoCl2×5H2O | 0,025 | 0,118 | 0,025 | 0,025 |
Все среды были дополнены витаминами, гликоколом, а также цитокинином 6-БАП концентрацией 0,8 мг/л, в качестве источника углеводов использовали 3% сахарозу. Во время размножения поддерживали постоянную температуру 23°C, фотопериод – 16/8 ч. В вариантах по 30 растений каждого сорта. Каждые четыре недели их пересаживали на свежие питательные среды. Число пассажей – четыре. Оценивали количество и длину корней и образовавшихся дополнительных побегов.
РЕЗУЛЬТАТЫ
Оптимизация микроразмножения – сложный процесс, включающий последовательность стадий развития, на которые влияют многочисленные эндогенные и экзогенные факторы. [9]
Изучали влияние состава некоторых питательных сред на регенерационные и морфометрические параметры развития микрорастений земляники в культуре in vitro. Регенерация придаточных побегов – необходимое условие для успешного применения питательной среды. В нашем эксперименте наиболее высокую степень пролиферации показали экспланты на питательной среде Кнопа (табл. 2).
Таблица 2.
Влияние минерального состава питательной среды на коэффициент размножения земляники садовой, шт./эксплант
Сорт | Питательная среда | |||
MС (контроль) | ЛФ | B5 | Кнопа | |
Alba | 3,5 ± 0,4 | 2,3± 0,3 | 2,8 ± 0,4 | 4,4 ± 0,4 |
Darselect | 2,8 ± 0,3 | 2,5 ± 0,3 | 2,5 ± 0,2 | 5,5 ± 0,5 |
Kimberly | 3,6 ± 0,5 | 2,4 ± 0,4 | 3,3 ± 0,4 | 3,1 ± 0,7 |
Clery | 3,0 ± 0,3 | 2,1 ± 0,4 | 2,6 ± 0,6 | 2,5 ± 0,3 |
Syria | 2,2 ± 0,2 | 2,2 ± 0,3 | 2,2 ± 0,2 | 3,4 ± 0,3 |
Florence | 2,5 ± 0,4 | 3,9 ± 0,5 | 1,7 ± 0,4 | 4,9 ± 0,4 |
По ряду сортов коэффициент размножения превысил контроль в два раза (Darselect, Florence). Однако уже на втором пассаже у микрорастений, за исключением Darselect, на среде Кнопа наблюдали покраснение черешков листьев и листовых пластинок, что говорит о непригодности данной среды для длительного размножения в культуре, несмотря на высокий коэффициент размножения. Среда МС, характеризующаяся высоким содержанием неорганического азота, способствовала активной закладке пазушных побегов, но у сорта Kimberly в четвертом пассаже отмечали витрификацию отдельных микрорастений. На средах ЛФ и В5 разница в количестве дополнительно образовавшихся побегов была незначительной, кроме сорта Florence (3,9 и 1,7 шт./эксплант соответственно).
Максимальные значения высоты растений были в контрольном варианте с питательной средой МС у сортов Darselect и Kimberly (табл. 3).
Таблица 3.
Влияние минерального состава питательной среды на высоту микрорастений земляники, мм
Сорт | Питательная среда | |||
MC (контроль) | ЛФ | В5 | Кнопа | |
Alba | 6,3 ± 0,2 | 6,8 ± 0,4 | 7,4 ± 0,5 | 7,3 ± 0,4 |
Darselect | 9,1 ± 0,7 | 7,7 ± 0,3 | 6,7 ± 0,3 | 7,7 ± 0,3 |
Kimberly | 8,6 ± 0,5 | 7,6 ± 0,6 | 6,9 ± 0,4 | 6,1 ± 0,3 |
Clery | 6,8 ± 0,3 | 7,4 ± 0,6 | 7,3 ± 0,5 | 7,0 ± 0,6 |
Syria | 6,9 ± 0,4 | 7,6 ± 0,3 | 7,5 ± 0,4 | 7,2 ± 0,5 |
Florence | 7,5 ± 0,4 | 6,7 ± 0,5 | 7,1 ± 0,5 | 6,3 ± 0,3 |
Во всех остальных вариантах питательных сред средняя высота растений не превышала 7,7 мм.
Перед акклиматизацией важно, чтобы микрорастения обладали высокой энергией и хорошей корневой системой для обеспечения их выживания в нестерильных условиях. Растения, имеющие лучшие морфофизиологические показатели, отлично адаптируются при переходе к условиям ex vitro. [13]
На этапе размножения происходило спонтанное корнеобразование, наиболее интенсивно на питательных средах ЛФ и B5 (табл. 4).
Таблица 4.
Влияние минерального состава питательной среды на корнеобразование растений земляники в культуре in vitro
Сорт | Питательная среда | Укореняемость через четыре недели, % | Количество корней, шт./раст. | Длина одного корня, мм |
Alba | МС* | 13,7 | 0,8 | 1,9 |
ЛФ | 56,6 | 2,5 | 5,8 | |
В5 | 69,2 | 2,7 | 3,4 | |
Кнопа | 7,0 | 1,7 | 7,3 | |
НСР05 | 1,2 | Fф<Fт | ||
Darselect | МС* | 9,3 | 2,0 | 3,9 |
ЛФ | 51,4 | 2,0 | 3,1 | |
В5 | 77,4 | 2,6 | 3,1 | |
Кнопа | 41,2 | 1,4 | 9,5 | |
НСР05 | Fф<Fт | 3,1 | ||
Kimberly | МС* | 0 | 0 | 0 |
ЛФ | 37,0 | 3,1 | 6,9 | |
В5 | 77,3 | 2,8 | 3,9 | |
Кнопа | 3,6 | 0,8 | 3,8 | |
НСР05 | 1,0 | Fф<Fт | ||
Clery | МС* | 27,3 | 1,3 | 3,3 |
ЛФ | 44,5 | 3,2 | 5,3 | |
В5 | 73,7 | 2,9 | 3,5 | |
Кнопа | 14,9 | 1,5 | 5,7 | |
НСР05 | 1,3 | Fф<Fт | ||
Syria | МС* | 51,1 | 1,6 | 4,2 |
ЛФ | 41,0 | 2,0 | 3,2 | |
В5 | 75,1 | 3,6 | 4,2 | |
Кнопа | 31,1 | 1,8 | 7,0 | |
НСР05 | 1,2 | Fф<Fт | ||
Florence | МС* | 20,5 | 2,1 | 2,9 |
ЛФ | 51,6 | 2,3 | 4,2 | |
В5 | 84,0 | 4,5 | 3,6 | |
Кнопа | 17,2 | 2,0 | 6,7 | |
НСР05 | 1,5 | 1,7 | ||
Примечание: * – контроль.
На этих средах растения имели наибольшее количество корней разной длины, в том числе второго порядка, что может ускорить получение растений ex vitro, минуя этап укоренения in vitro. Высадка таких растений в нестерильные условия не снижает их адаптационных качеств, что подтверждено ранее проведенными исследованиями. [4] Увеличивался выход и качество укорененных растений без дополнительных затрат на стимуляторы ризогенеза.
Таким образом, для культивирования исследуемых сортов земляники на этапе микроразмножения с высокой степенью регенерации оптимальная питательная среда – МС. Среды по прописи ЛФ и В5 можно использовать для быстрого получения оздоровленного посадочного материала. Установлена различная реакция сортов земляники на минеральный состав питательных сред.
Об авторах
Ольга Владимировна Мацнева
Всероссийский научно-исследовательский институт селекции плодовых культур
Автор, ответственный за переписку.
Email: macneva@orel.vniispk.ru
Россия, д. Жилина, Орловская область
Лариса Владимировна Ташматова
Всероссийский научно-исследовательский институт селекции плодовых культур
Email: macneva@orel.vniispk.ru
кандидат сельскохозяйственных наук
Россия, д. Жилина, Орловская областьТатьяна Михайловна Хромова
Всероссийский научно-исследовательский институт селекции плодовых культур
Email: macneva@orel.vniispk.ru
кандидат биологических наук
Россия, д. Жилина, Орловская областьСписок литературы
- Алешина Е.С., Дроздова Е.А., Романенко Е.А., Романенко Н.А. Культивирование микроорганизмов как основа биотехнологического процесса: учебное пособие. Оренбург: ООО ИПК «Университет». 2017. 191 с. ISBN 978-5-7410-1658-9
- Амброс Е.В., Зайцева Ю.Г., Красников А.А., Новикова Т.И. Оптимизация систем регенерации микропобегов генотипов Fragaria × ananassa (Rosaceae), перспективных для сибирского региона // Растительный мир азиатской России. 2017. № 4 (28). С. 73–80. doi: 10.21782/RMAR1995-2449-2017-4(73-80)
- Кухарчик Н.В., Кастрицкая М.С., Семенас С.Э., и др. Размножение плодовых растений в культуре in vitro. Под общ. ред. Н.В. Кухарчик. Минск. Беларуская навука. 2016. 208 с. ISBN 978-985-08-1952-9
- Мацнева, О.В., Ташматова Л.В., Хромова Т.М. Влияние регуляторов роста на укоренение земляники садовой in vitro // Вестник Российской сельскохозяйственной науки. 2022. № 3. С. 57–60. doi: 10.30850/vrsn/2022/3/57-60
- Расторгуев С.Л. Разработка приемов размножения земляники в системе in vitro // Вестник МичГАУ. 2012. № 1. ч. 1. С. 10–13.
- Семенас С.Э. Размножение in vitro сортов земляники садовой Альфа и Славутич // Плодоводство. Самохваловичи. 2013. Т. 25. С. 254–261.
- Сковородников Д.Н., Леонова Н.В., Андронова Н.В. Влияние состава питательной среды на эффективность размножения земляники садовой in vitro // Вестник ОрелГАУ. 2013. 1(13). С. 89–92.
- Якушкина Н.И. Физиология растений: учебное пособие. М.: «Просвещение», 1993. 335 с. ISBN 5-09-004 106-7
- Cvrckova H., Machova P., Dostal J., Mala J. Protocol for efficient micropropagation of spring gentian and sand jurinea // Journal of science. 2014. Vol. 60 (1). PP. 1–5. doi: 10.17221/60/2013-FS
- Jamshidi S., Yadollahi A., Arab M.M., Eftekhari M.M. Predicting in vitro Culture Medium Macro-Nutrients Composition for Pear Rootstocks Using Regression Analysis and Neural Network Models // Front. Plant Sci. 2016. Vol. 7. 274 p. https:doi.org/10.3389/fpls.2016.00274
- Kyte L., Kleyn J. Plants from test tubes: an introduction to micropropagation (third edition) // Portland. London. 2010. 240 p.
- Kryukov L.A., Vodolazhsky D.I., Kamenetsky-Goldstein R. Micropropagation of Grapevine and Strawberry from South Russia: Rapid Production and Genetic Uniformity // Agronomy. 2022. Vol. 12. No. 2. P. 308. https://doi.org/10.3390/agronomy12020308
- Neri J.C., Meléndez-Mori J.B., Tejada-Alvarado J.J. et al. An Optimized Protocol for Micropropagation and Acclimatization of Strawberry (Fragaria × ananassa) Aroma// Agronomy. 2022. Vol. 12. No. 4. 968. https://doi.org/10.3390/agronomy12040968
- Preece, J.E. Can nutrient salts partially substitute for plant growth regulators?// Plant Tiss. Cult. and Biotechnol. 1995. Vol. 1. No. 1. PP. 26–37.
- Ramage C.M., Williams R.R. Mineral Nutrition and Plant Morphogenesis // In Vitro Cellular & Developmental Biology. Plant. 2002. V. 38. No. 2. P. 116–124. doi: 10.1079/IVP2001269
Дополнительные файлы
