Введение к работе
Актуальность работы. Успехи, достигнутые в последнее годы биотехнологией, создали возможность решения научных проблем новой отрасли современного сельскохозяйственного производства - безвирусного семеноводства. Потери урожая, обусловленные вирусной инфекцией у различных культур и в различных климатических условиях, достигают значительных размеров. Например у картофеля вирусные болезни снижают урожайность на 20-60% (Grosnier, 1984, Атабеков, 1988).
Относительная доля ущерба от вирусной инфекции в общей сумме потерь, причиняемого в комплексе всеми биотическими вредоносными факторами, будет возрастать по мере снижения потерь урожая, вызываемого другими патогенами и сорняками, с которыми ведется прямая борьба.
Усовершенствование методов оздоровления и клонального микроразмножения оздоровленного посадочного материала, изучение основных физиологических особенностей онтогенеза безвирусных растений с последующей разработкой рекомендаций по из возделыванию - главный путь снижения потерь урожая от вирусной инфекции. Актуальность этих разработок будет возрастать по мере интенсификации сельскохозяйственного производства.
Поэтому, разработка эффективных биотехнологических приемов, интенсифицирующих процесс клонального микроразмножения оздоровленного посадочного материала, является первостепенной задачей в процессе перевода семеноводства страны на безвирусную основу.
Наличие или отсутствие вирусной инфекции существенно меняет практически все параметры на всех уровнях - от функциональной активности фотосинтетического аппарата,
активности ферментативных систем, потребления и накопления элементов минерального питания и до архитектоники и скорости прохождения фенофаз {Kaplan, Bergman, 1985, Hull, 1990). До разработки биотехнологических методов получения безвирусных растений изучение основных физиологических показателей у такой важной продовольственной культуры, как картофель, проводились без учета наличия или отсутствия вирусной инфекции.
Недостаток данных по основным физиологическим параметрам безвирусного растения препятствовало разработке рекомендаций по ноздельшапию сортов, свободных от вирусной инфекции и сдерживало перевод семеноводства картофеля на безвирусную основу с применением биотехнологических методов.
Цель и задачи исследований. На основе физиолого-биотехнологических исследований разработать научную систему и промышленную технологию картофелеводства на безвирусной основе. Для достижения этой цели необходимо было решить следующие задачи:
оптимизировать методы культивирования апикальной меристемы для получения регенерантов картофеля;
интенсифицировать процесс размножения безвирусных растений картофеля в культуре in vitro;
изучить влияние условий в культуре in vitro на цитогенетическую стабильность генома для сохранения сортовых признаков размножаемых растений картофеля;
провести сравнительное изучение основных физиологических параметров у инфицированных и свободных от вирусной инфекции растений картофеля для разработки промышленной технологии получения первичного безвирусного посадочного материала с целью перевода семеноводства на безвирусную основу.
Научная новизна и практическая ценность работы.
Впервые на основе предложенной нами теории направленного органогенеза в культуре in vitro были разработаны опти-
мальные условия, индуцирующие клубнеобразование у регене-рантов картофеля.
Впервые доказана возможность использования индуциро
ванных в культуре in vitro микроклубней картофеля в качестве
полноценного посадочного материала в первичном
семеноводстве.
Предложено использовать эффект клубнеобразвания in vitro у регенерантов картофеля на ранних стадиях развития с целью сохранения и размножения уникальных форм (авторское саидстсльство № 1376990).
Доказано, что увеличение содержания сахарозы в культу-ральной среде, необходимое для индукции клубнеобразования в культуре in vitro, вызывает нежелательный при клональном микроразмножении цитогенетический эффект и предложены пути его устранения.
Выявлено репарационное действие фруктозы для устранения цитогенетических изменений в культуре in vitro при клональном микроразмножении.
Впервые показано, что наличие или отсутствие вирусного генома в клетках растений картофеля меняет основные физиологические параметры у вегетирующего растения. На этой основе дана сравнительная физиология инфицированных и свободных от вирусов растений и разработаны рекомендации по возделыванию картофеля на безвирусной основе.
На основании результатов исследований разработана и предложена не имеющая мировых аналогов промышленная технология получения миниклубней для первичного семеноводства картофеля на безвирусной основе (авторские свидетельства №№ 1376990, 1628249, 1660633, 1671200, 1720593).
Апробация работы проведена на: 3-й Всесоюзной конференции "Культура клеток растений", г. Абовян, 1979, 1-й Всесоюзной конференции по регуляторам роста и развития растений, Москва, 1981, 4-й Всесоюзной конференции "Культура клеток и биотехнология", Кишинев, 1983 Кроме того, на заседании Научного Совета по проблемам молекулярной биологии отделения биохимии, биофизики и химии
физиологически активных соединений АН СССР, 1985, на научно-методическом совещании "Перспективы использования методов генетической инженерии и биотехнологии в растениеводстве", Ялта, 1985, на Всесоюзной конференции "Состояние и перспективы развития сельскохозяйственной биотехнологии", Москва, 1986, на 1-ом съезде ВОГИС им. Н.И.Вавилова, Москва, 1987, на Президиуме Академии наук Армении, Ереван, 1986, на Всесоюзной конференции "Новые направления биотехнологии", Пушино, 1988, на заседании Научно-технического Совета Государственного агропро-мышленного комитета СССР, 1987, на Всесоюзной научно-технической конференции "Применение биотехнологии в животноводстве, растениеводстве и ветеринарной медицине", Ленинград, 1988, на Международной конференции "Биология культивируемых клеток и биотехнология", Новосибирск, 1988, на международной конференции "Проблемы и перспективы биотехнологии", Братислава, 1989, на Всесоюзной конференции по генетике соматических клеток в культуре in vitro, Звенигород, 1989, на 7-ом Международном Конгрессе по культуре растительных клеток и тканей, Амстердам, Нидерланды, 1990, на 1-ом Всесоюзном симпозиуме "Новые методы биотехнологии растений", Пущино, 1991, на 8-ом Международном симпозиуме по протопластам, Уппсала, Швеция, 1991.
Результаты исследований неоднократно демонстрировались на Всесоюзной выставке достижений народного хозяйства, Международном форуме по обмену технологиями, Пловдив, Болгария, 1990 г., Международном конгрессе-ярмарке "Биотехника", Гановер, 1990 и 1992 гг.
Реализация результатов исследований. Научно обоснованные разработки широко применяются в научно-исследовательских учреждениях и в ряде передовых хозяйств страны. Технология производства безвирусного посадочного материала картофеля на основе биотехнологических методов рассмотрена и принята на Научно-техническом Совете Государственного агропромышленного комитета СССР и рекомендована к широкому внедрению в производство (Протокол N 3/5 от
26.09.87 г). Результаты исследований и разработок были внедрены на экспериментальной и научно-производственной базе "Горки Ленинские" ВНИИ СХБ, в Московском отделении ВИР, Экспериментальном хозяйстве "Большевик", в Биотехнологических центрах Армении и Таджикистана, в Белгородском сельскохозяйственном институте. Промышленная установка с 1990 г. работает в г. Зеленограде.
Под руководством автора разработаны методические рекомендации "Получение безпирусного посадочного материала картофеля микроклубнями, индуцированными в культуре in vilro" (Москва, 1985 г.) и "Технология культивирования и размножения регенерантов картофеля" (Москва, 1990 г.).
Результаты, опубликованные в научных изданиях, используются в учебном процессе ТСХА, МГУ и других ВУЗах.
Семь авторских свидетельств, полученных автором, дают возможность внедрения разработок в народное хозяйства.