Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. Состояние изученности вопроса (обзор литературы)
1.1. Краткая история происхождения картофеля 13-18
1.2.Состояние и перспективы развития картофелеводства в Республике Таджикистан 19-29
1.3. Некоторые способы размножения оздоровленного материала картофеля 29-37
1.4..Краткая характеристика болезней картофеля в Таджикистане 37-48
1.5. Некоторые вопросы физиологических тест-признаков в развитии картофелеводства 48-64
ГЛАВА 2. Условия, объекты и методы исследований
2.1. Краткая почвенно-климатическая характеристика районов проведения полевых опытов 64-66
2.1.1. Муминабадский район 66-71
2.1.2. Почвенно-климатическая характеристика Гиссарской долины 71-72
2.2. Объекты и методы исследований 72-74
2.2.1. Краткая морфо-биологическая и хозяйственная характеристика объек тов исследований 74-76
2.3. Условия и методы культивирования тканей in vitro 76-78
2.3.1. Получение микроклубней in vitro из меристемных растений 78-80
2.3.2.Условия выращивания растений-регенерантов и методы их изучения 80-93
Экспериментальная часть
Глава 3. Рост, развитие и продуктивность оздоровленного картофеля
3.1. Размножение растений-регенерантов картофеля in vitro и in vivo 94-99
3.2. Сравнительное изучение роста и развития пробирочных растений и ми-никлубней в полевых условиях ; 100-105
3.3. Продуктивность различных линий оздоровленного картофеля 105-111
3.3.1. Биологическая и хозяйственная продуктивность оздоровленного кар тофеля 111-115
3.4.Фенологические характеристики оздоровленных и неоздоровленных сор
тов картофеля в условиях in itro 116-118
3.5. Выращивание пробирочных растений и миниклубней картофеля в поле
вых условиях 119-128
3.6. Наличие и содержание вирусов в оздоровленных и неоздоровленных
сортах картофеля в РТ 128-134
3.7. Динамика накопления сырой массы органов и клубней в онтогенезе пробирочных растений in vitro 134-136
ГЛАВА 4. Продукционный процесс и урожайность оздоровленного картофеля
4.1. Фотосинтетическая активность оздоровленных растений картофеля 13 7-142
4.2. Эффективность ассимиляционной работы листьев 142-143
4.3. Фотосинтез и продуктивность 143-148
4.4. Чистая продуктивность фотосинтеза 148-152
4.5. Рибулозо 1,5- бисфосфаткарбоксилазы-оксигеназы оздоровленного картофеля и вопросы продуктивности 153-159
4.6. Динамика транспирационной активности оздоровленных растений картофеля 160-164
4.7.Транспирация оздоровленных растений в зависимости от условий выращивания 164-168
4.8.Распре деление продуктов фотосинтеза у растений картофеля 168-171
4.8.1. Накопление сухой биомассы 172-176
4.9. Удельная поверхностная плотность листьев в связи с водообменом 177-178
4.10. Коэффициент донорно-акцепторных отношений 178-180
4.11. Аттрагирующая способность клубней 180-182
4.12. Продуктивность в связи с развитием донорно-акцепторных функций листа в онтогенезе растений картофеля 182-190
ГЛАВА 5. Биохимические основы хранения оздоровленного семенного картофеля
5.1.Продолжительность периода покоя оздоровленных клубней картофеля 190-192
5.2. Пектин-деградирующий фермент в процессе хранения, выхода из покоя и роста клубней картофеля 192-20
Глава 6. Энергетическая и экономическая оценка возделывания картофеля
6.1. Энергетическая оценка возделывание картофеля 203-209
6.2. Экономическая эффективность производства семенного картофеля 209-212
Заключение 213-223
Выводы 224-228
Рекомендации производству 229
Список использованной литературы 230-25 8
- Некоторые способы размножения оздоровленного материала картофеля
- Краткая морфо-биологическая и хозяйственная характеристика объек тов исследований
- Сравнительное изучение роста и развития пробирочных растений и ми-никлубней в полевых условиях
- Пектин-деградирующий фермент в процессе хранения, выхода из покоя и роста клубней картофеля
Введение к работе
Актуальность проблемы В настоящее время биотехнологические исследования имеют ключевое значение для создания и внедрения новых сортов сельскохозяйственных культур, повышения урожайности и продуктивности. Ограниченные возможности используемых земельных и водных ресурсов, стремительный демографический рост и растущие нагрузки на окружающую среду побуждают делать упор на использование биотехнологии, как основы для развития сельскохозяйственного производства.
Современная биотехнология превратилась в науку, дающую начало новым преобразованиям в развитии растениеводства в сельскохозяйственном производстве. Сельскохозяйственная биотехнология стала реальной производственной силой, определяющей экономическую политику большинства развитых стран, и является технологией XXI века.
В 2005 году долевое участие биотехнологических культур от общей доли сельскохозяйственных культур в мире составило: сои-70%, кукурузы –40%, хлопчатника-50%, масличного рапса –19%, табака-2,5%, картофеля –2,2 % (Алиев и др., 2006).
С помощью современной биотехнологии получены новые сорта растений, устойчивых к болезням, вирусам, гербицидам, отличающихся высокой продуктивностью, высокими питательными свойствами, адаптацией к стрессовым факторам окружающей среды и т.д.
Биотехнологические исследования в Таджикистане были начаты в Институте физиологии растений и генетики АН РТ в 80-ые годы ХХ – го столетия. Эти работы были посвящены исследованию культуры тканей хлопчатника и картофеля в условиях in vitro (Алиев,1987), затем получили развитие в Таджикском аграрном университете (Муминджанов, 2004).
В Таджикистане практически отсутствует научно-обоснованная система семеноводства картофеля. Семенной материал обеспечивается за счет привозимых из вне сортов картофеля. Вместе с тем, картофель является одной из основных продовольственных культур Таджикистана и его возделывание в экологически чистых горных и предгорных зонах республики имеет большие перспективы, как для семеноводства культуры, так и для получения высококачественной продукции.
В последние годы для подъема производства элитного семеноводства картофеля все больше используются нетрадиционные технологии, такие, как генная и клеточная биотехнологии. В биотехнологии картофеля особую роль играет клеточная селекция, при которой отбор клеточных линий и растений с новыми наследственными признаками проводится на уровне культивируемых in vitro меристемных растений, свободных от вирусов и бактериальных патогенов.
Система обеспечения картофелеводческих хозяйств Республики Таджикистан высококачественным семенным материалом не налажена и остается одной из наиболее актуальных задач развития семеноводства картофеля.
Цель и задачи исследований Целью настоящей работы является разработка и внедрение в производство системы выращивания качественного семенного материала картофеля с использованием методов биотехнологии, а также выявление особенностей продукционного процесса растений картофеля, свободных от вирусов и других патогенов.
В соответствии с этим были поставлены следующие задачи:
изучить динамику формирования микроклубней в условиях in vitro;
установить оптимальные условия выращивания пробирочных растений и микроклубней;
изучить влияние вертикальной зональности на продуктивность и урожайность различных сортов картофеля;
анализировать рост, развитие и продукционный процесс у оздоровленных и неоздоровленных генотипов картофеля;
изучить дневной и сезонный ход накопления биопродуктов у оздоровленных и неоздоровленных генотипов картофеля;
изучить наличие вирусов у оздоровленных и неоздоровленных генотипов картофеля;
разработать научно-обоснованную систему получения свободных от вирусов качественных семян картофеля.
выявить энергетическую и экономическую эффективность разработанных технологий.
Научная новизна Впервые экспериментально налажена система получения качественного семенного материала картофеля методом биотехнологии в республике Таджикистан, и разработаны основы получения базисного семенного материала картофеля, свободных от вирусных и др. патогенов.
Показано, что в условиях горной зоны (высота 2300 м над уровнем моря) Муминабадского района, семенной материал полностью свободен от вирусов L, X, M и ВВКК. Безвирусный семенной материал, выращенный в долинной части Муминабадского района (800 м над ур. моря), также благоприятен для получения качественного семенного материала, свободного от вирусов, но высокая температура воздуха в период интенсивного клубнеобразования, снижает урожайность по сравнению с горной зоной.
Выявлено положительное влияние комплекса, использованных физиологических и биотехнологических приёмов на рост, развитие, формирование урожая растений картофеля и качественного выхода оздоровленного картофеля в горной зоне. Установлено, что оценка меристемных сортов и линий, при размножении их в полевых условиях, позволяет надежно контролировать сортовую специфичность и анализировать их по основным хозяйственно-ценным признакам.
Установлено, что изменение активности белкового ингибитора полигалактуронидазы (БИПГ) соответствует изменению состояния клубней, и имеет сортозависимый характер. Обнаружено изменение активности БИПГ в процессе роста, развития растений и формирования клубней. Этот процесс, также имеет сортозависимый характер. В тоже время, полученные экспериментальные данные, дают основание полагать, что состояние активности БИПГ является одним из важных критериев качества семенного картофеля при отборе качественного семенного материала.
Практическая ценность На основании результатов экспериментальных исследований разработана система получения качественного семенного материала картофеля в республике Таджикистан и подготовлены рекомендации для внедрения в производство;
Выявлено, что урожайность оздоровленного семенного картофеля значительно превосходит урожайность неоздоровленных сортов картофеля. Прибавка урожая по отношению к неоздоровленным сортам составляет 20-30 %. Повышение урожайности у оздоровленного картофеля связаны с улучшением их фотосинтетической деятельности, рациональным распределением и запасанием ассимилятов, и накоплением большего количества сухих веществ в клубнях;
Получены экспериментальные материалы, подтвержденные результатами производственной проверки, комплексами изучаемых методов в горных зонах Муминабадского района, Хатлонской области республики Таджикистана, в процессе производства элитного семенного картофеля. Увеличение коэффициента приживаемости пробирочных растений и микроклубней в горной зоне, с использованием марлевых изоляторов, позволило сократить схему получения качественного семенного материала, и ускорить сроки внедрения в производство новых сортов с использованием методов биотехнологии.
Положения, выносимые на защиту На защиту выносятся следующие основные положения:
Разработана и внедрена в производство научно - обоснованная система выращивания свободных от вирусов и болезней семенного материала картофеля методом биотехнологии в Республики Таджикистан: включающий отбор меристемы, регенерацию меристемы в среде содержащий РНК- азы, анализ меристемных регенерантов на содержание вирусов и вироидов, микроразмножение свободных от вирусов регенерантов, перевод растений –регенерантов непосредственно в почву, выращивание в марлевых изоляторах, тест на содержание вирусов в растениях и в клубнях, получение безвирусного супер-супер и супер-элитного семенного материала картофеля.
Установлено, что интенсивность продукционного процесса оздоровленных растений, выше, чем у неоздоровленных, что имеет принципиальное значение при формировании общего урожая картофеля.
Интенсивность фотосинтеза, активности РБФК/О и накопление биопродуктов взаимосвязаны, что указывает на важность изучения распределения фотосинтетических продуктов между потребителями внутри единой системы, включая взаимоотношения растений и паразитов (вирусов, бактерий и т.д.).
Апробация работы Основные положения диссертации докладывались (или представлены) на научных, научно-практических, международных и производственных конференциях. (Душанбе, 1996, 1998, 2000, 2001, 2003, 2007, Россия-Углич, 1995, Муминабад, 2005), и ежегодных научных конференциях профессорско-преподавательского состава Таджикского аграрного Университета с 1993-2003 гг., а также на расширенном заседании кафедр факультетов Агробизнеса и Плодоовощеводства и с/х биотехнологии- Душанбе, ТАУ, 21.04.07. и расширенном заседании кафедр агрономического факультета 18 мая 2007 г..
Публикация Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 30 печатных трудах, в число которых входит монография и рекомендации.
Структура диссертации Диссертация изложена на 258 страницах машинописного текста, и состоит из введения, шести глав, заключения, выводов и практических рекомендаций, содержит 34 рисунка и 31 таблицы. Список цитируемой литературы включает 294 наименований, из которых 75 работ иностранных авторов.
2.1. Краткая почвенно-климатическая характеристика районов проведения полевых опытов
Таджикистан является типичной страной гор и одной из самых высокогорных в центральной Азии. Большая часть территории республики занята горами, относящимися к Тянь-Шаньской и Памиро – Алайской горным системам, лишь менее 10 % площади составляют долины.
Учитывая сложность и разнообразие почвенно-климатических условий, особенно вертикальное ведение сельского хозяйства, с 1993 по 2006 год проводились эксперименты в долинной, предгорной и горной зонах Таджикистана, расположенных на высоте 800 - 2300 м над уровнем моря. В данных зонах, развито производство картофеля на продовольственные и семенные цели (подробная характеристика этих зон приведена в диссертации).
Эти зоны значительно отличаются друг от друга по комплексу климатических факторов, влияющих на рост и продуктивность растений: по продолжительности безморозного периода, по сумме эффективных температур, по количеству атмосферных осадков, а также по типу почвы.
Полевые опыты проводились в течение 1993-2006 гг. на экспериментальных опытных участках Таджикского научно- исследовательского института Биотехнологии (оранжерея Таджикского Аграрного Университета), Института физиологии растений и генетики АН Республики Таджикистан, Файзабадского района (к.к Кулобод) и Муминабадского района. Эти участки расположены на высоте 800-2500 м над уровнем моря.
2.1.1. Муминабадский район относится к Хатлонской области Таджикистана, среднегорному увлажненному природно-хозяйственному району богарного земледелия и садоводства. На формирование климата Муминабадского района большое значение имеют атмосферные процессы, характерные для всего Таджикистана, а также условия рельефа местности и режим солнечной радиации. Изрезанность рельефа местности обуславливает климатические различия и вертикальную зональность. Изученной в климатическом отношении является территория, прилегающая к райцентру Муминабад.
Согласно среднемноголетним сведениям Управления гидрометеослужбы Таджикистана средняя температура воздуха составляет 12,30С. Самым холодным месяцем является январь, средняя температура которого 0,30С. Амплитуда колебания средней январской температуры составляет -7,50С - +5,20С. Средняя минимальная температура составляет 40С мороза, но при потоках больших холодных воздушных масс может понижаться до 20-300С мороза. Абсолютный минимум составил -320С (рис.2.).
Самым теплым месяцем является июль, со средней месячной температурой 24,10С. Абсолютный максимум температуры воздуха достигает 40-410С.
Средняя продолжительность безморозного периода составляет 191 день. В среднем первые заморозки в воздухе отмечаются 13 октября, самые ранние наблюдались 3 октября. Последние заморозки в среднем наблюдаются 4 апреля, самые поздние были зарегистрированы 23 апреля.
Средняя многолетняя относительная влажность за год составляет 67% и колеблется от 50-60% (июль-сентябрь) до 70-75 % в зимний период.
Для Муминабада характерен ход годовых осадков с максимумом в марте-апреле и минимум в июле-сентябре. Годовая сумма осадков в среднем составляет 834 мм. В весенний период выпадает около 53% годовых осадков, в зимний – 35%, осенью – 10%, летом – 2% (рис.3.).
Почва опытного участка – горные коричнево-типичные староорошаемые на лессовидных суглинках, илювиальных и деилювиальных отложениях таких пород, как гранит, кристаллический известняк и сланец. Содержание гумуса в пахотном горизонте в годы исследований составляло 1,11- 4.12 %, подвижного фосфора – 27,3- 56,7 мг на кг, и обменного калия 18,1-28,4 мг на 100 г почвы с постепенным уменьшением в более глубоких подпахотных слоях. Плотность почвы составляла 1,27-1,40 г/см2. рН почвенного раствора 6,8-7,1.
Грунтовые воды имеют слабую минерализацию с глубиной залегания ниже 3м.
2.1.2. Гиссарская долина
Гиссарская долина - крупный земледельческий район республики с большим потенциалом тепла и влаги. Климатические условия Гиссарской долины характеризуются резкими сезонными колебаниями температуры, сухим безоблачным летом и неустойчивой погодой в зимний период. Среднемесячная температура самого теплого месяца-июля +27+29С, с абсолютным максимумом+42С. Самым холодным месяцем является январь, со средней температурой -2+1С. Однако низкие температуры в течение короткого промежутка времени могут достигать -10-15С. Первые осенние заморозки на почве бывают в конце октября, в воздухе - в середине ноября, а последние весенние - на почве - в конце марта - начале апреля, в воздухе - в начале марта. Период с активной температурой воздуха > + 10С составляет около 195 дней. Сумма активных температур за год составляет 4600 С, а сумма эффективных температур (>+5 С) в период вегетации культуры картофеля (март-июнь) составляет 1800 С.
Среднегодовое количество осадков составляет 700-800мм, но их основное количество (до 90%) приходится на зимне-весенний период. При этом зимние осадки выпадают в виде продолжительных дождей малой интенсивности. Весенние дожди отличаются меньшей продолжительностью, но большей интенсивностью и составляют около 60% от годового количества.
Гиссарская долина характеризуется большим приходом солнечной радиации и продолжительностью солнечного сияния- 2700 часов в год. Пасмурные дни очень редки и наблюдаются зимой и весной. Суммарный приход солнечной радиации составляет 5600 мДж/м2 в год, фотосинтетически активной (ФАР)-2700 м Дж/м2 , а за период вегетации (март-июнь)- 2400 и 940 м Дж/м2 соответственно.
Агроклиматические условия в годы исследований были близки к среднемноголетним показателям (Агроклиматические ресурсы Таджикской ССР, 1976) и существенно не отличались от них.
Почвенный покров представлен обыкновенными темными сероземами и коричневыми карбонатными почвами.
Почва опытного участка по механическому составу средне - суглинистый, типичный серозем на лессах. Содержание гумуса в пахотном горизонте
составляет 1,3-1,7%, подвижного фосфора-75-106 мг/кг и подвижного калия 26,0-28,0 мг на 100 г почвы с постепенным уменьшением в более глубоких подпахотных слоях. Кислотность почвенного раствора нормальная - рН = 6,9.
2.2. Объекты исследований
В качестве объектов исследований служили разные по степени формирования и созревания клубни, районированные и перспективные сорта картофеля из коллекции Института физиологии растений и генетики АН РТ: ранние - Жуковский ранний; среднеранние - Невский; Пикассо; среднепоздние - Кардинал, Лорх и линии «Б», «48».
Оздоровление картофеля от вирусов и других патогенов проводилось методом культуры апикальных меристем in vitro в сочетании с химиотерапией, ускоренным микроразмножением здорового материала и его выращиванием в тепличных условиях.
Исходный материал отбирался из внешне здоровых кустов с явным отсутствием симптомов болезней. При этом учитывалось строгое соответствие морфо-физиологических параметров, выбранных образцов, сортовым показателям.
Посадка предварительно пророщенных клубней, проводилась в оптимальных условиях этих участков по схемам 5 х 5; 60 Х 20 и 70 Х 20 см на делянках площадью 10, 20 и 40 м2 .
Мы использовали марлевый домик размером 5 х 20 м и высотой по середине 1,8 м. Пробирочные растения и микроклубни высаживали по схеме междурядья 60 х 15-20 см. Полив и удобрения вносили согласно рекомендациям (Салимов и др., 2007). Для получения качественного семенного материала азотные удобрения вносили в два раза меньше от нормы. Влажность почвы в домиках сохраняли на уровне 75-80 % влагоемкости, посредством полива. Окучивание проводили 3 раза. За 10 дней до уборки урожая клубней, удаляли ботву, чтобы предохранить клубни от попадания вирусов посредством оттока ассимилятов в конце вегетации.
2.3 Методы исследований
В качестве питательной среды для культивирования апикальных меристем применяли модифицированные растворы Мурасиге-Скуга (Murashige, Scoog, 1962) MC-1 u MC-3. В качестве гормональных добавок для культуры меристем использовали кинетин и гиббереловую кислоту.
Клубнеобразование индуцировали добавлением в питательную среду сахарозы от 5 до 10% и кинетина в зависимости от генотипа сортов (Назарова,2004).
Для иммуно - ферментного анализа (ИФА) пробы растений в поле или в марлевом изоляторе отбирали по диагонали площади посадки. Анализировали в марлевом изоляторе не менее 1 % растений; в поле (первая полевая репродукция) 50 растений из расчета на га; в поле (супер-супер элита) не менее 250 растений с га.
Когда регенерированные из меристем растения достигали высоты 10-12 см, они проверялись на наличие вирусной инфекции методом иммуноферментного анализа (ИФА) на ELLISA-RIDER (Clark, Adams, 1977; Биотехнологические методы получения и оценки оздоровленного картофеля, 1988; Каменикова и др., 1990). Вироидное заболевание картофеля тестируется с помощью метода молекулярной гибридизации соответствующей к ДНК зонда, или методом полимеразной цепной реакции (РСR) с последующим определением продукта электрофорезом на агаре, или молекулярной гибридизацией.
Фенологические наблюдения за ростом и развитием растений картофеля и все учеты проводились в соответствии с методикой, разработанной в Российской НИИ картофельного хозяйства (Методика исследований по культуре картофеля, 1967).
Площадь листьев определялась весовым методом. Фотосинтетический потенциал (ФП) и чистая продуктивность фотосинтеза растений в посадках рассчитывались по методике А.А. Ничипоровича и др. (1961).
Интенсивность видимого фотосинтеза определялась на завершивших свой рост листьях верхнего яруса (4-5 листья с точки роста), с помощью инфракрасного оптико-акустического газоанализатора «Инфралит -IV», при естественных концентрациях СО2 с использованием прямоточной ассимиляционной камеры-прищепки конструкции Л.Т. Карпушкина (1971). Скорость газообмена измерялась при насыщенной интенсивности света, чему соответствует радиация, приходящая в период с 10 до 13 ч. в ясный солнечный день.
Интенсивность транспирации листьев определялась на 3-4 день после полива методом быстрого взвешивания на торзионных весах по Л.А. Иванову и др. (1960). Влажность почвы определялась весовым методом по А.А. Роде (1950), дефицит влажности определяли по Чадскому (Cutsky,1960)..
Содержание хлорофилла определялось в ацетоновой вытяжке на спектрофотометре «Ultraspec-II», расчеты проводились по методике Вечер А.С. (Вечер, Гончаренко, 1973).
Карбоксилазную активность РБФКО определяли радиометрическим методом (Романова, 1980) по скорости включения Н14CO3 в кислотоустойчивые продукты реакции в присутствии субстрата – РБК.
Оксигеназную активность определяли полярографическим методом (Русиновой 1974).
Данные опытов обрабатывали методом дисперсии, корреляции и регрессии по Б.А. Доспехову на персональных компьютерах IBM РС.
Некоторые способы размножения оздоровленного материала картофеля
Таджикистан является типичной страной гор и одной из самых высокогорных в центральной Азии. Большая часть территории республики занята горами, относящимися к Тянь-Шаньской и Памиро - Алайской горным системам, лишь менее 10 % площади составляют долины. Землеводческая зона находится в основном на высоте 1000 м и частично - в основном богарное земледелие - до 3000 м над уровнем моря. Картофель в Таджикистане выращивается почти во всех районах, даже на юге, где сажают под зиму и получают ранний урожай в мая месяце. Но основной картофелеводческой зоной Средней Азии, в том числе и Таджикистана, считаются горные и предгорные районы, почвенно-климатические условия которых соответствует биологии картофеля (Абдукаримов, 1977; Балашев, Лучинина, 1978; Сердюков и др., 1984; Бахриддинов, 1985).
Первоначально картофель не получил широкого распространения в Таджикистане из-за вырождения и лишь в 30-е годы после организации научной базы и первого сельскохозяйственного вуза Таджикистана - Среднеазиатского плодоовощного института (САПОЙ), стали вестись исследования в этой отрасли сельского хозяйства (Насыров,1995).
Изучением сортовых особенностей, разработкой агротехнических мероприятий, выявлением перспективных сортов, селекцией и семеноводством картофеля в течение нескольких лет занимаются сотрудники НПО «Богпар-вар», что также способствовало развитию картофелеводства в Таджикистане (Лебедев, 1970; Кушнарева, 1971; Султанов, 1971; Партоев, 1987). В этом научном центре из сеянцев сорта Монализа был выведен новый сорт картофеля Зарина (Партоев, 1987). По результатам многолетних исследований учеными НПО «Богпарвар» из коллекционных сортов выделены новые 4 сорта картофеля для широкого производственного внедрения (отчет ТСХА, 2001-2005г.г)
Картофель в Республике Таджикистан считается относительно новой культурой, был интродуцирован до 1917 г. из Узбекистана или из Китая (Кириллов И.Ф., 1949; Джонгиров Д.О., 1995). После организации Среднеазиатского плодоовощного Института в Таджикистане в 1931 году, развитию всех отраслей сельского хозяйства было удалено должное внимание (Насы-ров Ю.С., 1995).
В Таджикистане официально районированы 2 ранних (Полет и Нарым-ка) и 2 среднепоздних (Лорх и Кардинал) сорта (Государственный реестр районированных сортов и гибридов с.-х. культур, 2007). Кроме того, данным реестром рекомендованы к посадке на территории Таджикистана следующие сорта: Кондор, Космос, Пикассо, Зарина, Жуковский ранний и др. Однако в сельскохозяйственном производстве и частном секторе встречаются десятки разных сортов - от старых, давно забытых - до новых, неизвестных, потому что в последние годы руководители отдельных хозяйств, успевающие предприниматели и частные лица самовольно закупают семенной картофель неиспытанных в условиях нашей республики сортов из соседних государств. Это при слабом контроле, привело к перемешиванию сортов и повсеместному распространению несортовых посадок.
В республике Таджикистан, начиная с 1935 года, ведутся исследования по биологии, селекции и семеноводству, агротехнике возделывания, выделения урожайных сортов и их внедрению в различных условиях. В фундаментальных исследованиях Перловой Р.Л. (1939), Кириллова И.Ф. (1949) были обобщены вопросы возделывания картофеля в различных условиях Республики Таджикистан. Были изучены биологические особенности диких видов картофеля и культурных сортов в условиях Западного Памира. В результате проведенных научных исследований по испытанию десятков сортов и гибридов картофеля были отобраны и рекомендованы для выращивания такие сорта, как: Ранняя Роза, Полёт, Лорх и др. На Ишкошимском опорном пункте сорт Полёт формировал урожай 31 т/га, сорт Лорх - 30,3 т/га. Сорт Полёт и сорт Лорх оказались устойчивыми не только к болезням и вредителям картофеля, но и выдерживали пониженные ночные температуры до -7-12 С. Кроме того, высокая урожайность этих сортов сочетается с хорошими вкусовыми качествами, толерантностью и пластичностью к условиям выращивания (Джонгиров Д.О.,1995). В целом на Западном Памире посадки картофеля достигают высоты до 3300 м над уровнем моря, где многие хозяйства получают 300-400 ц/га клубней (Бахриддинов Н.Б., 1992). Причина формирования высокого урожая картофеля в горных условиях заключается в торможении темновых фотопериодических реакций, связанных с резкими суточными колебаниями температуры воздуха (Разумов В.И., 1961). Показано также, что в высокогорных условиях цветение и ягодообразования картофеля проходит лучше, чем на равнинных зонах (Джонгиров Д.О., 1995).
Каюмов Ю.Б. (1963), Лебедева Н.В.(1970), Султонов X (1971), Кушна-рев В.В. (1971, 1972, 1973) и другие изучали некоторые вопросы сохранения и подготовки семенного материала к посадке, а также влияние удобрений и сидератов на урожайность различных сортов картофеля. Авторы особое внимание уделяли разработке вопросов технологий возделывания картофеля, в частности схем посадки клубней, способов и норм полива, сроков посадки в различных зонах в Республике Таджикистан. Наряду с изучением этих вопросов Каримовым Б. (1973-1975) были подробно исследованы вирусные, ви-роидные, микоплазменные болезни картофеля. Автором определены тли-переносчики инфекционных болезней различных сортов картофеля в условиях долин и предгорий Республики Таджикистан. В конце 80-х годов в Республике Таджикистан возникла необходимость создать собственную систему селекции и семеноводства картофеля. Для этой цели в Республике был организован научно-исследовательский институт «Богпарвар» с рядом семеноводческих хозяйств в условиях Центрального Таджикистана.
В Республике Таджикистан картофель является одной из главных продовольственных культур. В настоящее время этой отрасли сельского хозяйства уделяется особое внимание. Об этом свидетельствует проведение комплексных научных исследований по изучению и созданию оздоровленного семенного картофеля. Изучены также некоторые физиологические и агрономические особенности картофеля в условиях Гиссарской долины Республики Таджикистан (Насыров Ю.С., 1996; Муминджанов Х.А., 1998,1999,2000; Хотамов У.А., 1997, Салимов А.Ф., 1999, Алиев К.А., 1999, Бобохонов Р.С., 1999, Шарипов Н.С., 1999, Холов Ф.Ш.,2003 и др.).
Создание биологических центров, по проблемам селекции и семеноводства картофеля и оздоровлению посадочного исходного материала, призваны решить сложные вопросы картофелеводства в Республике Таджикистан. В Институте физиологии растений и генетики АН РТ и в Таджикском аграрном университете ведутся исследования фундаментального и прикладного характера по оздоровлению и внедрению в производство посадочного семенного материала.
Урожайность оздоровленного картофеля превышает контроль на 30-80 % (Gregorini G., Lorensi R., 1974; Мелик-Саркисов О.С. и др. 1989; Алиев К.А. и др. 1997; Denton I.R., 1997; Муминджанов Х.А., 1997). По мнению многих авторов, это связано с улучшением фотосинтетической ассимиляции С02, (Zrust J., Smolikova А., 1977; Moll A., Henniger W., 1978; Moll A., 1983; DwelleR., 1983,1985).
Краткая морфо-биологическая и хозяйственная характеристика объек тов исследований
Таджикистан является типичной страной гор и одной из самых высокогорных в центральной Азии. Большая часть территории республики занята горами, относящимися к Тянь-Шаньской и Памиро - Алайской горным системам, лишь менее 10 % площади составляют долины.
Особенности климата Таджикистана - обуславливаются горным рельефом и положением республики вдали от океанов, что создаёт большое разнообразие природных условий. Общей чертой климатических особенностей территории республики являются высокие летние температуры и сухость воздуха.
Высокие горные хребты являются защитой от холодных вторжений воздушных масс с севера, поэтому зима в южных районах, находящихся под прикрытием Гиссарского, Зеравшанского и Туркестанского хребтов, значительно мягче, чем в северных. Климатические особенности Таджикистана обуславливаются совокупностью внешних воздействий, определяемых географической широтой и высотой над уровнем моря, циркуляцией атмосферы и характером простирающейся поверхности.
Большое разнообразие в климат Таджикистана вносит рельеф, радиационный режим. Благодаря южному положению и обилию солнечного света, в республике отмечается исключительно большие величины солнечной радиации и продолжительности солнечного сияния в год. Общая продолжительность солнечного сияния изменяется от 2100 до 3170 часов в год. Пасмурные дни редки, они наблюдаются зимой и весной - в наиболее влажные периоды года.
В горах продолжительность солнечного сияния в значительной степени определяется закрытостью горизонта и экспозицией склона. На любом склоне продолжительность солнечного сияния всегда будет меньше, чем на горизонтальной поверхности. Поэтому в наиболее благоприятных условиях находятся южные склоны. С продолжительностью солнечного сияния тесно связано количество падающей солнечной радиации. Годовой приход прямой солнечной радиации на равнинной территории республики при безоблачном небе составляет 145-150 ккал/см , а в высокогорных районах 195-200 ккал /см . Радиационный режим (баланс) положителен и благотворно действует на растительность.
Снежный покров неустойчив. В горных и высокогорных условиях зима суровая. Продолжительность периода с температурой воздуха ниже 0 С достигает 5-7 месяцев и более. Устойчивый снежный покров устанавливается ежегодно высотой 1200-1400 м.
Весна в Таджикистане наступает сразу, а в горах на каждые 500 м высоты начало весны запаздывает на 10-15 дней. Уровень температур летом очень высокий. Средняя температура июля в долинных районах порядка 25-32, а в горах - 18-20 С. Летние месяцы отличаются ничтожно малым количеством осадков, что на фоне высоких температур приводит к засушливым постоянным явлениям во многих районах республики. Иссушение почвы в районах с малым количеством осадков в первые месяцы лета достигает критических значений, почвенная засуха здесь длится довольно продолжительное время.
Особенности расположения горных хребтов и их отрогов, их высота и экспозиция обуславливают различия в пространственной и временной изменчивости основных метеорологических элементов (Таджикистан. Природа и природные ресурсы, 1982).
Муминабадский район относится к Хатлонской области Таджикистана, среднегорному увлажненному природно-хозяйственному району богарного земледелия и садоводства. На формирование климата Муминабад-ского района большое значение имеют атмосферные процессы, характерные для всего Таджикистана, а также условия рельефа местности и режим солнечной радиации. Изрезанность рельефа местности обуславливает климатические различия и вертикальную зональность. Изученным в климатическом отношении является территория, прилегающая к райцентру Муминабад.
Согласно среднемноголетним сведениям Управления гидрометеослужбы Таджикистана средняя температура воздуха составляет 12,3С. Самым холодным месяцем является январь, средняя температура которого 0,3С. Амплитуда колебания средней январской температуры составляет -7,5С -+5,2С. Средняя минимальная температура составляет 4С мороза, но при потоках больших холодных воздушных масс может понижаться до 20-30С мороза. Абсолютный минимум составил -32С (рис.2.). Самым теплым месяцем является июль, со средней месячной температурой 24,1 С. Абсолютный максимум температуры воздуха достигает 40-41 С.
Средняя продолжительность безморозного периода составляет 191 день. В среднем первые заморозки в воздухе отмечаются 13 октября, самые ранние наблюдались 3 октября. Последние заморозки в среднем наблюдаются 4 апреля, самые поздние были зарегистрированы 23 апреля.
Средняя многолетняя относительная влажность за год составляет 67% и колеблется от 50-60% (июль-сентябрь) до 70-75 % в зимний период.
Для Муминабада характерен ход годовых осадком с максимумом в марте-апреле и минимум в июле-сентябре. Годовая сумма осадков в среднем составляет 834 мм. В весенний период выпадает около 53% годовых осадков, в зимний - 35%, осенью - 10%, летом - 2% (рис.3.).
Устойчивый снежный покров образуется менее, чем в 50%) зим. В среднем наблюдается 48 дней со снежным покровом, который обычно появляется в третьей декаде ноября. В среднюю декаду высота снега составляет 2-9см. Максимальная высота снега составила 56 см
Для Муминабада характерно преобладание юго-западного и северного ветров. Средняя месячная скорость ветра в году меняется от 0,8 до 1,3 м/сек. Наибольшая скорость ветра отмечается в марте-апреле. Максимальная, ежегодно повторяющаяся скорость ветра составляет 13 м/сек. За год в среднем наблюдается 3 дня с ветром 15 м/сек и более.
Метеорологическая станция Муминабада расположена в отрогах западных склонов хребта Хозретишо. Рельеф местности горный. На востоке в 8-10 км отроги хребта Хозретишо переходят в склоны. Высота хребтов над уровнем моря 2500 м. на западе и северо-западе в 6-7 км проходят горные гряды, являющиеся отрогами юго-восточных склонов хребта Кухитеке, имеющего высоту 3000 м., в 8-10 км протекает р. Оби-Суръх. Растительность по склонам гор горно-луговая, в районе станции имеются отдельные рощи декоративных деревьев и фруктовые сады. Возделы-ваются зерновые и огородные культуры.
Почвенный покров представлен обыкновенными темными сероземами, сероземно-луговыми и коричневыми карбонатными почвами.
Почва опытного участка - горные коричнево-типичные староорошаемые на лессовидных суглинках, плювиальных и деилювиальных отложениях таких пород, как гранит, кристаллический известняк и сланец. Содержание гумуса в пахотном горизонте в годы исследований составляло 1,11- 4.12 %, подвижного фосфора - 27,3- 56,7 мг на кг, и обменного калия 18,1-28,4 мг на 100 г почвы с постепенным уменьшением в более глубоких подпахотных слоях. Плотность почвы составляла 1,27-1,40 г/см . рН почвенного раствора 6,8-7,1.
Сравнительное изучение роста и развития пробирочных растений и ми-никлубней в полевых условиях
Микроразмножение:Термин "Микроразмножение растений-регене-рантов картофеля" означает широкомасштабное размножение растений посредством пролиферации -быстрого размножения меристемных культур в условиях in vitro. Бесспорно, когда микроразмножение используется в коммерческих целях, как альтернатива вегетативного размножения, произведенные растения должны быть свободными от вирусов, патогенов и микробного заражения.
К последним относятся организмы, свободно живущие в окружающей среде, которые проникают внутрь участков тканей (органов), культивируемых in vitro, или приникают в культуру во время последовательных стадий размножения. Вегетативное размножение картофеля в полевых условиях -медленный процесс, который зависит от стадий роста растений, требует затрат труда на обработку пестицидами, орошение и т.д. и к факторам риска относятся инфицирование посева или потеря урожая из-за стрессового влияния биологических и небиологических факторов, т.е. засухи и болезней. Известно, что рост растений можно ускорить, вместе с тем биотическими и абиотические стрессами можно управлять, выращивая растения в теплице, торфно-почвенной смеси и в полевых условиях.
Преимуществом способа in vitro, по сравнению с размножением in vivo является то, что ему не свойственна сезонность. Он может использоваться в размножении здоровых растений с незначительным риском повторного патогенного инфицирования. Основной характеристикой микроразмножения является быстрое размножение (из отдельных элементов растений) элитных растений, т.е. здоровых особей и новых селекционных линий, по сравнению с общепринятыми методами, поддерживая в то же время высокий статус здоровья. А в настоящее время изучается возможность автоматизации процесса, направленная на попытку сокращения трудового компонента в микроразмножении, который составляет примерно 60 %-ов от общих затрат.
Микроразмножение -это первое и самое основное использование технологии культуры ткани для создания свободных от вирусов и патогенов семенного картофеля. Размножение в условиях in vitro свободных от патогенов, элитных селекционных или устойчивых генотипов проводится в четыре стадии: 1. стадия получения экспланта; 2. стадия регенерации и пролиферации; 3. стадия привыкания растения и укоренения; 4. окончательная пересадка растений в условиях in vivo. Начальная стадия включает в себя интродукцию экспланта картофеля в асептических условиях для того, чтобы предотвратить загрязнение экспланта. Эксплант сначала стерилизуется, а затем культивируется в условиях лаборатории в пробирках, содержащих избранную питательную среду с низким уровнем содержания регуляторов роста. Мы в работе использовали питательную среду для культивирования картофеля - Мурасига-Скуга с добавлением витаминов и гормонов. Удаление вирусов, выполненное на этой стадии заключается в индексации вируса, термотерапии и химиотерапии, используя апикальную меристему. Верхушка побега и пазушные почки являются общепринятыми эксплантантами, используемыми на стадии инициации микроразмножения, поскольку они содержат существующие почки. А других типах эксплантов и тканей листьев, корней, или стеблей регенерация затрагивает добавочное формирование почки через дедиференциацию и редиференциа-цию, и требует тщательного изучения стабильности культур в целях предотвращения сомаклональной вариации. Формирование добавочной почки из меристемы наиболее устойчивый путь культивирования ткани в 4-х или 5-х поколениях с низкой сомаклональной вариацией.
Во второй стадии, полученные экспланты помещаются в среду с высоким уровнем цитокиннинов и низким ауксинов для того, чтобы улучшить продуктивность меристемных регенерантов (рис.8.).
В третьей стадии побеги акклиматизируются в среде, без или с низким уровнем цитокининов, с низким уровнем сахарозы и высоким уровнем ауксина для индуцирования корня. Регенерированные растения становятся пригодными для микроразмножения в условия in vitro (рис.9.).
На четвертой стадии растения извлекаются из среды, отмываются, пересаживаются в асептическую почву и выращиваются в изоляторах или тазиках с повышенной влажностью окружающей среды (70-80%) для того, чтобы избежать высыхания почвы (рис.9). После укоренения растения переводят в условия с более высокой интенсивностью света и низким уровнем влажности для нормального роста (рис.10).
Пектин-деградирующий фермент в процессе хранения, выхода из покоя и роста клубней картофеля
Как видно из рисунков, по величине максимального прироста площади листьев, изученные сорта отличаются друг от друга. Сорт Жуковский ранний (опыт) выделялся более интенсивным формированием площади листовой поверхности в течение вегетации. Наибольшая листовая поверхность у обоих сортов отмечена в фазе цветения и в начале фазы ягодообразования. Максимальная величина площади листьев формировались у растений сорта Жуков-ский ранний (опыт) - 29,3 тыс. м / га, а наименьшая - у растений сорта Кардинал - 28,3 тыс. м2/га. У неоздоровленных растений эта величина на 3-4 тыс. м2/га меньше, чем у оздоровленных (Салимов, 1998).
Существует также информация о связи показателей фотосинтеза с возрастом листа. Характер постфотосинтетических процессов существенно отличается у разных сортов. Клубнеобразование у раннего сорта сокращает продолжительность расходования ассимилятов на образование листьев. Высокое отношение массы постфотосинтезирующих органов к весу листьев в этом случае является причиной более низкого биологического и хозяйственного урожая. Для формирования урожая клубней у разных сортов решающее значение имеет продолжительность жизни листьев. Установлено, что молодые листья фотосинтезируют интенсивнее, чем более старые.
Когда рассматривают ассимиляцию углекислого газа, как лимитирующий фактор, фотосинтетической продуктивности одной из главных причин, обусловливающих уровень продуктивности, считается продолжительность работы листьев и структура ценоза. По мнению некоторых исследователей (Gawronska et al., 1984), низкая интенсивность фотосинтеза компенсируется большей ассимилирующей поверхностью и продолжительностью её работы. Отсюда вытекает главное условие повышения продуктивности - максимальное улавливание фотосинтезирующими органами растения солнечной радиации в течение сезона (Ничипорович, 1956; Белл, 1973., Allen,Skott, 1980).
В посадках картофеля, имеющих площадь листьев 40 тыс. м / га, в утренние и вечерние часы и в пасмурные дни при пониженной интенсивности света, лимитирующим интенсивность фотосинтеза фактором является количество световой энергии, проникающей вглубь посева картофеля. Известно, что листья большинства растений поглощают до 85-90% энергии от приходящей фотосинтетически активной радиации (ФАР). При этом они отражают 5-10%, а пропускают около 5 % ФАР (Ничипорович, 1965). В таких условия расход пластических веществ на дыхание нижними листьями превышает количество, образовавшихся при фотосинтезе ассимилятов (Мокроносов 1971). А из всей поглощенной растительными покровами радиации на долю листьев приходится 80-90%, а остальная часть поглощается другими органами (Росс, 1975; Dwelle et al., 1978,1983). В течение вегетации посевы находятся в менее совершенном для использования энергия света состоянии. За весь период развития хороший посев может поглотить только 50-60% приходящей на него энергии ФАР (Ничипорович,1965).
Хурана и Макларен (Khurana, Mclaren,1982) обнаружили, что хорошее улавливание света растениями картофеля в посадках происходит при достижении индекса листовой поверхности 2,25 и увеличивается по мере возрастания этой величины до 4,0, когда улавливается около 95% приходящей радиации. По мнению других исследователей, при индексе листовой поверхности 4,0 посадками картофеля поглощается от 80 до 85% (Wilson,1965; Burstall, et al.,1983). Конечно, величина индекса листовой поверхности прямо зависит от уровня агротехники и структуры посадок картофеля, так как эффективное улавливание света листьями растений в посадках во многом зависит от наиболее эффективной системы аккумуляции солнечной энергии. Считается, что лучше всего это наблюдается в посадках растений с вертикальными листьями наверху и горизонтальными внизу (Росс, 1975; Тооминг, 1977, 1984).
Согласно теории фотосинтетической продуктивности, при возделывании растений для получения высокой хозяйственной части урожая (в том числе и в посадках картофеля) хорошими посевами считаются те, у которых оп-тимальный размер листовой поверхности может достигать 30-40 тыс. м /га (Ничипорович,1965). Но для формирования максимального хозяйственного и биологического урожая картофеля, по некоторым данным, необходимо 40-50 тыс.м2/га (Мокроносов, 1971). При этом фотосинтетический потенциал составлял 1,6-4,0 млн. м2 дней. По данным А.Г. Лорха (1955), приросты урожая картофеля при площади листьев 45-50 тыс. м /га могут достигать за сутки 250-300 кг/га сухого вещества.
Исследования показали, что фотосинтетическая деятельность и её связь с урожайностью непосредственно зависит от размеров фотосинтетического аппарата и длительности его работы, т.е. величины фотосинтетического потенциала (Ничипорович, 1961; Paul,1985). В связи с этим, А.А Ничипорович и К.А. Асроров (1971) предложили считать хорошими такие посевы, фотосинте-тический потенциал которых соответствуют не менее чем 2 млн. м /га в расчете на каждые 100 дней фактической вегетации. А Бремнер и Таха (Bremner, Taha,1966). Установили прямую зависимость урожая клубней от числа дней, когда индекс листовой поверхности составлял более 3,0.
Таким образом, определенный теоретический и практический интерес представляет изучение взаимосвязи величины площади листьев с размером биологического и хозяйственного урожая у различных сортов картофеля. Установлено, что величина площади листьев положительно коррелирует с накоплением сухой подземной биомассы и коэффициентом хозяйственной эффективности.
