Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Обзор литературы 11
1.1. Фитопатогенные вирусы и их влияние на продуктивность и качество картофеля 11
1.2. Элитное семеноводство: состояние отрасли картофелеводства в Самарской области 17
1.3. Системы и схемы семеноводства картофеля в России и зарубежных странах 23
1.4. Методы оздоровления картофеля и получение первичного in vitro материала 31
1.5. Методы и способы ускоренного производства безвирусного семенного материала 37
Глава 2 Материал, условия и методика проведения исследований 44
2.1. Методика проведения исследований 44
2.2. Характеристика сортов, питательных сред, субстратов, источников искусственного освещения и технических устройств используемых в экспериментах 53
Глава 3 Оптимизация технологии селекции сортов картофеля для условий Средневолжского региона 58
Глава 4 Оптимизация технологии производства безвирусного семенного материала картофеля в условиях in vitro 69
4.1. Параметры роста и развития растений картофеля in vitro при использовании различных питательных сред 69
4.2. Влияние различных источников освещения на рост и развитие меристемных растений картофеля in vitro 74
4.3. Рост и развитие меристемный растений in vitro в зависимости от плотности питательной среды 77
4.4. Разработка и создание современного биотехнологического модуля по круглогодичному производству безвирусных мини клубней картофеля в условиях закрытых агро-экосистем 81
4.5. Анализ биохимических показателей миниклубней картофеля, выращенных на различных биотехнологических установках 101
4.6. Прерывание периода покоя свежеубранных мини клубней картофеля 104
Глава 5 Экономическая и энергетическая эффективность 108
Заключение 111
Предложения производству 114
Список сокращений 115
Список литературы 117
Приложения 141
- Системы и схемы семеноводства картофеля в России и зарубежных странах
- Оптимизация технологии селекции сортов картофеля для условий Средневолжского региона
- Рост и развитие меристемный растений in vitro в зависимости от плотности питательной среды
- Прерывание периода покоя свежеубранных мини клубней картофеля
Введение к работе
Актуальность темы. Главной причиной, ограничивающей реализацию потенциала продуктивности современных сортов, является отсутствие в достаточном количестве качественного и сертифицированного семенного материала. По данным Россельхозцентра семена высоких репродукций в масштабах Российской Федерации занимают менее 40% сельскохозяйственной площади, а в частном секторе, как правило, используется сортосмесь без обновления (Симаков, 2009).
Низкое качество семенного картофеля является следствием поражения его вирусными, вироидными, микоплазменными, грибными и бактериальными инфекциями, что ежегодно снижает уровень продуктивности на 19-80%
Вирусная инфекция значительно снижает потенциальную продуктивность культуры, содержание крахмала в клубнях, а также отрицательно влияет на другие показатели продуктивности и качества клубней. Кроме этого пораженные растения сами становятся источником вторичной инфекции .
К основным методам сдерживания развития вирусных заболеваний относится селекция новых сортов картофеля с полным иммунитетом или высоким уровнем полевой устойчивости к воздействию вирусных фитопатогенов, а также использование современных технологий безвирусного семеноводства..
В основе современного оригинального и элитного семеноводства картофеля в экономически развитых странах лежит использование методов биотехнологии (Koleva et. al, 2012; Srivastava, 2012; Fufa et. al, 2014; Мякишева и др., 2016; Estrada et. al., 1986; Tovar et. al, 1985). В настоящее время единственным эффективным способом производства оздоровленного семенного материала картофеля является метод выделения чистой от фитопатогенов апикальной меристемы, регенерации и микроклонального размножени in vitro. Использование меристемной культуры, в сочетании с методами химиотерапии и термотерапии позволяет гарантировано получать качественный и сертифицированный семенной материал картофеля как новых, так и старых сортов. Использование биотехнологических методов в семеноводстве оздоровленного картофеля характеризуется проведением работ в круглогодичном режиме, экологически чистым производством продукции, а также экономической эффективность практически безотходного производства (Артюхова и др., 2014).
В тоже время оздоровленный семенной материал картофеля при выращивании в открытом грунте быстро поражается вирусной инфекцией.
По данным Молявко А.А. в соавт. (2012) и Рябцевой Т.В. в соавт. (2011) уже на второй-третий год размножения отмечается уровень вирусной реинфек-
ции до 50-60%, что инициирует исследовательские работы по защите безвирусного материала от вторичного заражения в полевых условиях.
Таким образом, изучение методов воспроизводства семенного материала картофеля с использованием различных биотехнологических способов, наряду с ведением эффективной селекционной работы, является весьма актуальным и целесообразным для решения проблем обеспечения сельхозтоваропроизводителей и населения Российской Федерации качественным и сертифицированным семенным картофелем.
Представленные в работе результаты будут способствовать улучшению и ускорению процесса семеноводства, так как применение биотехнологических методов в современном семеноводстве наиболее актуально.
Цель исследований. Усовершенствовать и оптимизировать элементы технологии оригинального семеноводства и селекции картофеля для увеличения производства оздоровленного семенного материала новых сортов в условиях высокой инфекционной нагрузки.
Задачи исследований:
-
Выявить оптимальные параметры модели сорта картофеля для условий с высоким уровнем вирусной нагрузки и создать сорта отвечающих заданным параметрам.
-
Оптимизировать технологию микроклонального размножения оздоровленного картофеля в условиях in vitro.
-
Выявить возможность замены стандартной питательной среды Му-расиге - Скуга на комплексное водорастворимое удобрение Акварин.
-
Установить оптимальный уровень плотности питательной среды используемой при микроклональном размножении безвирусного материала in vitro.
-
Установить эффективность различных источников освещения при производстве исходного семенного материала.
-
Разработать и создать опытный образец биотехнологического модуля для круглогодичного производства оздоровленного семенного картофеля в условиях закрытых агро-экосистем.
-
Определить экономическую эффективность технологии выращивания безвирусного картофеля с использованием различных способов ускоренного производства оригинального семенного материала категории «мини-клубни».
Научная новизна. Выполненные в работе исследования позволили получить совокупность новых данных по оптимизации параметров технологии мик-роклонального размножения in vitro и ускоренного производства in vivo оздоровленного семенного материала с использованиеv современных методов сель-
скохозяйственной биотехнологии. Представлена эффективность и экономическая целесообразность использования биотехнологических модулей и установок различного технического исполнения. Разработана полезная модель биотехнологического модуля по круглогодичному производству безвирусных мини клубней.
Впервые в условиях Самарской области:
- усовершенствована питательная среда с применением комплексных во
дорастворимых минеральных удобрений.
проведен скрининг различных способов ускоренного размножения безвирусного семенного материала картофеля в условиях высокой инфекционной нагрузки Самарской области.
определены и экономически обоснованы параметры технологии выращивания мини-клубней с использованием биотехнологических модулей и установок различного технического исполнения в условиях закрытых агро-экосистем.
разработана полезная модель биотехнологической установки по круглогодичному производству семенного картофеля категории «семена оригинальные».
Создана модель сорта картофеля для условий с высоким уровнем инфекционной нагрузки и повышенных температур воздуха.
Практическая значимость. Предлагаемая технология микроклонального размножения и ускоренного производства оригинального семенного материала категории «мини-клубни» с использованием биотехнологических модулей позволит специализированным семеноводческим хозяйствам в кратчайшие сроки организовать собственное производство сертифицированного семенного материала. Созданная биотехнологическая установка позволит в краткосрочной перспективе увеличить в регионе производство наиболее ценного и дорогостоящего семенного материала, а также минимум на 35% снизить себестоимость производимых оздоровленных мини клубней.
Положения, выносимые на защиту:
оптимальная модель селекционных сортов с комплексной устойчивастью к вирусным заболеваниям.
ускоренное размножение семенного картофеля, выращиваемого в культуре in vitro при использовании различных комплексных минеральных питательных сред.
основные элементы технологии выращивания семенного картофеля с использованием биотехнологических модулей и установок различного технического исполнения.
- экономическая эффективность возделывания безвирусного картофеля в
условиях in vitro и in vivo.
Степень достоверности результатов исследований. Работа выполнена согласно тематическому плану научно-исследовательских работ по государственному заданию Федерального агентства научных организаций за счет средств федерального бюджета: «Изучить физиологические процессы формирования параметров продуктивности безвирусного растения в контролируемых условиях роста и развития для дальнейшей разработки ресурсосберегающей технологии оздоровления и микроклонального размножения новых и перспективных сортов картофеля в условиях высокой инфекционной нагрузкой» (ФА-НО России 0756-2014-0023) и «Создать новый сорт картофеля с продуктивностью на уровне 30-40 т/га, адаптированный к агроэкологическим условиям Среднего Поволжья, с высокими потребительскими качествами клубней» (ФА-НО России 0756-2014-0017).
Апробация положений и выводов диссертации. Результаты исследований докладывались на LVIII межд. науч.-практ. конф. «Научная дискуссия: инновации в современном мире», Москва, 17 ноября 2016 г.; XII межд. науч.-практ. конф. «Молодой ученый: вызовы и перспективы», Москва, 24 октября 2016 г.; Межд. науч.-практ. конф. «Вклад молодых ученых в аграрную науку», Кинель, 13-14 апреля 2016 г.; Заседания экспертно-методической комиссии ФГБНУ «Самарский НИИСХ», Безенчук, 2010-2017 гг.
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 2009 по 2017 гг. в рамках «Программы фундаментальных и приоритетных исследований по научному обеспечению развития агропромышленного комплекса по Российской Федерации на 2001-2005 гг. и 2006-2010 гг.» в Федеральном государственном бюджетном научном учреждении «Самарский научно-исследовательский институт сельского хозяйства имени Н.М. Тулайко-ва».
Публикации автора. По материалам диссертации опубликовано 23 печатных работ, в т.ч. 4 в рецензируемых журналах, одна монография. Заявка на патент РФ на сорт картофеля Сириус (№73991/8262111 от 27.11.2017 г.). Патент РФ на полезную модель «Биотехнологическая установка для производства семенного материала картофеля» (№179163 от 29.12.2017).
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, предложений производству, списка сокращений, списка литературы и приложений. Текст изложен на 140 страницах, содержит 25 таблиц, 18 рисунков, 26 приложений. Список литературы включает 208 источник, в том числе 27 на иностранных языках.
Представлены данные по фитопатогенным вирусам и их влиянию на продуктивность и качество картофеля. Проанализированы современные системы семеноводства картофеля в Российской федерации и в зарубежных странах. Дана характеристика отрасли картофелеводства в Самарской области. Рассмотрено современное состояние исследований по методам оздоровления картофеля и получения первичного in vitro материала и способам ускоренного производства безвирусного семенного картофеля, в том числе с использованием биотехнологических установок и модулей различного технического исполнения.
Системы и схемы семеноводства картофеля в России и зарубежных странах
Семеноводство в странах с развитым картофелеводством в последние годы стало самостоятельной отраслью. Ведут ее специализированные семеноводческие фирмы, часто связанные с крупными вертикально интегрированными картофелеводческими компаниями. Размножение семенного материала осуществляют в так называемых закрытых специализированных зонах с почвенно-климатическими условиями, обеспечивающими максимальное проявление сортовых признаков и получения здорового от всех видов болезней (прежде всего вирусных) посадочного материала.
В каждой стране система семеноводства имеет свои особенности. В Нидерландах посадки семенного картофеля размещают на польдерах в северной прибрежной зоне от Амстердама до границы Германии. Производство семенного картофеля основано на системе клоновой селекции с основным размножением в течение пяти лет. Часть производителей получают свои базовые растения или клубни из фонда, поддерживаемого в стерильной культуре в лабораторных условиях. Третье, четвертое и пятое поколения могут быть классифицированы в качестве класса S, при условии, что данный материал удовлетворяет установленным требованиям. Семенной картофель подразделяется на две категории с последующим делением на классы:
-базовый семенной фонд (BS): Классы S, SE и E;
-сертифицированный семенной фонд (СS): Классы А и В.
Схематично система классификации семенного материала выглядит следующим образом: базовое растение или клубни, полученные на основе культуры ткани клон 1-го года (1-й год) клон 2-го года (2-й год) S-клон 3-го года (3-й год) S-клон 4-го года (4-й год) S-клон 5-го года (5-й год) SE - суперэлита (6-й год) Е - элита (7-й год) А - сертифицированный материал, I репродукция (8-й год) В- сертифицированный материал, II репродукция (9-й год). Семенной материал классов Е и А экспортируют, а также продают фермерам для производства товарной продукции (Схиппер, 2009).
В США семеноводством занимаются в 19 штатах, где ежегодно отводят около 70-73 тыс. га посадок под семенной картофель. Около 80% этих площадей сосредоточено в пяти штатах: Айдахо, Мэн, Северная Дакота, Миннесота и Висконсин. Фермеры, специализирующиеся на производстве семенного картофеля, как правило, не возделывают товарного потребительского, а фермеры, производящие товарный картофель, не выращивают семенной, его они получают по договорам в специализированных семеноводческих предприятиях. Основная схема производства семенного картофеля выглядит следующим образом: суперэлита - отбор клонов и испытание всех растений ИФА и ПЦР методом элита I - испытание всех растений клонов 1-го года ИФА оценкой с визуальной проверкой в полевых условиях (1-й год) элита II - испытание 10% растений клонов 2-го года ИФА оценкой с визуальной проверкой в полевых условиях (2-й год) элита III - испытание клонов 3-го года ИФА оценкой в полевых условиях (3-й год) класс В - базисный картофель, основной семенной фонд, передаваемый семеноводческим фермам, испытание до 100 растений/га ИФА методом и визуальной проверкой в полевых условиях (4-й год) класс С - сертифицированный картофель, размножаемый на семеноводческих фермах (5-й год) сертифицированный семенной материал для товарных посадок. Семенной сертифицированный картофель фермеры закупают под стандартным названием “Семенной картофель № 1 США”.
В Великобритании основные посадки семенного картофеля расположены в Шотландии, где существуют наиболее благоприятные условия для его размножения: пониженные температуры летом (15-16oС), обильные осадки и частые ветры, препятствующие переносу вирусов тлями. Принята 10-ти летняя схема семеноводства картофеля. Высшая категория семян - клоновый материал класса VTSC, который включает пять поколений: VTSC 1 - выращивают 5-10 клубней каждого клона, полученного от черенка материнского растения, и каждое растение оценивают визуальным, ИФА, ПЦР и индикаторным методами (1-й год) VTSC 2 - выращивают 50-100 клубней каждого клона отдельно и оценивают чистосортность и отсутствие инфекции у каждого растения (2-й год) VTSC 3 -производят 500-1000 клубней каждого клона отдельно на площади, минимальный размер которой не менее 0,25 га, и визуально дважды за вегетацию оценивают все растения (1500 на 1га) ИФА, ПЦР и индикаторным методами (3-й год) VTSC 4 -выращивают 50-100 тыс. растений на объединенном участке и визуально (дважды) оценивают все растения (750 на 1 га) ИФА, ПЦР и индикаторным методами 4-й год) VTSC 5 - техника размножения та же, на ИФА и ПЦР анализы берут 250 растений/га (5-й год). На 6-й год семена класса VTSC 5 переходят в более низкую категорию - класс FS (базисный материал) и производятся в этом классе в течение четырех лет: FS 1 (6-й год) - FS 4 (9-й год). На 10-й год семена FS 4 переходят в класс А при чистосортности посадок не ниже 99,9% и наличии в растениях инфекции на соответствующем уровне. В этом классе посадочный материал может находиться продолжительное время в зависимости от распространения и наличия инфекции(Ерохова, 2015).
Во Франции семеноводство картофеля сконцентрировано на севере и северо-востоке страны. Свыше 60% площадей под семенным картофелем сосредоточено в Бретани, около 35% - в северных районах и 5% - в центральных. Основные вопросы организации семеноводства картофеля решает Национальная федерация производителей посадочного материала. Выращивание здорового исходного материала и его размножение сосредоточено на станции Национальной федерации, расположенной в Ландерно. Здесь ежегодно закладывают два первичных питомника F0 и F1, где выращивают и оценивают весь исходный материал, который затем Национальная федерация распределяет между производителями для размножения до класса элита. Питомник F0 (питомник отбора исходных растений) создают ежегодно для всех сортов, включенных в каталог с учетом программы производства посадочного материала каждого сорта. Отобранные клубни для питомника F0 проверяют полностью, а в питомниках клонов F1 берут контрольные пробы. Проверенный исходный материал из питомника F1 передают для размножения в питомники F2 и F3. Продукцию из питомников F2 и F3 после уборки в поле помещают в контейнеры вместимостью 500 кг и отправляют на линию, где клубни моют, сортируют и калибруют, обрабатывают фунгицидами против болезней в период хранения. На этой же линии обсушивают клубни и упаковывают в контейнеры. По существующей схеме семеноводства от отбора исходных клубней до получения элиты проходит 5-8 лет. Классы SE (суперэлита) и Е (элита) присваивают согласно качеству посадочного материала. Для товарных посадок используют семенной картофель классов А и В, т.е. сертифицированный материал.
Организация производства семенного картофеля в Польше основана на научном определении так называемых районов его вырождения. Вся территория страны разделена на четыре зоны по степени опасности поражения вирусными болезнями. Наименее опасная - первая зона, наиболее опасная - четвертая. Производство семенного картофеля ведется в закрытых районах, которые представляют собой комплекс сельскохозяйственных угодий государственных или кооперативных хозяйств и станций по картофелю. Границей закрытого района служит изолирующая полоса (лес, река, луг). Исходный материал отбирают в поле. При отсутствии здоровых клубней используют культуру верхушечной меристемы. Существует 9-ти летняя схема семеноводства картофеля: клоны А (1-й год) клоны В (2-й год) клоны С (3-й год) супер-суперэлита (4-й год) суперэлита (5-й год) элита (6-й год) класс 0 - I репродукция (7-й год) класс А - II репродукция (8-й год) класс В - III репродукция (9-й год). В полевых условиях строго выбраковываются клоны пораженные болезнями. Маточный материал (супер-суперэлита) практически свободен от вирусов.
В Республике Беларусь принята 9-ти летняя схема семеноводства по картофелю и выглядит она следующим образом (http://aw.belal.by/Galleries/potato/present/001.pdf):
Оригинальное семеноводство
1-й год размножения - 1-е клубневое поколение
2-й год размножения - питомник предварительного размножения (ППР)
3-й год размножения - питомник исходного материала (ПИМ)
Семеноводство высших репродукций (элитное)
4-й год размножения - суперсуперэлита
5-й год размножения - суперэлита
6-й год размножения - элита
Репродукционное семеноводство
7-й год размножения - 1-я репродукция
8-й год размножения - 2-я репродукция
9-й год размножения - 3-я репродукция
Оптимизация технологии селекции сортов картофеля для условий Средневолжского региона
Картофель в Среднем Поволжье традиционно относится к числу важнейших сельскохозяйственных культур и используется, прежде всего, на продовольствие, а также для переработки и кормовых целей.
Характер почвенно-климатических условий Средневолжского региона и, в частности, Самарской области предполагает повышенную стрессовую нагрузку на растения картофеля в период вегетации (высокая температура воздуха, почвенная и воздушная засуха, повышенный инфекционный фон). При этом основными лимитирующими факторами, сдерживающими рост урожайности, являются высокая температура воздуха и недостаточное увлажнение, что ведёт к широкому распространению вирусных и грибковых заболеваний и в первую очередь вирусов Х и Y – одних из наиболее вредоносных патогенов картофеля.
Постоянное улучшение качества сортового пакета – необходимое условие интенсификации картофелеводства. Вместе с тем многие из районированных сортов картофеля недостаточно адаптированы к указанным условиям, что приводит к потерям урожайности и её широкой вариабельности по годам. Поэтому приобретают актуальность вопросы создания новых сортов, обладающих высоким адаптивным потенциалом к местным агроэкологическим условиям и сочетающих высокую продуктивность, высокую полевую устойчивость к заболеваниям и раннее накопление товарного урожая. Кроме того, на современном потребительском рынке существенно изменилось отношение к картофелю. Покупатели заинтересованы в хороших столовых сортах с нетемнеющей мякотью, высокой развариваемостью и вкусовыми качествами. Таким образом, на современном этапе весьма актуальным является создание и внедрение отечественных столовых сортов картофеля с высокими потребительскими качествами клубней, способных противостоять воздействию неблагоприятных абиотических и биотических факторов среды, что позволит полнее удовлетворять потребность населения в качественном картофеле.
Современная модель оптимального сорта картофеля включает до 50 различных признаков. Сортов, полностью отвечающих всем требуемым параметрам, не существует. Однако для каждого региона возделывания возможно определить приоритетные параметры сорта, основываясь на основных лимитирующих факторах урожайности и на допустимых уровнях морфологических и хозяйственных признаков.
В ходе многолетних исследований выявлены приоритетные параметры модели сорта картофеля для агроэкологических условий Средневолжского региона и, в частности, Самарской области: группа спелости и высокая полевая устойчивость к вирусным заболеваниям, в первую очередь - к Y-вирусу картофеля.
Скороспелость – 70-100 дней от всходов до уборки (среднеранние и среднеспелые сорта). Сорта картофеля среднеранней группы в местных агроэкологических условиях имеют преимущество по комплексу хозяйственно-ценных признаков над сортами других групп спелости. Это связано с тем, что среднеранние сорта полнее используют климатический потенциал для накопления товарного урожая. Раннеспелые сорта, как правило, менее устойчивы к вирусным и грибковым заболеваниям, короткий период вегетации не позволяет им накопить достаточный урожай до начала увядания ботвы, особенно в засушливые годы. У среднеспелых сортов формирование клубней приходится на конец июля – начало августа, в этот период обычно отмечаются максимальная среднесуточная температура и очень небольшое количество осадков и, кроме того, начинается массовое распространение грибковых заболеваний, особенно макроспориоза. Тем не менее, часть сортов этих групп спелости выделяется по комплексу хозяйствнно-ценных признаков и способна формировать приемлемый уровень урожайности. Согласно исследованиям К. З. Будина (1986), установлены 4 фазы развития картофельного растения в онтогенезе. В Самарском НИИСХ гибридный материал конкурсного испытания классифицировался по интенсивности накопления урожая на основании длительности третьей (от появления завязи клубней до прекращения роста ботвы) и четвёртой (от прекращения роста ботвы до её отмирания) фаз развития растений (Бакунов, 2009). За начало роста клубней принят момент начала цветения, за окончание роста клубней – момент начала отмирания ботвы. Общая длительность этих двух фаз была принята за период роста клубней. По длительности периода роста клубней гибриды конкурсного испытания разделены на три группы: с коротким периодом (до 30 суток), со средним периодом (30-40 суток), с продолжительным периодом (более 40 суток).
Установлено, что большинство гибридов относились к группе 2 со средним по длительности и интенсивности периодом накопления массы клубней – 35,7 суток. Именно в этой группе отмечена максимальная средняя урожайность – 257,4 ц/га. Сорта и гибриды первой группы отличались коротким, но интенсивным накоплением массы клубней (в среднем 24,9 суток), но их окончательная урожайность в среднем по группе составила 237,2 ц/га, на 20,2 ц/га меньше, чем в группе 2.
Сравнение результатов фенологических наблюдений с результатами пробных копок, показало довольно удовлетворительное сходство. Так, в группу 2 с максимальной урожайностью попали преимущественно среднеранние формы, а также несколько среднеспелых с периодом роста клубней 36-40 суток, а в группу 3 преимущественно среднеспелые и среднепоздние гибриды.
Проведенная оценка 43 сортообразцов различного происхождения также выявила существенные различия по урожайности и её компонентам среди различных групп спелости (Бакунов, Дмитриева, 2014 a). Так, максимальную среднюю урожайность имела группа среднеранних сортов (1012 г/куст). Средняя урожайность ранних сортов составила 960 г/куст, среднеспелых – 865,4 г/куст, среднепоздних и поздних – 476 г/куст (таблица 5 ).
В среднеранней и среднеспелой группах различные сорта формировали товарный урожай за счёт разных компонентов урожайности. Так, количество клубней на куст было определяющим для сортов Чародей и Янка (19,5 и 18,7 клубней на куст при массе клубня 77 и 81,3 г. соответственно), средняя масса клубня – для сортов Бриз, Башкирский (11 и 8,5 клубней на куст при массе клубня 105,5 и 120 г. соответственно. В целом среднеранние и среднеспелые сорта отличались достаточно оптимальным средним соотношением количества и массы клубней. При этом минимальная вариабельность по количеству клубней на куст отмечена у раннеспелых и среднепоздних сортов (стабильно небольшое количество клубней), а по средней массе клубня – у среднеранних сортов. Средняя крахмалистость среднеранних, среднеспелых и среднепоздних сортов была практически идентичной, группа раннеспелых сортов уступала по этому показателю в среднем на 1,5%. Минимальная вариабельность признака отмечена в среднеранней группе, где коэффициент вариации составил 12,29%.
Таким образом, показано преимущество в местных агроэкологических условиях среднеранних сортов над сортами других групп спелости по урожайности и её компонентам, а также по крахмалистости клубней.
Устойчивость к Y вирусу - очень высокая или высокая полевая устойчивость к наиболее вредоносному в регионе фитопатогенному вирусу Y, на уровне 9-7 баллов по 9-балльной шкале, либо наличие иммунитета к этому патогену. Пораженность растений картофеля морщинистой и полосчатой мозаиками, вызываемым вирусом Y в агроэкологических условиях Самарской области ведет к наиболее существенному снижению урожайности культуры. Установлено, что в условиях Самарской области урожайность сорта в наибольшей степени обусловлена его полевой устойчивостью к вирусным заболеваниям (Бакунов,Дмитриева, 2014 b).
Рост и развитие меристемный растений in vitro в зависимости от плотности питательной среды
Одним из самых дорогостоящих компонентов питательной среды для микроклонального размножения картофеля является агар, получаемый путем экстрагирования из красных и бурых водорослей и образующий в растворах плотный студень. При этом в промышленных масштабах производятся сотни тысяч меристемных растений картофеля в год.
Были изучены рост и развитие растений картофеля в меристемной культуре при использовании пониженных концентрации агара в питательной среде Мурасиге-Скуга.
Двухфакторный дисперсионный анализ полученных результатов выявил достоверность различий по изучаемым показателям, как между различными генотипами, так и между различными концентрациями агара в питательной среде. Максимальное влияние на изменчивость длины растений оказывала концентрация агара в питательной среде. Вклад этого фактора в варьирование признака составил 52,0%, тогда как вклад генотипа был 18,1%, а взаимодействия указанных факторов – 29,9%. Установлено, что средняя длина меристемных растений картофеля в варианте опыта с концентрацией агара 4,5 г/л и в контрольном варианте (7 г/л) достоверно превосходила длину растений в варианте с концентрацией 3 г/л. При этом между вариантами 2 и 3 по этому показателю достоверных различий не выявлено, средняя длина растений составила 5,454 и 5,574 см соответственно (таблица 16).
Анализ длины растений по сортам также выявил у большинства из них достоверное превосходство этого показателя в вариантах 2 (4,5 г/л) и 3 (контроль) над вариантом 1 (3 г/л) и отсутствие достоверных различий между вариантами 2 и 3. Однако у сортов Жигулевский, Жуковский ранний и Метеор выявлена специфическая реакция на изменение концентрации агара. Так, длина растений сорта Жигулевский была достоверно выше при концентрации агара 4,5 г/л, сорта Жуковский ранний – напротив, в контрольном варианте, а растения сорта Метеор достоверно не различались по этому параметру во всех вариантах опыта (таблица 16).
Таким образом, предварительно показано, что снижение концентрации агара в питательной среде Мурасиге-Скуга до 4,5 г/л в целом не влияет на интенсивность роста меристемных растений картофеля, но использовать такую среду возможно только после изучения реакции каждого конкретного сорта.
Аналогичные результаты получены при оценке количества листьев на одно растение. Однако максимальное влияние на изменчивость признака в этом случае оказывал генотип (73,5%), вклад состава питательной среды был лишь 7,8%, а взаимодействия факторов – 18,7%. Среднее количество листьев на одно растение картофеля в варианте опыта с концентрацией агара 4,5 г/л и в контрольном варианте (7 г/л) достоверно превосходило среднее количество листьев в варианте с концентрацией 3 г/л. Между вариантами 2 и 3 по этому показателю достоверных различий не выявлено, так же как и по параметру длины растений. Среднее количество листьев составило 5,524 и 5,515 см соответственно (таблица 19).
Ни у одного из сортов не выявлено достоверного различия по количеству листьев в вариантах 4,5 г/л и 7 г/л (контроль). При этом сорта Ильинский, Невский, Удача, Крепыш, Чародей и Метеор не имели значимых различий по этому показателю во всех трех вариантах опыта, а сорта Жигулевский и Жуковский ранний сформировали достоверно меньшее количество листьев в варианте 1 (концентрация агара 3 г/л) (таблица 17).
Таким образом, экспериментально показана возможность выращивания растений картофеля в меристемной культуре при концентрации агара в питательной среде Мурасиге-Скуга, сниженной до 4,5 г/л. В этом варианте опыта не выявлено достоверных различий с контрольным вариантом как по длине растений, так и по количеству сформированных листьев. Концентрация агар-агара оказывала максимальное влияние на изменчивость длины меристемных растений картофеля. На рост и развитие меристемных растений картофеля также влияют генотипические особенности сорта, поэтому использование питательной среды со сниженной концентрацией агара рекомендуется после изучения реакции каждого конкретного сорта на изменение данного фактора.
Прерывание периода покоя свежеубранных мини клубней картофеля
Достоверное превышение этого показателя у миниклубней, выращенных на аэропонике, вероятно, связано с более оптимальными условиями питания растений на аэропонных установках в сравнении с установкой КД-10. 4.6. Прерывание периода покоя свежеубранных мини клубней картофеля Важнейшим преимуществом использования биотехнологических установок при производстве безвирусных мини клубней является круглогодичность технологического процесса. Потенциальная годовая загрузка биотехнологических модулей составляет не менее трех вегетаций. Однако в этом случае миниклубни, произведенные в весеннем цикле производства, к моменту посадки в питомник первого полевого поколения могут не пройти период биологического покоя, что существенно скажется на их дальнейшей продуктивности и рентабельности производства. Нами были исследованы различные приемы стимуляции миниклубней картофеля для досрочного прерывания периода покоя.
Для обработки свежеубранных миниклубней использовались растворы следующих коммерческих препаратов: Гиббереллин, Эпин-экстра, Мивал-агро и Гуми. Миниклубни замачивались в указанных растворах в течение 30 минут, в двух повторностях на каждом варианте. Далее миниклубни проращивались в течение месяца в затемненном помещении при температуре воздуха 18-20С и относительной влажности воздуха 70-75%.
Дисперсионный анализ полученных данных показал, что достоверное превосходство над контрольным вариантом по количеству вышедших из периода покоя миниклубней во все сроки учета выявлено в варианте с использованием гиббереллина в концентрации 2 мг/л. При обработке раствором гиббереллина в концентрации 2 мг/л уже через неделю после закладки опыта вышли из периода покоя в среднем по повторностям 40 миниклубней (80%), а при втором учете прорастать начали все миниклубни (таблица 22).
Высокая динамика прорастания первые две недели отмечена также в варианте с замачиванием миниклубней в растворе гиббереллина с концентрацией 8 мг/л. В этом случае при первом учете из периода покоя вышли 52% миниклубней, при втором – 80%, однако к последнему учету этот показатель составлял лишь 92% (46 штук) (табл. 19).
В варианте 1 с использованием гиббереллина в концентрации 1 мг/л большая часть миниклубней начала выходить из периода покоя во вторую неделю опыта, ко второму учету количество проросших миниклубней достигло 37 штук (74%), а в конце третьей недели из периода покоя вышли все миниклубни.
При обработке миниклубней гиббереллином в концентрациях 4 мг/л, 6 мг/л, 10 мг/л, а также препаратами Эпин экстра, Гуми и Мивал-агро приемлемых результатов получено не было. Так, в вариантах 3 (4мг/л гиббереллина) и 8 (Гуми, 60 мл/л) количество вышедших из периода покоя миниклубней к окончанию опыта составило 74 и 72% соответственно, что на уровне контрольного варианта. В остальных вариантах опыта этот показатель был существенно ниже контрольного. При обработке миниклубней раствором гиббереллина в концентрации 10 мг/л при последнем учете выявлено лишь 52% проросших, причем в последние две недели опыта увеличения их количества не происходило. В вариантах 4 (гиббереллин, 6 мг/л), 7 (Эпин экстра) и 9 (Мивал-агро) в течение всего опыта из периода покоя вышли менее половины миниклубней.
Таким образом, растворы гиббереллина в концентрациях 2 мг/л и 1 мг/л являются оптимальными для обработки миниклубней картофеля с целью досрочного прерывания периода покоя. Максимальная эффективность достигается при концентрации гиббереллина 2 мг/л, при которой через неделю после обработки период покоя прерывают 80% миниклубней, а через две недели – 100%.
Производственную проверку результатов исследований проводили в ООО «Биолаб». Экономическую эффективность результатов исследований рассчитывали исходя из цен на компоненты питательной среды и электроэнергию на 2017 год.
Затраты на компоненты питательной среды, исключая агар, при производстве 1000 меристемных растений картофеля составили : при использовании стандартной среды МС 12,04 руб , при замене стандартных компонентов среды акварином в концентрации 2 г/л – 0,67 руб, а в концентрации 1,5 г/л – 0,50 руб. Таким образом рентабельность при использовании акварина составила соответственно 94,4% и 95,8%(таблица 23)
Снижение концентрации агара в питательной среде Мурасиге – Скуга до 4,5 г/л позволило снизить затраты на производство 1000 растений картофеля с 525,0 до 337,5 рублей. При этом рентабельность составила 35,7 % , (таблица 24). Использование агара в концентрации 3 г/л хотя и ведет к дальнейшему уменьшению затрат на компаненты питательной среды, но при этом отрицательно сказывается на качестве получаемых растений.