Главная / Статьи / Овощеводство / Оздоровление семенного материала картофеля биотехнологическими методами

Оздоровление семенного материала картофеля биотехнологическими методами

Оздоровление семенного материала картофеля биотехнологическими методами

Картофель (Solanum tuberosum L.) – четвертая по значимости культура в мире после кукурузы, риса и пшеницы, которая культивируется для прямого потребления, производства продуктов переработки, таких как чипсы или картофель фри, для индустриального производства крахмала и его производных, а также в качестве корма для животных. Картофель – одна из ведущих сельскохозяйственный культур в нашей стране, входит в число основных продуктов питания у населения.

В структуре посевных площадей на долю картофеля приходится 43% всех земель, занятых для выращивания плодоовощной продукции. Посевные площади картофеля в Казахстане составляют около 170 тыс. га и сосредоточены в Северо-Казахстанской, Восточно-Казахстанской, Алматинской и Акмолинской областях. Ежегодно в республике производится около 2,76 млн тонн картофеля. Урожайность культуры составляет около 160 ц/га. Низкая урожайность связана с тем, что картофель сильно повреждается вирусной инфекцией.

Картофель относится к основному виду Solanum tuberosum L. семейства Solanaceae, является многолетним травянистым растением, но в культуре его используют как однолетнее, так как весь его жизненный цикл, начиная от прорастания и до образования и развития новых клубней, проходит в один вегетационный период. Размножают картофель вегетативным путем – клубнями, ростками, черенками. Размножение семенами, в основном, происходит при выведении новых сортов.

Картофель является одним из важнейших продуктов питания. В его клубнях содержится много крахмала, а также имеется белок, жир и другие вещества, которые необходимы человеку. В клубнях сосредоточено особенно много витамина С, а также витамины А, В1, В2, В6, Р, D, РР, Н и К.

Клубни картофеля содержат намного больше питательных веществ, чем другие овощные культуры, и поэтому благоприятны для обитания многих патогенных микроорганизмов, поражающих ботву в период вегетации и клубни при хранении. Одной из причин широкого распространения вирусных болезней является то, что картофель относится к вегетативно размножаемым культурам. Из-за поражения вирусами снижается урожайность многих ценных сортов картофеля в 2-2,2 раза, из-за этого они снимаются с производства. Ни у одной из полевых культур качество семенного материала, особенно поражаемость болезнями, не сказывается так сильно на урожае, как у картофеля. Согласно данным Организации по сельскохозяйственным вопросам и продовольствию при ООН (ФАО), мировые потери урожая картофеля от болезней ежегодно составляют около 90 млн тонн. Наиболее вредоносными из всех типов болезней являются вирусные болезни картофеля, которые могут привести к полной потере урожая.

Известно 30 видов вирусов, которые поражают эту культуру. Вирусы, паразитирующие на картофеле, нарушают метаболизм в клетках растения-хозяина и вызывают необратимые изменения, которые приводят к поражению паренхимных тканей листьев и стеблей, а также сосудов флоэмы. В растениях, пораженных вирусной инфекцией, нарушается жизнедеятельность клетки, образуется большое количество вирусных частиц, что приводит к резкому усилению или подавлению физиологических процессов, вызывающих истощение или гибель клеток. У зараженных вирусом растений, усиливается транспирация, снижается поглотительная способность корней, в связи с этим, растения не могут эффективно использовать влагу и минеральное питание.

В настоящее время в Казахстане наибольшее распространение получили вирусы картофеля PVX, PVY, PVS, PVM и PLRV. Наиболее распространены такие вирусные болезни как полосчатая мозаика, закручивание листьев, крапчатая мозаика, столбурное увядание и готика. При поражении вирусами происходит вырождение картофеля, ухудшение пищевой и сырьевой ценности клубней, что приводит к снижению урожайности на 20-80%.

Оздоровление семенного материала картофеля биотехнологическими методами Одна из основных задач, которая стоит сегодня перед картофелеводами республики, – это повышение урожайности данной культуры при использовании оздоровленного семенного материала. В хозяйствах постепенно осваиваются современные методы ведения элитного семеноводства с применением биотехнологических методов оздоровления сортов от вирусных инфекций, клонального размножения растений, а также с использованием различных технологий массового получения безвирусных мини-клубней в качестве исходного материала для элитного семеноводства картофеля.

При использовании биотехнологических методов в первичном семеноводстве для оздоровления посадочного материала от вирусной инфекции, в основном, используют апикальную меристему (меристема, закладывающаяся на верхушке побега и корня; апикальные меристемы обеспечивают рост растения в длину – прим.ред.).

Оздоровление посадочного семенного материала картофеля состоит из следующих этапов:

— подготовка клубней для вычленения апикальных меристем;

— вычленение апикальных меристем;

— микроклональное размножение пробирочных растений;

— выращивание растений в теплице на аэропонных и гидропонных установках для получения мини-клубней;

— получение первой репродукции безвирусного материала в открытом грунте;

— размножение безвирусного посадочного материала в питомниках размножения.

Сотрудниками лаборатории биотехнологии и селекции растений Национального центра биотехнологии Республики Казахстан с 2004 года проводится работа по получению безвирусного семенного материала картофеля биотехнологическими методами для повышения урожайности этой культуры.

Известно, что вирусные болезни поражают картофель, но они слабо развиваются в верхушечных точках роста – апикальных меристемах. В своей работе для получения безвирусных пробирочных растений ученые использовали метод апикальной или верхушечной меристемы. Верхушечную меристему размером около 100-200 мкм выделили из ростков клубней картофеля. Перед этим предварительно провели термотерапию – проращивали клубни картофеля в термостате при температуре 37оС в течение трех недель. В результате проращивания, в темноте появлялись этиолированные проростки, из которых вычленили апикальную меристему 6 районированных в Акмолинской области сортов картофеля (Шагалалы, Фреско, Фирменный, Кокчетавский ранний, Невский и Казахстанский) в количестве 89 пробирочных растений. После этого культивировали апикальные меристемы в питательной среде Мурасиге и Скуга.

Полученные меристемные растения были протестированы на вирусную инфекцию методом полимеразной цепной реакции (ПЦР) и иммуноферментного анализа (ИФА). При использовании методов ПЦР и ИФА можно выявить вирусную инфекцию уже при первом тестировании меристемных растений и дальше не проводить микрочеренкование зараженных линий.

Диагностика меристемных линий картофеля на содержание вируса методом ПЦР включала следующие этапы:

— пробоподготовку;

— реакцию обратной транскрипции – синтез к ДНК;

— ПЦР-амплификацию специфической последовательности;

— визуализацию продуктов ПЦР.

При анализе меристемных линий картофеля с праймерами к вирусу PVX в положительном контроле амплифицировался (амплификация – увеличение числа копий ДНК – прим.ред.) продукт с длиной ампликона 250 п.н. Протестированные меристемные линии картофеля не содержали данный фрагмент, что показало отсутствие вируса PVХ в данных линиях. В протестированных методом ПЦР пробирочных растениях не были обнаружены вирусы PVX, PVY, PVS, PVM. Эти линии в дальнейшем размножали для получения пробирочных растений картофеля.

Оздоровление семенного материала картофеля биотехнологическими методами Также методом ИФА протестировали 80 меристемных линий сортов картофеля, районированных в Акмолинской области (Шагалалы, Фреско, Фирменный, Кокчетавский ранний, Невский и Казахстанский), в основном, в образцах были обнаружены вирусы PVM и PVS, из них 56 меристемных линий были чистыми от вирусной инфекции. Эти чистые линии в дальнейшем микроклонально размножали и высаживали в пленочную теплицу и аэропонную установку.

Меристемные линии были микроклонально размножены для получения мини-клубней двумя методами – высадка пробирочных растений в пленочную теплицу и аэропонную установку (рис. 1).

Микроклонально размноженные растения выращивали в пробирках на световой установке с регулируемым светопериодом: 16 часов – день, 8 часов – ночь. В результате микроклонального размножения получено 2 508 пробирочных растений.

Оздоровление семенного материала картофеля биотехнологическими методами После размножения безвирусных пробирочных растений картофеля в культуре in vitro ученым необходимо было получить мини-клубни таким образом, чтобы растения не заразились вирусными болезнями. Для этого был использован метод размножения растений в закрытых помещениях – в пленочной теплице и аэропонной установке «Урожай 9000». Безвирусные пробирочные растения были высажены в пленочную теплицу ТОО «НАЦ Биомедпрепарат», расположенную в Карагандинской области (рис. 2, 3). Пробирочные растения извлекали из пробирок и высаживали в почву с мая по июнь, в один или два срока. Схема посадки безвирусных растений картофеля – 35 х 15 см. Для приживаемости высаженные растения накрывали прозрачными пластиковыми стаканами.

Оздоровление семенного материала картофеля биотехнологическими методами По разработанной технологии было проведено выращивание безвирусных пробирочных растений, в которых водообеспечение и минеральное питание осуществлялось за счет циркуляции питательного раствора по емкостям системы, где происходило периодическое орошение корневой системы, а в паузах между подачей раствора обеспечивалась аэрация (рис. 4).

В аэропонной установке растения картофеля выращивались в три этапа: 1 этап – укоренение и интенсивный рост надземной биомассы; 2 этап – рост надземной биомассы и индукция клубнеообразования; 3 этап – интенсивное клубнеобразование, сбор мини-клубней кондиционного размер. Для каждого этапа культивирования были подобраны уникальные параметры.

Оздоровление семенного материала картофеля биотехнологическими методами Для получения безвирусного семенного материала картофеля «супер-супер элиты» и «супер элиты» высаживались мини-клубни и клубни в полевые питомники размножения 1-го и 2-го года. Мини-клубни сажали по следующей схеме: междурядья – 75 см, расстояние между мини-клубнями в ряду – 10 см или 24 см, длина ряда – 100 метров. Посадку проводили вручную и картофелесажалкой, в зависимости от фракции клубней. В питомник размножения 1-го года для получения «супер-супер элитных» семян было высажено 4 820 мини-клубней сорта Невский, в питомник размножения 2-го года высадили 3 500 клубней «супер-супер элиты».

В настоящее время проводится внедрение технологии по производству элитных семян картофеля, оздоровленных от вирусной инфекции биотехнологическими методами в Акмолинской области.

Смотрите также

1405581359_vegetable1.jpg

Уплотненные или смешанные посевы овощных культур

Многие сельхозпроизводители уже давно знакомы с технологией уплотненных посевов овощных культур. Так полнее используется плодородная, ...

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *