Влияние спектрального состава света на рост и развитие растений-регенерантов винограда в период адаптации к условиям in vitro

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Влияние спектрального состава света на рост и развитие растений-регенерантов винограда в период адаптации к условиям in vitro

Т.В. Никонович, А.В. Левый, В.В. Французенок

Аннотация

В статье приведены результаты исследований влияния спектрального состава света на адаптационную способность клонов винограда к нестерильным условиям. Выявлено, что полихромный белый свет светодиодов в большей степени способствует росту и развитию растений-регенерантов винограда сортов Гайлюне и Шасла Гайлюнаса в период переноса в условия in vivo, чем спектр белого света люминесцентной лампы, красных, желтых, зеленых и синих лучей светодиодов.

Введение

Спектральный состав является одной из основных характеристик света - важнейшего фактора, влияющего на жизненные процессы фотосинтезирующих организмов. Новые возможности и направления в области оптимизации светового режима объектов биотехнологических исследований, в том числе и винограда, открылись благодаря передовому достижению полупроводниковой технологии - светодиодному освещению, которое сегодня позволяет получать свет с различными спектральными характеристиками без применения светофильтров [6, 9].

Во время адаптации к условиям in vivo растения-регенеранты винограда испытывают значительный стресс. В этот период они наиболее уязвимы и чувствительны к факторам внешней среды, в том числе и к качеству фотосинтетически активной радиации (ФАР), что делает их удобным объектом для проведения исследований по данной тематике.

Цель нашей работы заключалась в изучении влияния спектрального состава света на рост и развитие растений-регенерантов винограда в период адаптации к условиям in vivo.

Для достижения поставленной цели требовалось решить следующие задачи:

- ввести растения винограда в культуру in vitro;

- путем микроразмножения получить достаточное количество клонов винограда для проведения основной части эксперимента;

- осуществить перенос растений-регенерантов в условия in vivo, применив поли- и монохромные источники излучения.

1. Анализ источников

Обстоятельные исследования влияния спектрального состава света стали возможными лишь начиная с середины 1950-х годов, когда появились источники света, способные обеспечить выращивание растений вплоть до получения конечного урожая в отдельных областях фар [7].

Исследования по данной теме проводятся и в наши дни. Новые открытия расширяют круг вопросов. Одной из актуальных экологических и технических проблем в области пилотируемой космонавтики в настоящее время является создание для небольших коллективов людей в изолированных отсеках регенерационных биолого-технических систем жизнеобеспечения. В связи с чем в условиях космической оранжереи были проведены синхронные опыты по изучению роста и развития пекинской капусты при освещении посевов комбинированным светом от красных (660 нм) и синих (470 нм) светодиодов. В контрольном варианте растения освещали люминесцентными лампами белого света. Результаты опытов показали, что растения, выращенные под светодиодным светильником, не отличались от контрольных растений по продуктивности. Выращивание растений под светодиодами при соотношении мощностей красного и синего световых потоков 4:1 привело к значительному повышению устойчивости к патогенной и условно патогенной микрофлоре [4].

Различия суждений исследователей о воздействии излучений различного спектрального состава на растения можно объяснить тем, что сроки и условия проведения опытов, а также объекты исследований в каждом конкретном случае индивидуальны, получаемые данные являются интегральными результатами взаимодействия множества переменных. Следовательно, расхождение результатов не обязательно свидетельствует об ошибочности взглядов одной из сторон. Следует обратить внимание на неучтенные факторы, наличие или отсутствие которых оказывает значительное влияние на понимание исследуемого вопроса.

2. Методы исследования

Эксперименты, представленные в данной работе, были проведены в 2011-2012 гг. на кафедре сельскохозяйственной биотехнологии и экологии БГСХА, которая оснащена необходимым оборудованием. Объектами исследований служили сорта винограда Гайлюне и Шасла Гайлюнаса.

На первом этапе - этапе введения в культуру in vitro - в качестве исходных эксплантов использовались зеленые побеги, полученные на маточных растениях винограда указанных сортов. Стерилизация эксплантов проводилась 5%-ным раствором гипохлорита кальция в течение 20 минут. Экспланты винограда высаживались в пробирки с питательной средой Мурасиге и Скуга, уменьшенной наполовину по основному составу (ЅМС). Культивирование осуществлялось в световой комнате, где поддерживалась температура 24-26^оС, относительная влажность воздуха 70%, при 16-часовом освещении люминесцентными лампами дневного света марки OSRAM L 36W/765 Cool Daylight с интенсивностью 2500 лк.

Далее на этапе собственно микроразмножения растения-регенеранты были разделены на микрочеренки, представляющие собой участок побега с одним листом, и высажены на питательные среды ЅМС. Условия культивирования аналогичны предыдущему этапу. По истечении 50-ти суток мы получили достаточное количество материала для проведения основной части эксперимента.

Клоны, имеющие не менее пяти листьев и развитую корневую систему, высаживались в емкости объемом по 200 мл в грунт, состоящий из биогумуса и торфа. При извлечении растений из пробирок корни легко отделялись от питательной среды, отмывание корневой системы не проводилось. Емкости с высаженными и обильно политыми растениями незамедлительно накрывались прозрачными пластиковыми изоляторами, где путем опрыскивания растений из пульверизатора поддерживалась влажность на уровне 100%. По истечении десяти суток опрыскивание растений прекращалось. Через четверо суток после прекращения опрыскивания изоляторы с растений снимались. Дальнейшее культивирование осуществлялось при относительной влажности воздуха 70% в течение семи дней.

На этапе переноса пробирочных растений в нестерильные условия в качестве источников света использовались светодиодные ленты: RT-2 5000 12v White (3528,300 LED LUX) - полихромный белый свет (далее белый с.); RT-2 5000 12v RED (3528,300 LED LUX) - условно монохромный красный свет, длина волны 625 нм (далее красный свет); RT-2 5000 12v Yellow (3528,300 LED LUX) - условно монохромный желтый свет, длина волны 585 нм (далее желтый свет); RT-2 5000 12v Green (3528,300 LED LUX) - условно монохромный зеленый свет, длина волны 525 нм (далее зеленый свет); RT-2 5000 12v Blue (3528,300 LED LUX) - условно монохромный синий свет, длина волны 470 нм (далее синий свет). Белый свет люминесцентной лампы марки OSRAM L 36W/765 Cool Daylight был контрольным (далее белый л. - контроль).

Адаптация растений к условиям in vivo осуществлялась при температуре 24-26^оС, 16-часовом освещении с интенсивностью 1000 лк. По истечении двадцатидневного периода оценивалась приживаемость растений, прирост длины побегов, прирост междоузлий побегов. Полученные данные обрабатывались методом двухфакторного дисперсионного анализа.

3. Основная часть

Примененная методика введения винограда в культуру in vitro была эффективной, поскольку инфицированность не превышала 12%, а 75% эксплантов в течение 50-ти суток сформировали растения-регенеранты, имеющие один побег с 4-6 листьями и развитой корневой системой. На этапе собственно микроразмножения из 86%-92% микрочеренков развились растения-регенеранты пригодные для переноса в условия in vivo.

Проведенный эксперимент показал, что спектральный состав света оказывает существенное влияние на приживаемость клонов к условиям in vivo (рис. 1).

Значительное снижение приживаемости наблюдалось для растений сорта Гайлюне под действием красных, желтых, зеленых и синих лучей. Установлено, что сорт Шасла Гайлюнаса обладает большей толерантностью по отношению к спектральному фактору.

Рис. 1. Влияние спектрального состава света на приживаемость растений-регенерантов винограда в период адаптации к условиям in vivo (НСР₀₅ для сравнения частных средних = 31,6)

Рис. 2. Влияние спектрального состава света на прирост длины побегов растений-регенерантов винограда в период адаптации к условиям in vivo (НСР₀₅ для сравнения частных средних = 32,6)

Определена общая закономерность для обоих сортов: желтые и зеленые лучи менее всего способствуют приживаемости клонов, белый свет более приемлем для адаптации растений винограда к условиям in vivo, действие красных и синих лучей носит промежуточный характер. Существенных отличий по данному показателю между контролем и белым светом светодиодов не выявлено, но влияние на прирост длины побегов данных вариантов освещения было различным (рис. 2).

Рис. 3. Влияние спектрального состава света на прирост количества междоузлий побегов растений-регенерантов винограда в период адаптации к условиям in vivo (НСР₀₅ для сравнения частных средних = 1,5)

Наибольшим приростом длины побегов отличались растения сорта Шасла Гайлюнаса, адаптация которых проходила под действием белого света светодиодов. Клоны сорта Гайлюне оказались более отзывчивы к действию лучей, находящихся в красной области ФАР. Важно отметить, что увеличение длины побегов в этом варианте происходило за чет увеличения длины междоузлий, а не их количества (рис. 3).

Приросту количества междоузлий растений обоих сортов более всего способствовал белый свет светодиодов. Наименьшие значения по данному показателю отмечены в варианте, где в качестве источников света применялись желтые и зеленые светодиоды. Влияние красных и синих лучей на увеличение количества междоузлий было схожим и существенно не отличалось от контрольного варианта. Выявлено превосходство сорта Шасла Гайлюнаса над сортом Гайлюне по способности образовывать междоузлия в желтых, синих и белых лучах светодиодов.

виноград спектральный свет адаптационный

Заключение

В результате проведенной научно-исследовательской работы установлено, что спектральный состав света оказывает значительное влияние на адаптационную способность растений-регенерантов винограда к нестерильным условиям. Желтые и зеленые лучи менее всего способствуют приживаемости клонов, белый свет более приемлем для адаптации растений винограда к условиям in vivo, действие красных и синих лучей носит промежуточный характер. Выявлена сортовая специфика объектов исследований. Сорт Шасла Гайлюнаса обладает большей толерантностью к спектральному фактору по показателю приживаемости. Прирост длины побегов растений сорта Гайлюне максимален в лучах красного света в отличие от клонов сорта Шасла Гайлюнаса, для которых по данному показателю более приемлем белый свет светодиодов. Для увеличения количества междоузлий растений обоих сортов более всего благоприятен белый свет светодиодов.

На основании полученных результатов можно сделать вывод о том, что спектральный состав белого света светодиодов в большей степени способствует росту и развитию растений-регенерантов винограда сортов Гайлюне и Шасла Гайлюнаса в период адаптации к условиям in vivo, чем спектр белого света люминесцентной лампы, красных, желтых, зеленых и синих лучей светодиодов.

Литература

1. Искусственное облучение растений / В.Н. Волков [и др.]. - Пущино, 1982. - 6-7 с.

2. Прищеп Л.Г. Эффективная электрификация защищенного грунта / Л.Г. Прищеп. - М.: Колос, 1980. - 5 с.

3. Спектральные характеристики источников света и особенности роста растений в условиях искусственного освещения / Н.Н. Протасова [и др.]. - М., Лай-Кор Лтс. Линкольн, Небраска, США, 1990. - С. 390-391.

4. Разработка и испытание цилиндрического светильника для салатной космической оранжереи, построенного на основе светоизлучающих диодов

5. Светодиодная подсветка растений

6. Светодиодное освещение

7. Тихомиров А.А. Спектральный состав света и продуктивность растений / А.А. Тихомиров, Ф.Я. Сидько, Г.М. Лисовский. - Новосибирск, 1991. - 47 с.

8. Тихомиров А.А. Светокультура растений: биофизические и биотехнологические основы: учеб. пособие / А.А. Тихомиров, В.П. Шарупич, Г.М. Лисовский. - Новосибирск, 2000. - С. 110-112.

9. Эволюция светодиодов

Размещено на Allbest.ru