Влияние SkQ1 (ионы Скулачёва) на продуктивность картофеля в поцессе репродуцирования клубневых потомств оздоровленных микрорастений

Размещено на http://www.allbest.ru/

ВЛИЯНИЕ SkQ1 (ИОНЫ СКУЛАЧЁВА) НА ПРОДУКТИВНОСТЬ КАРТОФЕЛЯ В ПОЦЕССЕ РЕПРОДУЦИРОВАНИЯ КЛУБНЕВЫХ ПОТОМСТВ ОЗДОРОВЛЕННЫХ МИКРОРАСТЕНИЙ

П.А. Галушка, Д.В. Кравченко, А.И. Усков

Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Всероссийский научно-исследовательский институт картофельного хозяйства им. А.Г. Лорха"

Реферат

В статье приведены результаты изучения длительного влияния геропротекторов SkQ1 (ионы Скулачёва) в процессе репродуцирования клубневых потомств микрорастений. Экспериментальные данные представлены за 2015-2017 гг. Выявлена положительная реакция микрорастений картофеля на добавление препарата SkQ 1 (ионы Скулачёва) в питательную среду для культивирования микрочеренков, выражающаяся в ускорении процессов морфогенеза in vitro. Установлена тенденция сохранения положительного эффекта препарата в последействии при репродуцировании клубневых потомств. Также выявлено позитивное влияние опрыскивания посадок препаратом ионов Скулачева в фазу бутонизации - начала цветения, на рост, развитие и продуктивность картофеля в питомниках оригинального семеноводства, особенно при наложении на остаточный эффект от применения данного препарата в питательной среде для микрочеренкованя..

Эффект последействия позволил получить прибавку урожая во втором клубневом потомстве 7,7 т/га или 28% на сорте Тирас. Сочетание последействия добавления вещества в питательную среду на начальном этапе размножения и наложения путём опрыскивания препаратом SkQ 1 вегетирующих растений во втором клубневом потомстве позволило получить максимальную прибавку урожая 9,9 т/га или 47 %, на сорте Рамос.

Ключевые слова: картофель, микрорастения in vitro, морфогенез, SkQ1, ионы Скулачёва, клубневые потомства.

Summary

The article presents the results of studying the long-term impact of geroprotector SkQ1 (Skulachev ions) in the process of reproduction tuber progenies micro plants. There was a positive reaction of the drug SkQ 1 (Skulachev ions), the acceleration of the processes of morphogenesis that are used in the cultivation of micro plants of potato in vitro, as well as a positive trend in the preservation of the aftereffects of the drug and direct action (blending) by spraying and landings in the phase of budding - beginning of flowering, vegetative foliage of potato plants, the growth, development and productivity of tuber progenies in vitro micro plants.

The effect of the aftereffect allowed to maintain the increase in the yield increase in the second tuberous offspring of 7.7 t/ha or 28% on the Tyras variety. The combination of aftereffect and application of skq 1, by spraying on the growing tops in the second tuberous offspring, allowed to obtain a maximum yield increase of 9.9 t/ha or 47 %, in the class of Ramos.

Key words: potato, in vitro micro plants, morphogenesis, SkQ1, Skulachev ions, tuberous offspring micro plants.

Введение

Регуляторы роста представлены широким спектром природных и синтетических веществ. Особое место занимают природные фитогормоны и их синтетические аналоги [1], направленно воздействующие на процессы, протекающие в растениях. Это позволяет использовать их в биотехнологиях in vitro [2]. Перспективно применение регуляторов роста растений способных сгладить стрессовые явления, возникающие при пересадке микрорастений в новые условиях, и положительно влияющих на урожайность и выход мини-клубней [3]. Исследования по влиянию ионов Скулачёва на культуру картофеля проводятся в отделе биотехнологии и иммунодиагностики ВНИИКХ с 2007 г и по настоящее время. Положительное действие ионов Скулачёва, в культуре in vitro, по результатам исследований 2008-2009 гг., проявлялось в стимулировании морфогенеза ростковых черенков, сокращении периода регенерации исходных микрорастений. При использовании препарата SkQ1, общее количество ростковых черенков с признаками морфогенеза возрастало в 1,6 - 2,6 раза в зависимости от сорта, уже через 20 суток после введения в культуру. Коэффициент размножения ростковых черенков на среде МС с добавлением препарата SkQ1 в концентрации 2,5 нМ, в зависимости от сорта возрастал в 1,9-2,7 раза [4].

Синтезированные в НИИ ФХБ им. А.Н. Белозерского (МГУ) препараты SkQ1 (ионы Скулачева) представляют собой соединения катионов трифенилдецилфосфония и аналогов пластохинона хлоропластов [5]. При использовании в наноконцентрациях эти вещества принимают участие в регуляции баланса активных форм кислорода, играющих важную роль в процессах внутриклеточного обмена веществ [6]. Исследованиями учёных [7,8] установлено, что регуляторы роста оказывают активное влияние на развитие, формирование их органов и качественных признаков. Наиболее распространенный способ применения регуляторов роста это опрыскивание растений в период вегетации [9]. По данным Э.В. Засориной, К.Л. Родионова, К.С. Катунина опрыскивание по листьям способствовало более интенсивному росту товарных и технологических свойств картофеля, что объясняется закономерностями развития вегетативной массы и чистой продуктивности фотосинтеза [10]. Так же в исследованиях Засориной К.Л. и И.Я. Пигорева, опрыскивание листьев способствовало росту урожайности, была получена прибавка 2,4-9,2 т/га, при замачивании клубней 1,2-6,8 т/га. В работе по изучению влияния синтетических регуляторов роста на биологическую продуктивность растений картофеля и некоторые биометрические показатели в условиях защищенного грунта на дерново-подзолистых почвах, авторы объясняют результаты своих исследований тем, что регуляторы роста обладают полифункциональным действием, способным одновременно стимулировать как рост и развитие, так и повышение урожайности [11]. В исследованиях нашей лаборатории в 2009 г. обработки препаратом SkQ1 посадок в фазу бутонизации - начало цветения в концентрации 25 нМ приводили к увеличению площади листьев до 53,8-56,3 % и прибавок урожая до 8,1 т/га или 28,0% для сорта Жуковский ранний и 4,1 т/га или 12,7% для сорта Крепыш.

Объекты и методы исследований

геропротектор репродуцирование картофель

Опыт 1 (2015 г). Лабораторный опыт по культивированию микрорастений в культуре in vitro c использованием SkQ 1 был заложен в 2015 г в отделе биотехнологии и иммунодиагностики ФГБНУ ВНИИКХ. Схема опыта включала два варианта: 1 - Среда МС-контроль; 2. МС+SkQ1 (25 нМ). Повторность опыта 100 микрочеренков на вариант. Препарат SkQ1 добавляли в питательную среду Мурасиге-Скуга (МС) после автоклавирования. Микрорастения культивировали в условиях 16-ти часового фотопериода, температура - 22⁰С, освещенность 3,5-4 тыс. люкс. Через 30 суток растения извлекали из пробирок и после периода адаптации высаживали в открытый грунт.

Полевой опыт по получению мини-клубней грунте был выполнен в условиях закрытого грунта на вегетационной площадке отдела биотехнологии и иммунодиагностики ФГБНУ ВНИИКХ в 2015 г. по следующей схеме: 1- Микрорастения МС-контроль; 2. Микрорастения МС+SkQ 1 (25 нм). Микрорастения высаживали во второй декаде июня по схеме 60x15 см. Площадь делянки составляла 3,6 мІ. Общая площадь опыта - 80,6 мІ. Повторность опыта четырехкратная, по 25 растений в повторности.

Опыт 2 (2016 г). Мини-клубни сортов Тирас и Рамос, полученные в условиях закрытого грунта в 2015 г. были использованы для закладки опыта в 2016 г. Схема опыта: 1. Клубневое потомство микрорастений 1 года - контроль (последействие); 2. Клубневое потомство микрорастений 1 года + SkQ1 (25нМ последействие). Посадку проводили в первой декаде мая. Повторность опыта четырёхкратная по 25 клубней в повторности. Площадь учётной делянки составляла 7,5 мІ. Общая площадь полевого опыта - 480 мІ. Ботву удаляли в четвёртой декаде августа, уборку проводили вручную в первой декаде сентября.

В опытах, проводимых в 2015-2016 гг., в фазу бутонизации - начала цветения была проведена биометрическая оценка показателей: высоты растений, количества стеблей в кусте. Учёт величины урожая осуществляли в соответствии с «Методикой исследований по культуре картофеля» (1967 г.). Структуру урожая определяли по ГОСТ Р 53136-2008.

Опыт 3 (2017 г). Схема опыта: 1. Клубневое потомство микрорастений 2 года - контроль (без обработки SkQ1); 2. Клубневое потомство микрорастений 2 года - наложение SkQ1; 3. Клубневое потомство микрорастений 2 года (последействие SkQ1); 4. Клубневое потомство микрорастений 2 года - последействие + наложение SkQ1. Повторность опыта четырёхкратная, по 25 клубней в повторности. Посадка была проведена в первой декаде мая (4.05.17). Посадку проводили в первой декаде мая. Повторность опыта четырёхкратная по 25 клубней в повторности. Площадь учётной делянки составляла 7,5 мІ. Общая площадь полевого опыта - 480 мІ. Для закладки опыта использовали клубневое потомство микрорастений 1 года сортов Тирас и Рамос, урожая 2016 г. Наложение препарата SkQ1 (ионы Склачёва), путём обработки посадок, было проведено в фазу бутонизации-начало цветения. Удаление ботвы проводили во второй декаде августа, уборку в третьей декаде августа. На посадках второго клубневого потомства были проведены следующие учёты и наблюдения: учёт биометрических показателей: высоты растений, количества стеблей в кусте. Учёт величины урожая осуществляли в соответствии с «Методикой исследований по культуре картофеля» (1967 г.). Структуру урожая определяли по ГОСТ Р 53136-2008.

Обсуждение результатов

Опыт 1 (2015г.) Во время культивирования микрорастений сортов Тирас и Рамос была отмечена положительная отзывчивость растений на присутствие препарата SkQ1 в питательной среде. Уже через 15 суток культивирования было отмечено заметное превышение высоты микрорастений на варианте c SkQ1 по отношению к контролю в 1,5 раза (на 8 мм) на сорте Тирас и 1,2 раза (на 9 мм) на сорте Рамос. Количество сформированных листьев у микрорастений сорта Тирас, в опытном варианте c SkQ 1, превышало количество листьев у микрорастений на контроле на 1,7 шт.

Биометрическая оценка растений картофеля в условиях открытого грунта, показала преимущество высоты растений опытного варианта относительно высоты растений контрольного. В основном полученные различия между вариантами были отмечены на раннеспелом сорте Тирас. Так высота растений сорта Тирас, в варианте 2, составила 270 мм, что на 23 % выше растений в варианте 1. Различий по высоте растений опытного и контрольного варианта на сорте Рамос выявлено не было.

Оценка продуктивности, выявила достоверные прибавки урожая миниклубней на растениях опытного варианта. Прибавка урожая на сорте Тирас в опытном варианте составила 23 г/куст или 11,3 %, увеличение общего количества клубней на 3,3 шт/куст, по отношению к контролю. Основное количество клубней составила стандартная фракция 9-45 мм. На сорте Рамос, в опытном варианте, была получена небольшая прибавка на уровне 5 г/куст или 2 % контролю. В структуре урожая миниклубней, представленной фракцией 9-45 мм, различия между вариантами были несущественными.

Опыт 2 (2016 г.). Фенологические наблюдения показали, что фаза начала всходов в опытном варианте наступала на 2 дня раньше контроля у сорта Тирас и на 4 дня - у сорта Рамос. Начало бутонизции в контрольном варианте, проходило более интенсивно по сравнению с опытным, особенно на сорте Рамос, где наблюдалось почти в два раза больше бутонов (40%), чем в опытном варианте (20%). По началу цветения существенных различий между вариантами не наблюдалось. На сорте Тирас в контрольном варианте число кустов с цветами было на 4 % меньше, чем в опытном (20%).

На посадках первого клубневого потомства микрорастений, растения картофеля отличались более развитой и мощной ботвой, по сравнению с кустами сформированными микрорастениями в опыте 2015 г. Так высота растений сорта Тирас опытного варианта, составила 510 мм, что превысило высоту растений контрольного варианта на 50 мм или на 13 %, на сорте Рамос на 110 мм или 18 %. По количеству стеблей за два года исследований существенных различий между вариантами не наблюдалось.

Благодаря более мощному развитию ботвы на посадках первого клубневого потомства, выявлены существенные прибавки урожая, сортов Тирас и Рамос в опытном варианте. На посадках первого поколения из миниклубней сорта Тирас в опытном варианте была получена прибавка урожая на уровне 3,3 т/га, сорта Рамос 2 т/га, соответственно 15 % и 8 %, по отношению к урожаю полученному на контрольном варианте.

Анализ структуры урожая показал, что в условиях 2016 года не выявлено клубней крупной фракции > 60 мм ни на одном из сортов. В опытном варианте на сорте Рамос количество клубней семенной фракции 30-60 мм увеличилось в 1,5 раза (3,5 шт/куст), по отношению к контролю. На сорте Тирас данное превышение было незначительным.

Опыт 3 (2017 г.). Биометрическая оценка посадок клубневого потомства второго года, проведённая в фазу бутонизации-начало цветения, показала интенсивный рост и развитие кустов растений картофеля в варианте с последействием SkQ1 (ионы Скулачёва), так и в варианте с наложение, путём проведения обработок посадок. Наиболее развитые растения картофеля отмечены на сорте Тирас в четвёртом опытном варианте (последействие+наложение SkQ1) 590 мм что превысило высоту растений опытного варианта на 70 мм, или 13,4% к контролю. Количество, сформированных стеблей неотъемлемый показатель продуктивности сорта. Преимущество по количеству стеблей отмечено в варианте 3 (последействие SkQ1), по отношению к контролю в 1,3 раза, что отразилось на прибавке урожая в варианте 3 (последействие), прибавка урожая составила 7,7 т? га или 31%, в варианте 4 (последействие + наложение SkQ1) 7т?га, или 28 %, относительно контроля. В структуре урожая 2 клубневого потомства микрорастений относительно клубней семенной фракции (30-60мм) явных различий между опытными вариантами и контролем не наблюдалось.

Растения картофеля сорта Рамос в опытных вариантах 2 (наложение SkQ1) и 3 (последействие SkQ1) по высоте находились на уровне 490 мм, что превысило высоту растений в контроле на 60 мм или 13 %, по количеству стеблей преимущество в двух опытных вариантах 2 и 3 относительно контроля составило почти в 1,4 раза. При совмещении последействия и наложения препарата SkQ1 (ионы Скулачёва), высота растений картофеля составила 470 мм, что на 40 мм выше растений картофеля в контроле. В этом же варианте 4 (последействие + наложение SkQ1), получена наибольшая прибавка урожая 9,9 т/га или 47 %, к контролю. По отношению к опытным вариантам 2 и варианту 3, прибавка урожая составила 7,1 т/га и 8,3/га. По структуре урожая наибольшее увеличение количества клубней семенной фракции 30-60 мм, так же отмечено в варианте 4 (последействие+наложение SkQ1), в 1,5 раза к контролю. По отношению к остальным опытным вариантам 2 и 3 в 1,2-1,4 раза.

В варианте 4 также было выявлено наименьшее присутствие фракции клубней < 30 мм, почти в 2,5 раза. Во втором и третьем опытных вариантах количество клубней фракции < 30 мм было меньше в 1,6 и в 1,5 раза соответственно по отношению к конролю.

Выводы

Результаты опытов, накопленные за период 2015-2017 гг. исследований, позволили выявить возможную тенденцию сохранения последействия исследуемого нами регулятора роста SkQ1 (ионы Скулачёва). Положительная отзывчивость микрорастений картофеля in vitro на препарат SkQ1 (ионы Скулачёва) в питательной среде, что хорошо было заметно по развитому морфогенезу (данные в тексте статьи), способствовала получению более развитых взрослых растений картофеля и увеличению продуктивности в полевых клубневых потомствах микрорастений картофеля. В полевом опыте 2015 г у сорта Тирас положительные изменения сохранялись и в условиях открытого грунта, что способствовало формированию и развитию более мощных растений, увеличению их продуктивности на 11,3% по сравнению с контролем. У сорта Рамос действие изучаемого препарата оказалось слабо выраженным.

Позитивное влияние, оказанное ионами Скулачева на молекулярном уровне в клетках пробирочных растений картофеля, проявились в длительном последействии. В полевом опыте 2016 г, заложенном материалом полученным в 2015 г, на кустах опытного варианта последействие препарата прослеживалось по опережению фаз развития растений картофеля, превышении высоты растений сортов Тирас и Рамос на 13 и 18 %, получению прибавки на уровне 3,3 т/га и 2 т/га соответственно, увеличение количества клубней семенной фракции на 3,5 шт/куст на сорте Рамос, по сравнению с растениями картофеля на контроле. По всем показателям оценки последействия препарата сорт Рамос в полевом опыте 2016 по сравнению с 2015г., показал более интенсивное развитие, чем сорт Тирас, что может быть связано с физиологическими особенностями сорта.

Тенденция сохранения последействия SkQ 1 (ионы Скулачёва) была отмечена так же в втором клубневом потомстве (опыт 2017 г.). Особенно можно выделить 3 (последействие SkQ1) и 4 (последействие SkQ1+наложение SkQ 1) опытные варианты, где результаты биометрических показателей и данные по продуктивности были значительно выше по сравнению с контролем (данные в тексте статьи). Максимальная прибавка урожая, получена на сорте Рамос в 4 варианте 9,9 т/га или 47 %, увеличение количества семенной фракции в 1,5 раза к контролю.

Литература

1. Муромцев Г.С., Чкаников Д.И., Кулаева О.Н. и др. Основы химической регуляции роста и продуктивности растений. Л.: Агропромиздат, 1987, 384с.

2. Шевелуха B.C. Рост растений и его регуляция в онтогенезе. - М.: Колос, 1992. - 599

3. Черемисин А.И., И.А. Якимова. Материалы научно-практической конференции. Актуальные проблемы современной индустрии производства картофеля, 18-19 февраля 2010 г. - Чебоксары, 2011.

4. Галушка П.А. Сравнительная оценка способов получения исходных микрорастений при выращивании оздоровленного материала картофеля: Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата сельскохозяйственных наук: 06. 01. 05/ Галушка П.А. - Москва, 2012.

5. Скулачев В.П. Старение как атавистическая программа, которую можно попытаться отменить // Вестник РАН, 2005. - Т. №9. - С. 831-843.

6. Скулачев В.П. Энергетика биологических мембран. - М.: Наука, 1989. - 564 с.

7. Купалов С.А. Регуляторы роста и семенная продуктивность/ C.А. Купалов // Картофель и вощи 1993. - №2. - С.38.

8. Наумова Н.А. Влияние регуляторов роста на углеводный обмен и продуктивность картофеля / Н. А. Наумова// ВГПУ. - 1996. - № 4. - С.178-187.

9. Порсев, И.Н. Влияние регуляторов роста на формирование надземных и подземных органов растений картофеля // Агро ХХI. - 2006. - № 1. - С. 42-43.

10. Засорина Э.В., Родионов К.Л., Катунин К.С. Реакция сортов картофеля на применение регуляторов роста в Центральном Черноземье // Вестник Курской государственной сельскохозяйственной академии. - 2010. - № 5. - С. 50-54.

11. Уромова И.П., Козлов А.В., Туранова А.А. Регуляторы роста как фактор повышения продуктивности оздоровленного картофеля // Современные проблемы науки и образования. 2015. №. 1-1. С. 1705.

Размещено на Allbest.ru