ОЗДОРОВЛЕНИЕ ПЕРСПЕКТИВНЫХ ГИБРИДОВ КАРТОФЕЛЯ МЕТОДОМ ХИМИОТЕРАПИИ В КУЛЬТУРЕ IN VITRO
Научная статья
Куликова В.И.1, *, Ходаева В.П.2, Гантимурова А.Н.3, Лапшинов Н.А.4, Исачкова О.А.5
1 ORCID: 0000-0002-6204-7555;
2 ORCID: 0000-0003-1447-6141;
3 ORCID: 0000-0002-2945-6381;
4 ORCID: 0000-0001-9869-2372;
5 ORCID: 0000-0002-8912-7556;
1, 2, 3, 4, 5 Кемеровский научно-исследовательский институт сельского хозяйства – филиал СФНЦА РАН,
Кемерово, Россия
* Корреспондирующий автор (kulikova.potato[at]yandex.ru)
Аннотация
В статье представлены данные научно-исследовательской работы по использованию ингибиторов вирусов виразол, хитозан, интерферон, ламивудин, циклоферон в концентрациях: 0,1 %, 0,05 %, 0,01 % как в чистом виде, так и в сочетании препаратов при оздоровлении картофеля методом апикальной меристемы. Изучены перспективные гибриды 3-21с-11 и 22103-10. Установлено, что приживаемость меристем определялась следующими факторами: сортовыми особенностями – 68 % с наименьшим влиянием ингибиторов вирусов – 31 %. Выделены лучшие концентрации противовирусных препаратов применяемых в чистом виде ламивудин (0,01 %, 0,05 %) циклоферон (0,05 %, 0,01 %) позволяющих получить в зависимости от гибрида от 30 % до 50 % здоровых растений регенерантов в культуре in vitro.
Ключевые слова: гибриды, оздоровление, меристема, вирусы, ингибиторы вирусов, иммуноферментный анализ.
IMPROVEMENT OF PERSPECTIVE HYBRIDES OF POTATOES BY CHEMOTHERAPY METHOD IN CULTURE IN VITRO
Research article
Kulikova V.I.1, *, Khodaeva V.P.2, Gantimurova A.N.3, Lapshinov N.A.4, Isachkova O.A.5
1 ORCID: 0000-0002-6204-7555;
2 ORCID: 0000-0003-1447-6141;
3 ORCID: 0000-0002-2945-6381;
4 ORCID: 0000-0001-9869-2372;
5 ORCID: 0000-0002-8912-7556;
1, 2, 3, 4, 5 Kemerovo Research Institute of Agriculture – Branch of SFSCA RAS, Kemerovo, Russia
*Corresponding author (kulikova.potato@yandex.ru)
Abstract
The article presents research data on the use of virus inhibitors: virazole, chitosan, interferon, lamivudine, cycloferon in concentrations: 0.1%, 0.05%, 0.01% both in pure form and in combination of drugs during potato rehabilitation by the apical meristem method. Prospective hybrids 3-21c-11 and 22103-10 were studied. It was established that the survival rate of the meristem was determined by the following factors: varietal characteristics – 68% with the lowest influence of virus inhibitors – 31%. The best concentrations of antiviral drugs used in lamivudine pure form (0.01%, 0.05%) cycloferon (0.05%, 0.01%) were obtained, allowing to obtain, depending on the hybrid, from 30% to 50% of healthy plants regenerants in culture in vitro.
Keywords: hybrids, recovery, meristem, viruses, virus inhibitors, enzyme immunoassay.
Производство оригинальных семян картофеля обеспечивает получение высококачественного материала. Оригинальное семеноводство включает в себя оздоровление и микроклональное размножение здорового материала. Реализация потенциала сорта возможна лишь на основе высококачественного семенного материала [1, С. 195], [2, С. 14].
B безвирycнoм ceмeнoвoдстве кaртoфeля используются методы биотехнологии. Единственным эффективным способом получения здорового посадочного семенного кaртoфeля является метод оздоровления апикальной меристемой [3, С. 377]. Использование метода культуры ткани позволяет ускорить процесс размножения новых сортов, перспективных гибридов и оздоровить при необходимости отечественные сорта востребованные сельхозпроизводителями и частным сектором [4, С. 32], [5, С. 28], [6, С. 19].
Однако существуют сложности при оздоровлении образцов картофеля методом апикальной меристемы. Большая проблема это выделяемый эксплант, маленькие меристемы считаются более чистым материалом от вирусов, но плохо регенирируют, большие – оказываются зараженными. В связи, с чем большой объем работ при оздоровлении связан c низким выходом здоровых меристем [7, С. 143], [8, С. 55]. Так же отмечается недостаток этого метода оздоровления, что не всегда возможно освободить некоторые сорта картофеля от мозаичных вирусов и вироида веретеновидности клубней, содержание которых не допускаются в исходном семенном мaтeриaлe ГОСТ 33996-2016 [9, С. 12].
Эффективность оздоровления картофеля повышается при комплексном применении метода апикальной меристемы с химиотерапией, с добавлением в питательную среду противовирусных препаратов, ферментов, влияющих на нуклеиновые кислоты (РНК-азы) [10, С. 1-40], [11, С. 17], [12, С. 54], [13, С. 59], [14, С. 98].
На последних этапах селекционного процесса, нашего учреждения, (питомник КСИ), выделившиеся гибриды включаются в процесс оздоровления и вводятся в культуру in vitro, для получения исходного материала.
Aвторами указывается необходимость выбора препаратов обладающих противовирусной активностью с различной концентрацией, с учетoм генотипических ocобенностей и cтeпeни поражeннoсти пaтoгенaми сортов картофеля [15, С. 136], [16, С. 212], [17, С. 11].
Пoиск химитeрапевтичeских вeщeств избиратeльнoгo действия на вирусную инфекцию, и не оказывающих угнетающего действия на растения является актуальным.
Целью работы является изучение влияния вирус подавляющих препаратов на оздоровление перспективных гибридов картофеля обеспечивающих увеличение количества безвирусных растений регенерантов.
Материалы и методы
Исследования проведены в 2017-2018 гг. В научно-исследовательскую работу привлечены новые генотипы картофеля для оздоровления методом верхушечной меристемы с применением антивирусных препаратов. По визуальной оценке отбирали клубни здоровых растений, но имеющие положительную реакцию на вирусы по результатам диагностического тестирования. Объекты исследований: 2 перспективных гибрида картофеля 3-21c-11, 22103-10 (пораженные скрытыми вирусами MBK, SBK), 5 ингибиторов вирусов (виразол, хитозан, интерферон, ламивудин, циклоферон). Противовирусные препараты введены в питательную среду в чистом виде с концентрацией 0,01 %, 0,05 % и в смеси.
Результаты и обсуждения
Апикальная меристема представляет собой конус активно делящихся клеток и является чистой от вирусного патогенеза и чрезвычайно мала 0,1 – 0,3 мм. Наибольшая зона чистая от вирусов ABK, YBK, ВСЛК; наименьшая от XBK, MBK, SBK. Получение зоны маленьких размеров ведет к трудностям регенерации меристем, чем меньше размер вычлененных эксплантов, тем ниже их регенерирующая способность. Выращивание верхушечных эксплантов в условиях in vitro, по сравнению с культурой меристемы, повышает приживаемость регенерантов и сокращает сроки регенерации, но не способствует освобождению от вирусной инфекции [18, С. 74].
В биотехнологическом процессе выращивания растений картофеля наиболее важным этапом является введение меристем в культуру in vitro. На этом этапе необходимо добиться активного роста и развития меристем, а это возможно при использовании питательной среды, минеральный состав которой обеспечивает сбалансированное количество элементов питания необходимых для максимального выхода безвирусных растений регенерантов [19, С. 36-37].
Использование вирус подавляющих препаратов при оздоровлении картофеля методом верхушечной меристемы оказало положительное действие антивирусных препаратов на приживаемость меристем гибридов 3-21с-11, 22103-10. Наибольшее число живых меристем отмечено в 2-х вариантах опыта: при выращивании меристем с добавлением в питательную среду циклоферона в концентрациях 0,01 % и 0,05 % и составило 54 %. Выявлено снижение выживаемости меристем от 7,0 % до 18,0 % при добавлении в питательную среду комплекса ингибиторов: виразол 0,01 % + хитозан 0,05 % + интерферон 0,05 %.
Результатами диагностической оценки растений регенерантов на наличие в латентной форме вирусных инфекций методом ИФА установлено различное заражение вирусным патогенезом по вариантам опыта. Высокое количество здоровых растений регенерантов получили при добавлении циклоферона в концентрациях 0,01 %, 0,05 % и составило от 35 % до 45 %. При комплексном применении антивирусных препаратов виразола (0,01 %) + хитозана (0,05 %) + интерферона (0,05 %) получено меньшее количество безвирусных растений регенерантов – 4,7 %.
Оздоровление перспективных образцов картофеля 3-21с-11, 22103-10 методом апикальной меристемы с применением ингибиторов вирусов (виразола, хитозана, интерферона, ламивудина, циклоферона) оказало терапевтическое действие на приживаемость растений регенерантов и достигнута высокая эффективность оздоровления (таблица).
Таблица 1 – Приживаемость растений регенерантов гибридов картофеля, с применением ингибиторов вирусов, % (2017 – 2018 гг.)
По результатам проведенных исследований для регенерации меристем определены оптимальные концентрации противовирусных препаратов для гибридов: 3-21с-11 ламивудин (0,05 %), циклоферон (0,01 %, 0,05 %); 22103-10 ламивудин (0,01 %), циклоферон (0,01 %, 0,05 %).
Выявлена большая чувствительность ингибирующего действия препаратов ламивудин и циклоферон на жизнеспособность меристем изучаемых гибридов. У гибрида 3-21с-11 приживаемость составила от 30 % до 50 % при применении вирус подавляющих препаратов: ламивудин (0,01 % и 0,05 %), циклоферон (0,01 % и 0,05 %). У гибрида 22103-10 нет достоверного превышения приживаемости растений регенерантов при при применении вирус подавляющего препарата ламивудин (0,01 %. У данного гибрида (22103-10) достоверное превышение контрольного варианта отмечено только при добавлении в питательную среду циклоферона (0,01 % и 0,05 %) и приживаемость меристем составила 45-50 %.
Установлено, что приживаемость растений регенерантов определялась следующими факторами: генотипом картофеля (А) – 68 % с наименьшим влиянием ингибиторов вирусов (В) – 31 %.
Выводы
Таким образом, для успешной регенерации меристем и подавления в растениях картофеля комплекса вирусов (МВК, SBK) определены оптимальные концентрации противовирусных веществ, применяемых в чистом виде, ламивудин (0,01 %, 0,05 %), циклоферон (0,01 %, 0,05 %) позволяющих увеличить выход безвирусных растений картофеля в 1,5-5,0 раз в зависимости от генотипа.
| Конфликт интересов
Не указан. |
Conflict of Interest
None declared. |
Список литературы / References
- Верменко Ю.Я. Формирование элиты картофеля на основе оздоровленного исходного материала / Ю.Я. Верменко, О.М. Андрушко, В.П. Олейник, Я.Б. Демкович // Вопросы картофелеводства: Материалы научно-практической конференции «Научное обеспечение картофелеводства России: состояние, проблемы» (к 70-летию ВНИИКХ). ВНИИКХ, 8-10 октября 2001. Научные труды – М. – 2001. – С. 195-209.
- Коршунов А.В. Актуальные проблемы и приоритетные направления развития картофелеводства / А.В. Коршунов, Е.А. Симаков, Ю.Н. Лысенко, Б.В. Анисимов, А.В. Митюшкин, М.Ю. Гаитов // Достижения науки и техники АПК. – 2018. – Т. 32. – № 3. – С. 12-20.
- Мякишева Е.П. Новые особенности процесса клонального микроразмножения сорта картофеля селекции Западной Сибири / Е.П. Мякишева, О.К. Таварткиладзе, Д.А. Дурникин // Біологічний вісник МДПУ. – 2016. – №1. – С. 375-389.
- Токбергенова Ж.А. Инновационная технология производства семенного картофеля в Казахстане / Ж.А. Токбергенова, С.А. Бабаев // Защита картофеля. 2014. – № 1. – С. 31-32.
- Амелюшкина Т.А. Калужский НИИСХ: исследования по картофелеводству – в ногу со временем / Т.А. Амелюшкина, П.С. Семешкина // Картофель и овощи. – 2016. – № 10. – С. 28-29.
- Ибрагимова С.М. Перспективы использования сортов картофеля сибирской селекции в генно-инженерных работах / С.М. Ибрагимова, А.В. Романова, Г.Х. Мызгина, А.В. Кочетов // Теоретические основы и прикладные исследования в селекции и семеноводстве картофеля: Тезисы докладов научной конференции, 1-5 августа 2018 года. Рос. акад. наук, Сиб. от-ние, Федер. исслед. центр Ин-т цитологии и генетики. – Новосибирск. – 2018. – С. 19.
- Овэс Е.В. Оздоровление сортов картофеля с применением термотерапии микрорастений / Е.В. Овэс, Н.А. Гаитова, В.В. Бойко, Н.А. Фенина, О.С. Колесова // Картофелеводство: история развития и результаты научных исследований: сб. науч. тр. / ФГБНУ ВНИИКХ; под. ред. С.В. Живоры. – М., 2015. – С. 143-148.
- Трусиков Э.В. Проблемы оздоровления коллекции картофеля ВИР от вирусных болезней / Э.В. Трусиков // Картофелеводство. Сборник научных трудов. Материалы международной научно-практической конференции «Методы биотехнологии в селекции и семеноводстве картофеля» / ГНУ ВНИИКХ Россельхозакадемии. – М., 2014. – С. 52- 59.
- Безвирусное семеноводство картофеля (Рекомендации). – Биотехнологический центр НПЩ по картофелеводству НЗ РСФСР. – 1990. – 33 с.
- Банадысев С.А. Организационно-методические и технологические основы семеноводства картофеля / С.А. Банадысев // Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора с.-х. наук. – Горки. – 2003. – 40 с.
- Турко С.А. Производство семенного картофеля в республике Беларусь, перспективные направления развития системы семеноводства / С.А. Турко, В.И. Дударевич, Г.И. Коновалова // Картофелеводство: результаты исследований, инновации, практический опыт. Материалы научно-практической конференции и координационного совещания «Научное обеспечение и инновационное развитие картофелеводства» / Рос. акад. с.-х. наук, Всеросс. НИИ картоф. хоз-ва; под ред. Е.А. Симакова. – М., 2008. – Т. 1. – С. 13-21.
- Авкасентьева О.А., Петренко В.А. Биотехнология высших растений: культура in vitro: учеб.-метод. пособие / О.А. Авкасентьева, В.А. Петренко. – Харьков: ХНУ имени В.Н. Каразина. – 2011. – 60 с.
- Ухатова Ю.В. Оздоровление от вируса скручивания листьев картофеля чилийских образцов Solanum Tuuberosum с использованием методов криотерапии и комплексом химио-, терапии / Ю.В. Ухатова, О.Ю. Антонова, Т.А. Гавриленко // Достижения науки и техники. – – Т. 30. – № 10. – С. 56-65.
- Антонова О.Ю. Оздоровление микрорастений трех культурных видов картофеля (Solanum Tuuberosum L., S. Phureja Juz. & Buk. И S. stenotomum Juz & Buk.) от вирусов методом комбинированной термо-химиотерапии / О.Ю. Анотонова, О.В. Апаликова, Ю.В. Ухатова, Е.А. Крылова, О.Ю. Шувалов, А.Р. Шувалова, Т.А. Гавриленко // Сельскохозяйственная биотехнология. – 2017. – том 52. – № 1. – С. 95-104.
- Олейник Т.Н. Молекулярно-генетический анализ линий картофеля озоровленных методами культуры апикальной меристемы, термотерапии и химиотерапии / Т.Н. Олейник, С.А. Слободин, Р.В. Грицай, Н.А. Захарчук // Картофелеводство: сб. науч. тр.: в 2 ч. / РУП «Науч.-практ. центр НАН Беларуси по картофелеводству и плодоовощеводству»; редкол.: С.А. Турко (гл. ред.) [и др.]. – Минск. – – Т. 21. Ч 2 – С. 129-139.
- Рябцева Т.В. Эффективность применения противовирусных препаратов при оздоровлении картофеля / Т.В. Рябцева, В.И. Куликова, Л.С. Аношкина // Картофелеводство. Сборник научных трудов. Материалы международной научно-практической конференции «Методы биотехнологии в селекции и семеноводстве картофеля» / ГНУ ВНИИКХ Россельхозакадемии. – М. . – – С. 212-217.
- Лапшинов Н.А. Технология оздоровления и ускоренного размножения картофеля (методическое пособие) / Н.А. Лапшинов, В.И. Куликова, Т.В. Рябцева и др. – Кемерово. – – 44 с.
- Блоцкая Ж.В. Вирусные, вироидные и фитоплазменные болезни картофеля // Ж.В. Блоцкая – Минск: Тэхналогiя. – – 119 с.
- Симаков Е.А. Новые технологии производства оздоровленного исходного материала в элитном семеноводстве картофеля // Е.А. Симаков. – М.: . – – 80 с.
Список литературы на английском языке / References in English
- Vermenko YU.YA. (ehlity kartofelya na osnove ozdorovlennogo iskhodnogo materiala). [Formation of potato elite based on improved source material] / Yu.Ya. Vermenko, O.M. Andrushko, V.P. Oleinik, Ya.B. Demkovich // Potato Issues: Proceedings of the Scientific and Practical Conference “Scientific Support of Potato Growing in Russia: Status, Problems” (to the 70th anniversary of VNIIKH) VNIIKH, October 8-10, 2001. Scientific works – M. . – – P. 195-209 [in Russian]
- Korshunov A.V. (problemy i prioritetnye napravleniya razvitiya kartofelevodstva). [Actual problems and priority directions of development of potato growing] / A.V. Korshunov, E.A. Simakov, Yu.N. Lysenko, B.V. Anisimov, A.V. Mityushkin, M.Yu. Gaitov // Achievements of science and technology of agriculture. – – T. 32. – № 3. – P. 12-20 [in Russian]
- Myakisheva E.P. (processa klonal’nogo mikrorazmnozheniya sorta kartofelya selekcii Zapadnoj Sibiri). [New features of the process of clonal micropropagation of a potato cultivar of West Siberia breeding] / Е.P. Myakisheva, OK Tavartkiladze, D.A. Durnikin // Biologic Bulletin of MDPU. – № 1. – P. 375-389 [in Russian]
- Tokbergenova ZH.A. (proizvodstva semennogo kartofelya v Kazahstane). [Innovative production technology of seed potatoes in Kazakhstan] / Zh.A. Tokbergenova, S.A. Babayev // Potato Protection . – – No. 1. – P. 31-32 [in Russian]
- Amelyushkina TA (Kaluzhskij NIISKH: issledovaniya po kartofelevodstvu). [Kaluga NIISH: potato research – in tune with the times] / Т.А. Amelyushkina, P.S. Semeshkina // Potatoes and vegetables. – 2016. – № 10. – P. 28-29 [in Russian]
- Ibragimova S.M. (ispol’zovaniya sortov kartofelya sibirskoj selekcii v genno-inzhenernyh rabotah). [Prospects for the use of varieties of potatoes of Siberian breeding in genetic engineering] / S.M. Ibragimova, A.V. Romanova, G.Kh. Myzgina, A.V. Kochetov // Theoretical Foundations and Applied Research in Potato Breeding and Seed Production: Abstracts of Scientific Conference Reports, August 1-5, 2018, Novosibirsk, Russia; Grew up Acad. Sciences, Sib. from-fie, Feder. researches Center Yn-t Cytology and Genetics. – Novosibirsk. – – P. 19 [in Russian]
- Oves E.V. (Ozdorovlenie kartofelya s termoterapii mikrorastenij). [Improvement of potato varieties with the use of micro-plant thermotherapy] / E.V. Oves, N.A. Gaitova, V.V. Boyko, N.A. Fenina, O.S. Kolesova // Potato growing: history of development and results of scientific research. Collection of scientific papers / FSBI VNIIKH; under. S.V. Zhivory. – M. – 2015. – P. 143-148 [in Russian]
- Trusikov E.V. (ozdorovleniya kollekcii kartofelya VIR ot virusnyh boleznej). [Problems of recovery of the collection of potato VIR from viral diseases] E.V. Trusikov // Potato. Collection of scientific papers. Proceedings of the international scientific and practical conference “Methods of biotechnology in potato breeding and seed production” / GNU VNIIKH Russian Agricultural Academy. – M., 2014. – P. 52-59 [in Russian]
- Virus-free potato seed production (Recommendations). – Biotechnological center NPS for potato growing NZ RSFSR. – 1990. – 33 p. [in Russian]
- Banadysev S.А. (osnovy semenovodstva kartofelya). [Organizational-methodical and technological bases of potato seed production] / S.А. Banadysev // Survey of thesis for the degree of doctor s.-h. sciences. – Gorki. – 2003. – 40 p. [in Belorussia]
- Turko S.A. (Proizvodstvo semennogo kartofelya v respublike Belarus’). [Production of seed potatoes in the Republic of Belarus, promising directions for the development of the seed production system] / S.А. Turko, V.I. Dudarevich, G.I. Konovalova // Potato growing: research results, innovations, practical experience. Materials of the scientific-practical conference and coordination meeting “Scientific support and innovative development of potato growing” / Ros. acad. s.-h. sciences, All-Russia. Research Institute of Potatoes households; by ed. E.A. Simakova. – M., 2008. – T. 1. – P. 13-21 [in Russian]
- Avkasentieva O.A., Petrenko V.A. Biotechnology of higher plants: in vitro culture – teaching aid / O.A. Avkasentieva, A. Petrenko. – Kharkov: HNU named after V.N Karazin, 2011. – 60 p. [in Ukraine]
- Ukhatova Yu.V. (Ozdorovlenie ot virusa skruchivaniya list’ev kartofelya metodov krioterapii i kompleksom himio-, terapii). [Improvement from the virus of the twisting of the leaves of potato of Chilean samples of Solanum Tuuberosum using the methods of cryotherapy and a complex of chemotherapy, therapy] / Yu.V. Ukhatova, O.Yu. Antonova, T.A. Gavrilenko // Achievements of science and technology. – 2016. –T. 30. – No. 10. – 56-65 [in Russian]
- Antonova O.Yu. (Ozdorovlenie mikrorastenij kartofelya ot virusov metodom kombinirovannoj termo-himioterapii). [Improvement of microplants of three cultivated potato species (Solanum Tuuberosum L., S. Phureja Juz. & И S. stenotomum Juz & Buk.) from viruses by the method of combined thermal chemotherapy] / O.Yu. Anotonova, O.V. Apalikova, Yu.V. Ukhatova, E.A. Krylova, O.Yu. Shuvalov, A.R. Shuvalov, T.A. Gavrilenko // Agricultural Biotechnology. –2017. – T. 52. – No. 1. – P. 95-104 [in Russian]
- Oleinik T.N. (Molekulyarno-geneticheskij analiz linij kartofelya). [Molecular genetic analysis of potato lines ozorevlennyh methods of culture of the apical meristem, thermotherapy and chemotherapy] / T.N. Oleinik, S.A. Slobodin, R.V. Gritsay, N.A. Zakharchuk // Potato farming: Sat. scientific tr .: at 2 pm / RUE “Scientific-practical. Center of the National Academy of Sciences of Belarus for potato and fruit-and-vegetable growing ”; Editorial .: S.A. Turco (ch. Ed.) [Et al.]. – – 2013. – T. 21. H 2 – P. 129-139 [in Belorussia]
- Ryabtseva T.V. (protivovirusnyh preparatov pri ozdorovlenii kartofelya). [Effectiveness of antiviral drugs in the rehabilitation of potatoes] / TV Ryabtseva, V.I. Kulikova, L.S. Anoshkina // Potato. Collection of scientific papers. Proceedings of the international scientific and practical conference “Methods of biotechnology in potato breeding and seed production” / GNU VNIIKH Rosselkhozakademii. – – M . – 2014. – 212-217 [in Russian]
- Lapshinov N.A. The technology of recovery and accelerated reproduction of potatoes (methodological guide) / N.А. Lapshinov, V.I. Kulikova, T.V. Ryabtseva et al. – Kemerovo – – 44 p. [in Russian]
- Blotskaya J.V. Viral, viroid and phytoplasmic potato diseases // J.V. Blotskaya – Minsk: Tehnalogiya. – – 119 p. [in Belorussia]
- Simakov E.A. New technologies for the production of improved source material in the elite seed farming of potatoes // E.A. Simakov. – M . – – 80 p. [in Russian]
Загрузка...
