Новая биотехнология оздоровления и микроклонального размножения сибирского картофеля

В настоящее время проблема оздоровления картофеля от вирусов является актуальной для Сибирского региона.Сибирские сорта картофеля, используемые в промышленном картофелеводстве, практически полностью поражены различными опасными мозаичными вирусами (X,Y,S,M).
Сибирские сорта, выведенные селекционерами специально для резко-континентального климата Сибири с отличными качественными показателями, практически полностью находятся на грани полного вырождения вирусной инфекцией. В этой связи является актуальной и перспективной разработка биотехнологии оздоровления и получения отечественных, высокоурожайных и востребованных населением сибирских сортов картофеля.

Целью исследований является: разработка биотехнологии получения оздоровленных сибирских сортов картофеля, устойчивых к фитопатогенным вирусным инфекциям.
В связи с этим необходимо решить следующие задачи:
– провести анализ современного состояния вопроса в области разработки новых биотехнологий по обнаружению вирусной инфекции и оздоровлению картофеля;
– обосновать выбор перспективных сибирских сортов картофеля и методов диагностики вирусной инфекции;
– получить безвирусный посадочный материал различных сортов картофеля in vitro методом вычленения апикальных меристем в сочетании с термо и хемотерапией;
– установить оптимальные условия культивирования и экспериментально подобрать компонентный состав питательной среды для апикальных меристем;
– установить оптимальный состав питательной среды для микроклонального размножения картофеля in vitro;
– субкультивировать безвирусные пробирочные растения различных сортов картофеля методом микроклонального размножения;
– провести индукцию микроклубнеобразования картофеля in vitro;
– провести диагностику безвирусных пробирочных растений различных сортов картофеля на отсутствие скрытой фитопатогенной вирусной и вироидной инфекции, распространенной на территории Западной Сибири с использованием современных методов исследования.

В настоящее время проблема оздоровления картофеля Сибирского региона от вирусов является актуальной. Сибирские сорта  картофеля, используемые в промышленном картофелеводстве,  практически полностью поражены различными опасными мозаичными вирусами (X,Y,S,M), которые снижают количество урожая от до 90%, ухудшают вкусовые качества, снижают крахмалистость, сроки хранения, товарность и содержание витаминов.      

Из одиннадцати отечественных сибирских сортов картофеля, выведенных специально для  климатических условий Сибири, используются только четыре сорта в частных хозяйствах. Картофель, считавшийся гордостью Прииртышья, загубили вирусы. 

Материалы и методы. Единственным эффективным способом получения оздоровленного посадочного материала картофеля являются методы апикальных меристем и микроклонального размножения. Биотехнологический процесс включает несколько этапов: выделение апикальных меристем (верхушечной образовательной ткани стеблей и корней) картофеля для оздоровления от вирусов, хемо-и термотерапия для избавления от бактериальной и вирусной инфекции, получение безвирусных растений-регенерантов, массовое микроклональное размножение оздоровленных микрорастений и получение безвирусных микроклубней (рис. 2).

Методы исследований:

1. Метод термотерапии и хемотерапии клубней для ингибирования вирусов в меристемах.
2.  Метод выделения апикальных меристем.
3.  Метод микроклонального размножения меристемных растений.
4.  Индукция микроклубнеобразования оздоровленного картофеля in vitro.
5.  Диагностика оздоровленных образцов серологическими и молекулярно-генетическими методами  ИХА и ПЦР.

Проведен анализ современного состояния вопроса в области разработки новых биотехнологий по обнаружению вирусной инфекции и оздоровлению картофеля, в результате которого была установлена актуальность и практическая значимость разработки новой биотехнологии оздоровления Сибирского картофеля от вирусной инфекции.

      Изучены основные фитопатогенные вирусы картофеля Омской области, обоснован выбор исследуемых перспективных сортов картофеля г.Омска и Омской области, для исследований выбраны сорта картофеля: «Ермак», «Алена», «Хозяюшка», «Сентябрь», «Свитанок Киевский» и современные методы диагностики скрытой вирусной инфекции – ИХА и ПЦР.

     Получен безвирусный посадочный материал сортов картофеля «Ермак», «Алена», «Хозяюшка», «Сентябрь», «Свитанок Киевский» in vitro, методом вычленения апикальных меристем в сочетании с термотерапией и хемотерапией.

.     Установлены оптимальные условия культивирования апикальных меристем:

• температура (25 ± 2)°С
• освещенность 8000 Люкс
• фотопериод 16 часов – день, 8 часов – ночь
• относительная влажность – 70%

      Компонентный состав питательной среды для апикальных меристем был установлен следующий:

   для меристем сортов «Ермак», «Хозяюшка» оптимальной питательной средой является агаризованная питательная среда МС с содержанием аденина, ИУК и кинетина (0,5мг/л, 0,5мг/л, и 1 мг/л), где отмечен выход побегов 98-100%

   для меристем сортов картофеля «Алена», «Свитанок Киевский», «Сентябрь» лучшим оказался вариант питательной среды, содержащий в своем составе кинетин и феруловую кислоту (0,5мг/л и 1 мг/л)

   Установлены оптимальные условия культивирования микрочеренков картофеля:

• температура (23 ± 3)°С
• освещенность 10000 Люкс
• фотопериод 16 часов – день, 8 часов – ночь
• относительная влажность – 75-80%

     Компонентный состав питательной среды для микроклонального размножения in vitro был установлен следующий:

•      для морфогенеза микрочеренков сортов «Алена», «Сентябрь», «Свитанок Киевский» лучшим оказался вариант питательной среды № 1 (кинетин и феруловая кислота) и № 2, (кинетин, ИУК и аденин)
•      для морфогенеза микрочеренков сортов «Ермак» и «Хозяюшка» вариант питательной среды № 2 (кинетин, ИУК и аденин).

Проведено субкультивирование полученных безвирусных пробирочных растений исследуемых сортов, методом микроклонального размножения, в течение 3-4 недель были получены растения – регенеранты. Получены микроклубни.

   Проведена диагностика полученных оздоровленных пробирочных растений картофеля на отсутствие скрытой фитопатогенной вирусной и вироидной инфекции с использованием современных диагностических методов - ИХА и ПЦР.  В результате диагностики ИХА и ПЦР в условиях НПЛ «Прикладная биотехнология» ОмГТУ,  ЗАО ТПК «Элита-картофель» (г.Омск) и ВНИИКХ им. Лорха (Московская обл.), подтвердили получение оздоровленных безвирусного картофеля.

[1] Артюхова С.И Биотехнология оздоровления сибирского картофеля от вирусов: монография / С.И.Артюхова, И.В.Киргизова; Минобрнауки России, ОмГТУ. – Омск: Изд-во ОмГТУ, 2015. -136 с.
[2] Домрачева, П. Инновационная технология выращивания безвирусного семенного картофеля в ЗАО «Тепличный» [Электронный ресурс] / П. Домрачева. – М.: Инновации, 2013. – Режим доступа: http:sdelanounas.ru/blogs/31602. – (Дата обращения: 07.03.2015).
[3] Черемисин А.И. Клубень проблем //РГ «Экономика Сибири». – 2014. – № 6472. – С. 9.

Currently, the problem of potato recovery from phytopathogenic Siberian region, as Potato is an important product of consumption, year-round source of vitamins. Siberian potato varieties used in commercial potato is almost completely amazed by the various dangerous mosaic virus (X, Y, S, M) and viroids (SWCC).
Domestic varieties of potatoes bred breeders specifically for sharp-continental climate of Siberia with excellent quality indicators, practically on the verge of complete degeneration due to the defeat of a viral infection. In this context, it is the actual and prospective development of biotechnology and improvement of producing domestic, high yielding and popular Siberian population of potato varieties.