The research objective was studying biological ways of increasing the quantity of planting material of grapes at reproduction of in vitro by modifying of nutrient mediums and the way of increasing of the quantity of seedlings for acceleration of selection process. In the experiment on the selection of t optimized nutrient medium for introduction of variety samples of grapes to culture of in vitro were used: grapes of the varieties (Krasnostop of AZOS, Augustine, Aligote, Kishmish 342, Riesling, Granatovy, Shasla × Berlandieri 41B, Berlandieri × Riparia CO4, Rudzhieri 140, Moldova, Barhatny, Cabernet Sauvignon, Attica, Berlandieri × Riparia Kober of 5BB, AZOS – 4), mineral, hormonal structure of environments, and also stimulators and regulators of growth of plants (6-BAP and GK3). The selection of optimized nutrient medium for introduction of variety samples of grapes to culture of in vitro on 90 pieces of explant was carried out according to the following scheme of experience: 1) control – modified nutrient medium of Murasige and Skuga (M1); 2) the M1 environment according to N. I. Medvedeva recipe (M2); 3) modified nutrient medium according to A.N. Rebrov’s patent. The results of studying biological ways of increase of the quantity of planting material of grapes are presented. The effect of biologically active substances (6-benzylaminopurine avoy and gibberellic acid) in nutrient media on the yield of grape varieties at the stage of micro-propagation was studied. At the first stage, when introducing the apical meristems of grape plants into the culture in vitro, the following media were used: Murashige and skuga, M1 according to the recipe of N. I. Medvedeva and modified according to the patent of A.N. Rebrov. It was found that the modified medium according to the patent of A.N. Rebrov had the greatest potential of grapes with the content of gibberellic acid in concentration of 0.1 mg/l. The survival rate of grape regenerant plants was up to 80 %, depending on the variety. On the 2-nd and 3-rd passages, the nutrient medium according to the patent of A.N. Rebrov was modified by adding 6-benzylaminopurine at the concentration of 0.35 mg/l and gibberellic acid at the concentration of 0.1 mg/l.
grape, phytohormones, modified nutrient medium, seed soaking, in vitro, seedling, explant, cluster-shoots, increased yield.
Введение. Сегодня развитие виноградарства является одним из приоритетных направлений в системе разработки планов и программ стратегического планирования промышленности в РФ [1]. В России закладка новых виноградников осуществляется как отечественным, так и импортным посадочным материалом. Собственная питомниководческая база позволяет обеспечить лишь 20–25 % потребности в привитых саженцах [2]. Импортные сорта зачастую не приспособлены к почвенно-климатическим условиям виноградарских регионов Российской Федерации и нередко бывают плохого качества [3]. Увеличение производства винограда, повышение устойчивости ампелоценозов может быть достигнуто за счет внедрения в производство высокоценных сортов винограда отечественной селекции с повышенной устойчивостью к болезням, филлоксере, морозу, что позволит существенно снизить пестицидную нагрузку на окружающую среду [4]. Интенсификация виноградарства определяет необходимость разработки новых эффективных технологий, способов и методов включения их в систему производства оздоровленного посадочного материала [5]. Низкий коэффициент размножения является главным сдерживающим фактором процесса внедрения нового сорта в производство при использовании традиционных способов, из-за которого за один сезон невозможно получение большого количества посадочного материала винограда [6]. Одним из доступных способов повышения коэффициента размножения является использование современных достижений биотехнологии, а именно микроклональное размножение винограда [7, 8]. Также применение биологически активных соединений при достратификационном замачивании семян винограда может быть использовано для повышения всхожести гибридных семян и как следствие ускорения процесса выведения новых сортов винограда [9, 10]. При использовании технологии микроклонального размножения в промышленных масштабах существует ряд трудностей [11–13]. Для каждого растительного объекта, вводимого в культуру in vitro, необходим индивидуальный подход и тщательный подбор состава питательной среды, используемой при микроклональном размножении с учетом крайне непредсказуемой сортоспецифичности и его генотипических особенностей [14–18]. Таким образом, изучение способов оптимизации питательной среды для увеличения коэффициента размножения in vitro и, соответственно, повышения эффективности процесса получения свободного от вирусных заболеваний, качественного посадочного материала винограда является обоснованно перспективным и актуальным направлением исследований современной науки.
Цель и задачи исследования: изучение биологических способов повышения выхода посадочного материала винограда при размножении in vitro путем модифицирования питательных сред и способа повышения выхода сеянцев для ускорения селекционного процесса.
Объекты и методика исследования. В опыте по подбору оптимизированной питательной среды для введения сортообразцов винограда в культуру in vitro: сорта винограда (Красностоп АЗОС, Августин, Алиготе, Кишмиш 342, Рислинг, Гранатовый, Шасла × Берландиери 41Б, Берландиери × Рипариа СО4, Руджиери 140, Молдова, Бархатный, Каберне Совиньон, Аттика, Берландиери × Рипариа Кобер 5ББ, АЗОС – 4), минеральный, гормональный состав сред, а также стимуляторы и регуляторы роста растений (6-БАП и ГК3).
Подбор оптимизированной питательной среды для введения сортообразцов винограда в культуру in vitro по 90 шт. эксплантов проводили согласно следующей схеме опыта:
- Контроль – модифицированная питательная среда Мурасиге и Скуга (М1).
- Среда М1 по прописи Н.И. Медведевой (М2).
- Модифицированная питательная среда по патенту А.Н. Реброва.
Опыт микроклонального размножения проводился по общепринятым методикам в лабораторных условиях ФГБНУ СКФНЦСВВ. В качестве стерилизующего средства были использованы дезинфицирующие таблетки ОКА-ТАБ, содержащие 50 % активного хлора (обработка 0,5 %-м раствором в течение 5 мин с 3-кратной промывкой дистиллированной водой). В целях оздоровления сортообразцов винограда использовали экспланты размером 0,3–0,5 мм. На первом этапе при вводе апикальных меристем растений винограда в культуру in vitro использовали следующие классические среды: Мурасиге и Скуга, М1 по прописи Н.И. Медведевой, а также модифицированная по патенту А.Н. Реброва (табл. 1).
Таблица 1
Состав используемых питательных сред
|
Компонент питательной среды |
Концентрация, мг/л |
||
|
M1 (контроль) |
M2 |
Патент А.Н. Реброва |
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
|
1. Макроэлементы: |
|||
|
KNO3 |
1900,0 |
1900,0 |
1100,0 |
|
1650,0 |
1650,0 |
400,0 |
|
|
MgSO4 7H2O |
370,0 |
370,0 |
330,0 |
|
Ca(NO3) 4H2O |
– |
– |
450,0 |
|
CaCl2 |
331,0 |
440,0 |
65,0 |
|
KH2PO4 |
170,0 |
170,0 |
– |
|
2. Хелат железа: |
|||
|
FeSO4 7H2O |
27,8 |
27,8 |
28,9 |
|
Na2ЭДТА |
37,3 |
37,3 |
38,65 |
|
3. Микроэлементы: |
|||
|
MnSO4 5H2O |
24,1 |
22,3 |
22,3 |
|
H3BO3 |
6,2 |
6,2 |
6,2 |
|
ZnSO4 7H2O |
8,6 |
8,6 |
8,6 |
|
Na2MoO4 2H2O |
0,25 |
0,25 |
0,25 |
|
CuSO4 5H2O |
0,025 |
0,025 |
0,025 |
|
KJ |
0,83 |
0,83 |
0,60 |
|
CoCl2 6H2O |
0,025 |
0,025 |
0,025 |
|
4. Витамины: |
|||
|
мезо-инозит |
75,0 |
100,0 |
75,0 |
|
пиридоксин HCl |
5,0 |
5,8 |
0,35 |
Окончание табл. 1
|
1 |
2 |
3 |
4 |
|
пароаминобензойная кислота |
5,0 |
– |
– |
|
тиамин HCl |
5,0 |
– |
0,35 |
|
никотиновая кислота |
5,0 |
5,3 |
– |
|
5. Аминокислоты: |
|||
|
глутамин |
50,0 |
– |
|
|
глицин |
10,0 |
– |
|
|
6. Фитогормоны: |
|||
|
аденин сернокислый |
80,0 |
– |
– |
|
6-бензиламинопуриновая кислота |
0,5 |
2,0 |
0,35 |
|
7. Другие вещества: |
|||
|
NaH2PO4 H2O |
170,0 |
– |
175,0 |
|
Na2HPO4 |
– |
170,0 |
– |
|
сахароза (г/л) |
30,0 |
30,0 |
25,0 |
|
агар-агар (г/л) |
7,0 |
6,0 |
6,0 |
|
цефотаксима натриевая соль |
– |
10,0 |
– |
Результаты исследования и их обсуждение. В ходе экспериментального опыта было установлено, что на первом этапе культивирования эксплантов сортообразцов винограда наилучшей питательной средой для большинства сортов является модифицированная среда по патенту А.Н. Реброва (рис. 1). Так, приживаемость эксплантов сортов Красностоп АЗОС, Берландиери × Рипариа СО4, Руджиери 140 составила 100 %. Но необходимо отметить сортоспецифичность, так, для сорта Аттика лучший состав среды в данных исследованиях был Мурасиге и Скуга (контроль), а для сорта Каберне Совиньон – М1 по Н.И. Медведевой (вариант 2).
Рис. 1. Приживаемость эксплантов сортообразцов винограда в разных питательных средах, %
Развитие в кластер-побеги от 2 до 4 мм наблюдалось после высадки прижившихся меристем через 30 дней. В дальнейшем кластер-побеги пересаживали на ту же питательную среду по модифицированной прописи патента А.Н. Реброва. На этапе введения эксплантов их приживаемость на модифицированной питательной среде по патенту А.Н. Реброва была достаточно высокая: 80,0 % – у сорта Аттика; 68,9 – у сорта Шасла × Берландиери 41Б; 66,6 % – у сорта Руджиери 140 (рис. 2).
Исключение составил сорт Каберне Совиньон, у которого процент инфицированных побегов было максимально высоким – 100 %. Рост регенерантов растений до 6 см наблюдался через 20–35 дней. Далее было проведено их микроклональное размножение и высадка в биологические пробирки размером 30 × 100 мм. Пробирки переносили в культуральную комнату с условиями, оптимальными для роста развития микрочеренков сортообразцов винограда. В настоящее время микрочеренки находятся в стадии культивирования.
Рис. 2. Приживаемость кластер-побегов сортообразцов винограда
на модифицированной питательной среде по патенту А.Н. Реброва
Выводы. Установлено, что для большинства сортообразцов винограда наилучшей питательной средой для приживаемости эксплантов являлась модифицированная по патенту А.Н. Реброва с содержанием гибберелловой кислоты в концентрации 0,1 мг/л.
Таким образом, использование гибберелловой кислоты в виноградарстве является эффективным за счет высокой отзывчивости эксплантов винограда на ее применение, что позволяет существенно повысить эффективность микроклонального способа размножения винограда.
1. Egorov E.A., Shadrina Zh.A., Koch'yan G.A. Kompleksnye programmy i tendencii v razvitii vinogradarstva v Rossii // Ekonomika sel'skohozyaystvennyh i pererabatyvayuschih predpriyatiy. 2020. № 6. S. 19–23.
2. Radchevskiy P.P., Matuzok N.V., Troshin L.P. Novacii vinogradarstva Rossii. Zakladka vinogradnika // Politematicheskiy setevoy elektronnyy nauchnyy zhurnal Kubanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2010. № 57. S. 230–260.
3. Fedotov V.I. Geografiya Rossii. Pochvenno-klimaticheskie usloviya, sel'skoe hozyaystvo i otrasli pischevoy i legkoy promyshlennosti // Vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo universiteta. Ser. Geografiya. Geoekologiya. 2015. № 3. S. 86–111.
4. Kazahmedov R.E. Upravlenie ustoychivost'yu vinograda k filloksere putem primeneniya fiziologicheski aktivnyh soedineniy // Gornoe sel'skoe hozyaystvo. 2019. № 2. S. 100–106.
5. Bratkova L.G., Cacenko N.N., Malyhina A.N. i dr. Uskorennoe poluchenie vysokokachestvennogo posadochnogo materiala vinograda pri pomoschi biotehnologii IN VITRO // Izvestiya Orenburgskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2018. № 6 (74). S. 70–73.
6. Batukaev M.S., Shishhaeva M.G., Batukaev A.A. Sovershenstvovanie tehnologii razmnozheniya i adaptacii rasteniy vinograda in vitro // Razvitie nauchnogo naslediya N.I. Vavilova po geneticheskim resursam ego posledovatelyami. 2017. S. 241–249.
7. Lihovskoy V.V., Oleynikov N.P., Pavlova I.A. Zhiznesposobnost' gibridnyh semyan vinograda i povyshenie ih vshozhesti metodami biotehnologii // Vinogradarstvo i vinodelie. 2014. T. 44. S. 31–36.
8. Akimova S.V., Radzhabov A.K., Buhtin D.A. i dr. Adaptaciya k nesteril'nym usloviyam rasteniy vinograda, ukorenennyh IN VITRO na pitatel'noy srede, obogaschennoy kremniyorganicheskimi soedineniyami // Izvestiya Timiryazevskoy sel'skohozyaystvennoy akademii. 2019. № 5. S. 34–53.
9. Anan'ev M.E., Paramonov E.G. Vliyanie biologicheski aktivnyh veschestv na rost seyancev sosny obyknovennoy // Vestnik Altayskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2011. № 2 (76). S. 40–43.
10. Zlenko V.A. Vliyanie biologicheski aktivnyh veschestv na prorastanie semyan vinograda i otbor seyancev po priznakam sily rosta i vyzrevaniya lozy // Vinogradarstvo i vinodelie. 2014. T. 44. S. 37–41.
11. Doroshenko N.P., Rebrov A.N., Troshin L.P. Biotehnologiya ozdorovleniya i sohraneniya aborigennyh donskih sortov vinograda // Politematicheskiy setevoy elektronnyy nauchnyy zhurnal Kubanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2019. № 154. S. 327–347.
12. Batukaev A.A., Batukaev M.S., Shishhaeva M.G. i dr. Vliyanie razlichnyh substratov i super gumisola na razvitie rasteniy vinograda in vitro posle peresadki v teplicu // Vestnik Chechenskogo gosudarstvennogo universiteta. 2017. № 2 (26). S. 67–72.
13. Bratkova L.G., Cacenko N.N. Klonal'noe mikrorazmnozhenie vinograda // Dostizheniya nauki i tehniki APK. 2015. T. 29, № 6. S. 49–52.
14. Klimenko V.P., Pavlova I.A. Perspektivy ispol'zovaniya vegetiruyuschey kollekcii vinograda IN VITRO dlya sozdaniya bazisnyh matochnikov // Magarach. Vinogradarstvo i vinodelie. 2017. № 3. S. 6–9.
15. Pat. № RU 2626722 C2. A01G 17/02, A01G 1/06. Sposob i ustroystvo dlya bor'by s Botrytis cinerea pri vyraschivanii privityh sazhencev vinograda / Malyh G.P., Malyh P.G., Magomadov A.S., Gvozdik V.I., Yakovceva O.L. Zayavitel' VNIIViV im. Ya.I. Potapenko. № 2015156095, zayavl. 25.12.2015; opubl. 31.07.2017, Byul. № 22. 12 s.
16. Sobralieva E.A., Palaeva D.O., Batukaev M.S., Batukaev A.A. Sostoyanie izuchennosti mikroklonal'nogo razmnozheniya plodovo-yagodnyh kul'tur i vinograda (obzor literatury) // Innovacionnaya deyatel'nost' kak faktor razvitiya agropromyshlennogo kompleksa v sovremennyh usloviyah: mat-ly II Mezhdunar. nauch. konf., posvyasch. 75-letiyu FGBNU «Chechenskiy NIISH». Groznyy, 2020. S. 100–118.
17. Adaev N.L., Magomadov A.S., Amaeva A.G. i dr. Optimizaciya pitatel'nyh sred dlya klonal'nogo mikrorazmnozheniya in vitro novyh sortov yagodnyh kul'tur // Innovacionnaya deyatel'nost' kak faktor razvitiya agropromyshlennogo kompleksa v sovremennyh usloviyah: mat-ly II Mezhdunar. nauch. konf., posvyasch. 75-letiyu FGBNU «Chechenskiy NIISH». Groznyy, 2020. S. 83–91.
18. Sobolev V.I., Noskova N.E., Noskova M.A. i dr. Proyavlenie sortovoy specifichnosti v kul'ture apikal'nyh meristem vinograda, adaptirovannogo na yuge Krasnoyarskogo kraya // Vestnik KrasGAU. 2020. № 7 (160). S. 31–37.
