Способ создания и поддержания коллекции оздоровленных сортов картофеля в виде моноклональных мини-клубней

Способ создания и поддержания коллекции оздоровленных сортов картофеля в виде моноклональных мини-клубней

Реферат

Изобретение относится к биотехнологии и сельскому хозяйству, а именно к растениеводству, и может быть использовано для создания и поддержания коллекции оздоровленных сортов картофеля в виде моноклональных мини-клубней.

Известен способ создания и поддержания коллекции сортов картофеля, основанный на поиске здоровых растений при ежегодном выращивании в полевых условиях и отборе клубней по признакам сортовой типичности, продуктивности и отсутствию зараженности грибными, бактериальными, фитоплазменными, вирусными и вироидными инфекциями. Этот способ длительное время применялся в семеноводстве. Недостатком способа является зависимость от экологических условий, высокий риск заражения растений в процессе вегетации, а также то, что при серологическом анализе не обнаруживаются вирусы, находящиеся в клеточном соке растения в слабой концентрации. Все это часто приводило к массовым эпидемиям вирусных заболеваний на посевах элиты картофеля. Продуктивность элиты, в ряде случаев, оказывалась значительно ниже генетического потенциала сорта.

Наиболее близким способом к заявляемому изобретению является способ создания коллекции сортов картофеля в культуре in vitro (Технологический регламент производства оригинального, элитного и репродукционного семенного картофеля, Москва, ГНУ ВНИИ картофельного хозяйства им. А.Г. Лорха, 2010), основанный на оздоровлении растений методом культуры тканей. Метод апикальной меристемы в сочетании с термотерапией позволяет освободить материал от вирусной инфекции и защитить от неблагоприятных влияний окружающей среды при культивировании в асептических условиях in vitro. Оздоровленные таким методом растения различных сортов картофеля образуют коллекцию сортов. Хранение коллекции картофеля в виде оздоровленных растений осуществляют в культуре in vitro, периодически черенкуя их и пересаживая на новую среду. В культуре in vitro имеет место преимущественно гетеротрофный рост растений-регенерантов, для обеспечения которого питательная среда должна содержать достаточное количество углеродосодержащих органических соединений, витаминов, гормонов и микроэлементов. Такие питательные среды являются также хорошим субстратом и для широкого спектра грибов, и микроорганизмов, поэтому культивирование на этих средах необходимо проводить в стерильных условиях. Биологически активные компоненты питательных сред способны вызывать генетические изменения в клетках, что приводит к генетической вариабельности получаемых регенерантов. В процессе размножения в культуре in vitro генетические изменения накапливаются, увеличивается количество регенерантов со значительным морфофизиологическим разнообразием и утратой ценных хозяйственных признаков, а также снижением фотосинтетического потенциала. (Леонова Н.С. "Использование метода культуры ткани в селекции картофеля". Сибирский вестник с/х науки, 1986, N3, с. 18-26; Grout B.W. et al. Transplanting of Cauliflower Plants Regenerated from Meristem Culture. Carbon Dioxide Fixation and the Development of Photosynthetic Ability // Hort. Res. 1978. V. 17. №2. P. 65; Sutter E.G. et al. Morphological Adaptation of Leaves of Strawberry Plants groun in vitro after Removal from Culture // Tissue Cult. Forest. and Agr. Proc. 3-rd Tenn. Symp. Plant Cell and Tissue Cult. Knoxville, Tenn. (9-13 Sept. 1984) N. Y.; L., 1985, p. 358.) Причиной этого являются не только биологически активные компоненты питательных сред, но также гетеротрофный рост в культуре in vitro и селекция по гетеротрофному признаку в процессе размножения при многократном пассирование растений (оператор отбирает лучшие растения для черенкования, т.е. наилучшим образом адаптированные именно к гетеротрофным условиям роста). Таким образом, направленность автоселекционного процесса в популяции идет в сторону, обеспечивающую максимальную реализацию условий роста и развития, которую предоставляет именно гетеротрофный способ культивирования. (Цоглин Л.Н., Габель Б.В. Селекционные процессы при гетератрофном и фототрофном микроклональном размножении растений // Доклады Академии Наук РФ, т. 334, №4, с. 533-534, 1994 г.; Tsoglin, L., Gabel, В., Satilo, V. Autoselection during plant micropropagation: potato phototrophic micropropagation in vitro. Conference on " PROGRESS IN PLANT SCIENCES from Plant Breeding to Growth Regulation" (17-19 June 1996), Mosonmagyarovar - Hungary, 1996, p 11-13.)

При автотрофном росте и развитии отпадает необходимость использования органических соединений в питательном растворе. Достаточно лишь обеспечить не лимитированное минеральное питание растений. Отсутствие биологически активных компонентов в питательной среде исключает вероятность генетических изменений в клетках и, соответственно, генетическую вариабельность регенерантов. Использование жидких питательных растворов на минеральной основе позволяет радикально снизить требования к стерильности условий культивирования. Это, в свою очередь, позволяет отказаться от необходимости размещения каждого черенка в изолированном от внешней среды объеме (пробирке), существенно упростить технологические процессы и снизить трудозатраты. Кроме этого, использование жидких питательных растворов позволяет с помощью простых технических решений обеспечить эффективную аэрацию корневой системы растений и реализовать размножение растений на промышленной основе в гидропонных установках, существенно снизив при этом себестоимость растений в сравнение с традиционной технологией культивирования in vitro.

Ведение коллекции оздоровленных пробирочных растений сопряжено со значительными трудозатратами. Трудозатраты определяются, главным образом, множественностью ручных операций по подготовке пробирок: мытье, сушка, розлив в каждую пробирку заданного количества питательной среды, стерилизация пробирок, пробок и сред, фиксация черенка в пробирке и т.д. Объем трудозатрат значительно возрастает при использовании коллекционного материала в виде пробирочных растений в семеноводстве картофеля, когда возникает необходимость их залпового производства (от нескольких сотен до нескольких тысяч) к заданному сроку для выращивания тепличных мини-клубней. При этом высадка пробирочных растений в грунт практически не поддается механизации и осуществляется вручную. Все это определяет высокие трудозатраты на этапе производства оригинального семенного картофеля.

Заявляемое изобретение направлено на решение задачи создания и подержания коллекции оздоровленных сортов картофеля в виде моноклональных мини-клубней, обладающих генетической однородностью и соответствием продуктивности генетическому потенциалу сорта, использование которых в семеноводстве ускоряет производство оригинального семенного картофеля, позволяет механизировать высадку коллекционного материала в грунт и снижает трудозатраты.

Для решения поставленной задачи в известном способе создания и поддержания коллекции сортов картофеля в культуре in vitro, включающем черенкование оздоровленных от вирусной и вироидной инфекции пробирочных растений каждого сорта и укоренение черенков на питательной среде, согласно изобретения укоренение черенков проводят в автотрофных условиях культивирования, а полученные растения с формированной корневой системой и надземными органами высаживают в аэропонную установку для производства моноклональных (от одного оздоровленного растения) мини-клубней, которые после комплексных проверок на отсутствие вторичной зараженности закладывают на хранение, а затем, после прохождения периода покоя, часть мини-клубней высаживают на выделенных семенных участках и, после успешного испытания в полевых условиях на соответствие продуктивности генетическому потенциалу сорта и сортовой типичности, оставшиеся на хранение мини-клубни вводят в коллекцию, образуя банк моноклональных мини-клубней данного сорта, который поддерживают путем периодического замещения моноклональными мини-клубнями нового поколения, выращенными в аэропонной установке из пророщенных мини-клубней банка данного сорта. Коллекционный материал в виде моноклональных мини-клубней может быть высажен непосредственно в грунт с использованием существующих средств механизации для производства оригинального семенного картофеля, что позволяет ускорить процесс производства за счет исключения, характеризуемых высокими трудозатратами, этапа массового размножения пробирочных растений и последующего этапа их высадки в грунт для производства тепличных мини-клубней.

Реализация указанного способа создания и поддержания коллекции в виде моноклональных мини-клубней на всех этапах осуществляют путем культивирования растений в автотрофных условиях. В качестве исходного материала вводимого в коллекцию сорта берут одно родоначальное оздоровленное растение, которое размножают двумя-тремя последовательными пассажами черенкования, выращивая каждый раз черенки на жидких минерализованных питательных средах без органических компонентов в специальных установках (патент РФ №2049384, МПК A01G 31/02, опубл. 10.12.1995 г.) при уровне освещенности 60-80 Вт ФАР на м². Установки размещают в закрытых помещениях, в которых поддерживают заданные температуру (18-24°С), относительную влажность (70-80%) и концентрацию CO₂ (0,04 до 0,4%). Такие условия культивирования обеспечивают интенсивный автотрофный рост и развитие растений, а также высокие адаптивные свойства при высадке их в грунт или гидропонику. Растения каждого пассажа тестируют на отсутствие бактериальной, вирусной и вироидной инфекции в конце вегетации. В результате клонального размножения получают 50-200 шт. растений, из которых путем выбраковки отбирают 25-100 шт. наилучшим образом сформированных растений с хорошо развитой корневой системой. Эти растения высаживают в установку аэропонного типа (Решение о выдаче патента на изобретение от 20.02.2017 по заявке №2014145797/13(073844), для производства моноклональных мини-клубней. Конструкция установки обеспечивает свободный доступ оператора к корневой системе растений для периодического сбора клубней, достигших заданного размера и веса. Установку размещают в закрытом помещение, в котором поддерживают заданные значения температуры, влажности и концентрации СО₂ независимо в стеблевой и корневой зонах. Причем условия культивирования поддерживают в соответствие с характерными значениями этих параметров для климатической зоны, в которой районирован данный сорт. В процессе вегетации растения дважды (в середине и конце вегетации) тестируют на отсутствие вторичной зараженности. Из собранного урожая моноклональных мини-клубней (50-80 клубней с растения) выбраковывают нетипичные по форме клубни, а затем оставшиеся в количестве 5000-5500 шт. вводят в покой и закладывают на хранение. Через 2-6 месяца из хранилища отбирают часть моноклональных мини-клубней для проведения полевых испытаний на соответствие данному сорту. Оставшиеся в хранилище моноклональные мини-клубни являются кандидатами для представления данного сорта в коллекции. Полевые испытания моноклональных мини-клубней осуществляют на специально подготовленных семенных участках, пространственно изолированных от производственных посевов и размещенных в климатической зоне, в которой районирован данный сорт. В процессе вегетации применяют специальные агротехнические приемы и меры защиты для снижения риска инфицирования растений. Трижды за вегетацию растения тестируют на отсутствие вторичной зараженности. Успешные полевые испытания, подтверждающие сортовую типичность и соответствие продуктивности генетическому потенциалу сорта, а также отсутствие бактериальной, вирусной и вироидной инфекции, являются основанием для введения в коллекцию оставленных на хранение моноклональных мини-клубней данного сорта картофеля. Поддерживают коллекцию сортов картофеля путем периодического замещения коллекционного материала моноклональными мини-клубнями нового поколения. Для этого берут из коллекции часть моноклональных мини-клубней данного сорта картофеля, выводят их из покоя и подготавливают к высадке. Проросшие мини-клубни высаживают в аэропонную установку для производства моноклональных мини-клубней нового поколения. В процессе вегетации растения дважды (в середине и конце вегетации) тестируют на отсутствие вторичной зараженности. Условия культивирования в установке поддерживают в соответствии с характерными значениями этих параметров для климатической зоны, в которой районирован данный сорт. Полученными таким образом моноклональными мини-клубнями нового поколения замещают в коллекции клубни предыдущего поколения.

1. Способ создания и поддержания коллекции оздоровленных сортов картофеля, в котором клональное размножение оздоровленных растений осуществляют путем черенкования, отличающийся тем, что коллекционный материал каждого сорта образован моноклональными мини-клубнями, выращенными в закрытом помещении на аэропонной установке из одного размноженного оздоровленного растения в условиях, характерных для климатической зоны, где районирован сорт, затем коллекционный материал каждого сорта картофеля хранят и поддерживают в виде генетически однородных моноклональных мини-клубней, продуктивность которых соответствует генетическому потенциалу сорта, путем периодического обновления коллекционного материала данного сорта новым поколением моноклональных мини-клубней, выращенных в закрытом помещении на аэропонной установке из клубней, взятых из коллекции данного сорта.

2. Способ создания и поддержания коллекции по п. 1, отличающийся тем, что культивирование черенков при размножении родоначального оздоровленного растения осуществляют в автотрофных условиях на гидропонике.