Adaptation of meristem strawberry plants in ex vitro conditions use of an Emistim

Full Text

Микроклональное размножение – одно из основных перспективных, экологически безопасных методов размножения растений. Данная технология представляет собой сложный многофакторный физиологический процесс, состоящий из принципиально разных этапов in vitro и ex vitro, включающий в себя с одной стороны морфогенез и регенерацию в условиях in vitro, с другой, структурно-функциональную адаптацию регенерантов в условиях ex vitro. [17]

Необходимое условие коммерческого использования технологии in vitro – успешная акклиматизация микроразмноженных растений. Правильная акклиматизация растений, выращенных in vitro, в условиях ex vitro гарантирует успешное завершение систем регенерации растительных тканей. [6] Акклиматизация требует соответствующей закалки и предварительной подготовки растений, выращенных in vitro, для повышения выживаемости в нестерильных условиях внешней среды. [16] После пересадки при ex vitro микроразмноженные растения подвергаются изменениям температуры, интенсивности света и условиям водного стресса. [11] Период акклиматизации критический у меристемных растений для восстановления нормальной фотосинтетической активности и метаболических функций. Во время этой фазы нормализуется устьичная регуляция, что способствует образованию новых листьев, с обычными анатомическими и физиологическими признаками, подходящими для выживания в естественных условиях окружающей среды. [18] Изменение условий культивирования на ex vitro вызывает адаптационные механизмы – ткани листа начинают расширяться и дифференцироваться, а количество и площадь устьиц уменьшаются. [14]

Важная проблема, связанная с получением качественных растений земляники, – повышение их выносливости при адаптации. [15] Во время акклиматизации уровень выживаемости микрорастений должен превышать 55%, чтобы обеспечить разумную рентабельность. [12] Для эффективного управления ростовой активностью сельскохозяйственных культур стали применять природные биорегуляторы, обладающие ростостимулирующим, иммуномоделирующим и антистрессовым действием. Регуляторы роста нового поколения оказывают тройное действие на растения: стимулируют физиологические процессы, повышают их устойчивость к биотическим и абиотическим стрессовым факторам окружающей среды и усиливают неспецифический иммунитет. [10, 13, 19] Их применение в сверхмалых гектарных нормах в садоводстве обеспечивает их низкую стоимость, сравнительную безопасность для человека и природной среды, возможность помогать растениям экологически естественным способом, усиливая их природную способность противостоять стрессам. Биостимуляторы могут содержать гуминовые и фульвокислоты, экстракты морских водорослей, полезные грибы, макро- и микроэлементы, а также аминокислоты, которые улучшают рост растений и повышают их урожайность, стимулируя биосинтез белка, активируя ферменты и облегчая усвоение макро- и микроэлементов. [20]

Препарат Эмистим относится к группе элиситоров – биорегуляторов роста и корнеобразования,

природный продукт метаболизма симбионтного гриба Acremonium lichenicola, выделенного из корней женьшеня, содержащего сбалансированную композицию из 75 физиологически активных веществ, в том числе фитогормонов цитокининовой, ауксиновой и гиббереллиновой природы, аминокислот, жирных кислот, углеводов, микроэлементов. [8]

Преимущество использования Эмистима заключается в его экологической безопасности, малых концентрациях рабочего раствора, индуцировании естественных механизмов устойчивости у растений к неблагоприятным факторам среды. [17]

Успешное применение Эмистима на жимолости и черной смородине, а также землянике открытого грунта путем опрыскивания вегетирующих растений было продемонстрировано в работах ученых. [3, 9] Эмистим во время пересадки микроразмноженных растений винограда из стерильных в условия ex vitro улучшал укоренение и выживаемость, уменьшал шок, сокращал фазы адаптации, увеличивал вегетативный рост, изменял морфологию корней и снижал гибель во время адаптации. [2] При микроразмножении земляники in vitro Эмистим добавляли в питательные среды на этапе ризогенеза. [1]

Современные иммуномодулирующие препараты перспективны, однако недостаточно разработаны элементы технологии при адаптации растений in vitro к условиям ex vitro.

Цель работы – изучить влияние иммуномодулятора Эмистим на процесс адаптации растений in vitro земляники к нестерильным условиям.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Работу выполняли в лаборатории ФГБНУ ВНИИСПК биотехнологическими методами в 2022–2024 годах. Объект исследования – микроразмноженные растения земляники шести промышленных сортов: Asia (NF 421), Darselect, Florence, Honeoye, Kimberly, Syria (NF 137). Исследования проводили в соответствии с методическими рекомендациями. [5, 7]

Схема опыта: 1. Замачивание высаживаемых микрорастений in vitro в растворе элиситора Эмистим в течение 1, 2 и 5 ч; 2. Полив почвенного субстрата раствором Эмистима перед высадкой растений. Контроль – растения без обработок Эмистимом. Концентрация рабочего раствора Эмистима – 0,001 мг/л. Обрабатывали биостимуляторами на фоне – дерновая земля: торф: перлит в соотношении 1:1:0,1.

Адаптация проходила по схеме: при 100% влажности воздуха – в течение 30 дн.; 70…80 – следующие 5 дн.; 60% – последние 5 дн.

Поливали субстрат водой на первых двух этапах только перед высадкой растений in vitro в грунт, исключая избыточное переувлажнение. Объем варианта – 20 микрорастений земляники каждого сорта.

Учеты биометрических показателей проводили в два этапа: через 30 дн. при 100%-й влажности и через последующие 10 дн. при пониженной. Общий срок адаптации ex vitro – 40 дн.

Условия адаптации: температура – 23°C, фотопериод – 16/8 ч, освещенность – 3 тыс. люкс. Процент адаптированных растений регистрировали через 40 дн. после пересадки.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Выживаемость растений в нестерильных условиях во многом определяется их способностью к быстрому росту (табл. 1).

 

Таблица 1.

Влияние Эмистима на высоту микрорастений земляники, мм

Сорт	Срок адаптации, дн.	Способ и время обработки
		контроль	замачивание			полив грунта
			1 ч	2 ч	5 ч
Asia	30	39,8 ± 1,8	46,2 ± 2,3	46,3 ± 3,7	36,9 ± 2,7	46,0 ± 2,5
	40	50,6 ± 3,8	67,1 ± 3,0	53,9 ± 3,7	53,1 ± 3,1	57,0 ± 3,0
Darselect	30	35,0 ± 2,1	49,9 ± 3,9	43,0 ± 3,1	35,9 ± 1,5	43,3 ± 3,0
	40	43,3 ± 4,0	65,4 ± 4,9	56,5 ± 4,2	43,0 ± 3,0	64,0 ± 4,0
Florence	30	46,8 ± 2,8	43,0 ± 2,7	47,0 ± 2,5	46,7 ± 2,3	50,8 ± 3,1
	40	57,3 ± 3,6	62,0 ± 3,2	61,5 ± 3,2	59,5 ± 2,9	62,4 ± 4,0
Honeoye	30	46,5 ± 2,7	46,4 ± 2,7	49,8 ± 2,7	48,0 ± 2,0	47,1 ± 3,0
	40	58,3 ± 3,0	53,8 ± 3,0	59,6 ± 2,7	53,7 ± 2,2	60,9 ± 3,7
Kimberly	30	37,6 ± 2,4	54,4 ± 3,7	48,2 ± 2,6	45,5 ± 3,0	46,9 ± 3,8
	40	47,6 ± 3,0	71,5 ± 5,0	64,8 ± 3,4	68,8 ± 3,6	58,3 ± 4,0
Siria	30	50,5 ± 3,8	53,8 ± 3,1	59,6 ± 2,7	53,7 ± 2,2	50,9 ± 3,7
	40	58,0 ± 3,0	71,7 ± 3,4	50,1 ± 2,7	50,7 ± 3,2	65,2 ± 3,1
Среднее	30	42,7 ± 2,6	49,0 ± 3,1	49,0 ± 2,9	44,5 ± 2,3	47,5 ± 3,0
	40	52,5 ± 3,4	65,3 ± 3,8	57,7 ± 3,3	54,8 ± 3,0	65,2 ± 3,6

 

При обработке Эмистимом высота микрорастений превышала контроль. В среднем по сортам максимальные параметры высоты через 40 дн. адаптации отмечали в варианте с Эмистимом в течение 1 ч и при поливе грунта раствором элиситора (рис. 1).

 

Рис. 1. Высота микрорастений сорта Kimberly через 30 дн. после обработки Эмистимом: а – контроль; б – замачивание на 1 ч; в – замачивание на 2 ч; г – замачивание на 5 ч; д – полив грунта.

 

Обработка Эмистимом способствовала более интенсивному росту корней, по сравнению с контролем (табл. 2).

 

Таблица 2.

Влияние Эмистима на длину корней, мм

Сорт	Срок адаптации, дн.	Способ и время обработки
		контроль	замачивание			полив грунта
			1 ч	2 ч	5 ч
Asia	30	71,8 ± 4,8	83,9 ± 3,4	78,8 ± 4,0	79,5 ± 3,0	74,6 ± 2,6
	40	80,0 ± 4,4	98,1 ± 4,8	85,7 ± 5,1	90,6 ± 3,7	87,5 ± 3,8
Darselect	30	56,6 ± 3,1	64,4 ± 3,0	66,8 ± 2,5	68,7 ± 3,4	94,8 ± 4,6
	40	58,0 ± 5,1	75,6 ± 3,6	77,9 ± 4,9	76,7 ± 3,4	109,0 ± 4,7
Florence	30	72,1 ± 5,5	59,0 ± 4,0	66,3 ± 3,3	68,3 ± 3,4	79,3 ± 3,2
	40	76,4 ± 6,2	88,0 ± 3,1	86,7 ± 3,5	95,5 ± 3,7	97,6 ± 5,8
Honeoye	30	79,7 ± 3,0	69,5 ± 4,1	77,2 ± 3,7	73,3 ± 3,1	81,9 ± 3,7
	40	89,4 ± 2,8	91,5 ± 3,8	101,3 ± 3,1	90,9 ± 2,5	91,5 ± 3,9
Kimberly	30	57,6 ± 4,1	71,5 ± 2,6	70,2 ± 4,0	67,9 ± 3,7	68,9 ± 3,5
	40	73,8 ± 3,8	95,0 ± 4,1	81,1 ± 2,8	83,8 ± 4,5	79,5 ± 5,0
Siria	30	60,7 ± 4,0	89,8 ± 3,0	76,8 ± 3,1	80,6 ± 4,4	74,7 ± 3,3
	40	80,6 ± 4,2	111,7 ± 4,2	98,5 ± 4,0	102,2 ± 4,6	100,3 ± 4,9
Среднее	30	66,5 ± 4,1	73,0 ± 3,0	72,7 ± 3,4	73,1 ± 3,5	78,3 ± 3,3
	40	76,4 ± 4,4	93,4 ± 3,9	88,5 ± 3,9	90,0 ± 3,5	94,2 ± 4,2

 

Через 30 дн. адаптации разница с контролем составляла 10…18%, в конце адаптации – 15…25%. Развитие корневой системы, прежде всего образование корней второго порядка, при обработке Эмистимом шло гораздо активнее, что позволяет сократить сроки адаптации на 5…7 дн. (рис. 2).

 

Рис. 2. Состояние корневой системы растений сорта Kimberly через 30 дн. после обработки Эмистимом: а – контроль; б – замачивание на 1 ч; в – замачивание на 2 ч; г – замачивание на 5 ч; д – полив грунта.

 

На фоне более развитой корневой системы растения формировали большее количество листьев, по сравнению с контролем (табл. 3).

 

Таблица 3.

Влияние Эмистима на количество листьев адаптируемых растений земляники, шт./раст.

Сорт	Срок адаптации, дн.	Способ и время обработки
		контроль	замачивание			полив грунта
			1 ч	2 ч	5 ч
Asia	30	5,4 ± 0,2	7,2 ± 0,5	7,2 ± 0,4	6,2 ± 0,2	6,3 ± 0,3
	40	5,8 ± 0,3	7,7 ± 0,4	7,6 ± 0,4	6,5 ± 0,2	6,6 ± 0,3
Darselect	30	4,8 ± 0,2	8,2 ± 0,5	6,8 ± 0,5	5,0 ± 0,2	5,3 ± 0,2
	40	4,7 ± 0,1	7,6 ± 0,4	6,5 ± 0,3	5,0 ± 0,2	6,4 ± 0,2
Florence	30	5,4 ± 0,2	5,1 ± 0,2	5,4 ± 0,1	5,1 ± 0,1	5,4 ± 0,2
	40	5,3 ± 0,2	6,0 ± 0,2	5,7 ± 0,2	5,9 ± 0,2	5,8 ± 0,2
Honeoye	30	5,8 ± 0,2	6,1 ± 0,2	6,2 ± 0,3	6,1 ± 0,2	6,9 ± 0,3
	40	5,4 ± 0,2	6,3 ± 0,2	6,1 ± 0,2	5,8 ± 0,1	6,3 ± 0,2
Kimberly	30	4,9 ± 0,1	5,6 ± 0,2	5,2 ± 0,2	5,2 ± 0,2	5,9 ± 0,3
	40	5,6 ± 0,3	6,1 ± 0,2	5,3 ± 0,2	5,7 ± 0,2	5,4 ± 0,2
Siria	30	5,6 ± 0,2	6,2 ± 0,3	6,3 ± 0,2	5,5 ± 0,2	5,7 ± 0,3
	40	5,7 ± 0,2	6,3 ± 0,2	6,2 ± 0,1	6,0 ± 0,2	6,2 ± 0,3
Среднее	30	5,3 ± 0,2	6,4 ± 0,3	6,2 ± 0,4	5,5 ± 0,2	5,9 ± 0,3
	40	5,4 ± 0,2	6,7 ± 0,3	6,2 ± 0,2	5,8 ± 0,2	6,2 ± 0,2

 

Максимальное количество листьев через 30 дн. адаптации сформировалось под действием Эмистима в течение 1 ч (6,4 ± 0,3). Последующее выращивание растений в условиях постепенного снижения влажности (через 40 дн. после высадки) также подтверждает эффективность использования Эмистима на этапе адаптации земляники.

Использование раствора Эмистима на этапе высадки растений in vitro в нестерильные условия позволило увеличить выход адаптированных растений по отдельным генотипам до 100% (табл. 4). Наибольший выход адаптированных растений отмечали у сорта Florence при всех способах и сроках воздействия Эмистимом.

 

Таблица 4.

Приживаемость микрорастений на этапе ex vitro, %

Сорт	Способ и время обработки
	контроль	замачивание			полив грунта
		1 ч	2 ч	5 ч
Asia	85,7	100,0	100,0	95,5	94,4
Darselect	80,0	100,0	92,6	88,2	93,8
Florence	91,7	100,0	100,0	100,0	100,0
Honeoye	88,2	95,5	92,0	96,3	90,7
Kimberly	83,2	100,0	95,5	97,0	100,0
Siria	90,5	95,8	96,2	100,0	92,9
Среднее	86,3	98,6	96,1	96,2	96,4

 

Выводы. В среднем по сортам приживаемость растений на этапе ex vitro при всех вариантах обработок Эмистимом была выше, чем в контроле, что подтверждает целесообразность его применения в системе производства посадочного материала земляники. Биометрические показатели при всех способах обработки растений препаратом Эмистим в среднем по сортам превышали показатели контроля, сроки адаптации сокращались на 5…7 дн. Оптимальным способом обработки растений можно считать замачивание базальной части розеток земляники в растворе Эмистима в течение 1 ч. Результаты исследований позволяют рекомендовать данную технологию к использованию в производстве качественного посадочного материала земляники.

About the authors

Olga V. Matsneva

Russian Research Institute of Fruit Crop Breeding

Author for correspondence.
Email: macneva@orel.vniispk.ru
Russian Federation, Zhilin village, Oryol region

Larisa V. Tashmatova

Russian Research Institute of Fruit Crop Breeding

Email: macneva@orel.vniispk.ru

PhD in Agricultural Science

Russian Federation, Zhilin village, Oryol region

Tatiana M. Khromova

Russian Research Institute of Fruit Crop Breeding

Email: macneva@orel.vniispk.ru

PhD in Biological Sciences

Russian Federation, Zhilin village, Oryol region

References

Supplementary files