ВВЕДЕНИЕ
Одной из основных сельскохозяйственных культур выращиваемых в Карачаево-Черкессии, является картофель. Климатические условия региона и его гористый рельеф благоприятствуют возможности получения высоких урожаев культуры при использовании здорового семенного материала, свободного от возбудителей вирусных, грибных, и бактериальных болезней.
Современные технологии выращивания направлены на получение здоровых продуктивных семян в целях обеспечения ими производителей товарного картофеля. Традиционным методом стало оздоровление исходного материала с использованием культуры in vitro, а также сочетание её с клоновым отбором. При первичном размножении такого материала, необходима изоляция растений от переносчиков вирусов и комплексный подход в применении пестицидов. В большинстве случаев эти меры дают положительный результат, но не гарантируют получение свободного от патогенов элитного картофеля.
Семенные качества клубней можно улучшить путем применения веществ-индукторов, которые либо усиливают устойчивость картофеля к патогенным организмам, либо ингибируют их.
В настоящее время имеются сведения о ряде биологически активных веществ (БАВ), действие которых основано на активации естественного механизма иммунной системы растений картофеля. Такие БАВ индуцируют фитогормоны, которые необходимы растению для оптимизации роста и развития, а также для стимулирования генетических возможностей адаптации к внешним проявлениям агрессивности среды обитания. Вместе с тем, всесторонней информации об эффективности применения БАВ в различных почвенно-климатических условиях недостаточно.
Целью настоящего исследования по изучению применения БАВ в питомниках первичного семеноводства картофеля, является
5
совершенствование технологии производства высококачественного оздоровленного исходного материала для обеспечения нужд элитного семеноводства.
Для решения были поставлены следующие задачи:
- оценка и подбор на основе литературных данных биологически активных веществ, целенаправленно влияющих на физиологические и биохимические процессы жизнедеятельности растений и их иммунную систему;
- изучение действия выбранных БАВ на биометрические показатели роста и развития растений, выход и качество здоровых семенных клубней в урожае при прямом действии и последействии;
- оценка экономической эффективности применения БАВ в питомниках первичного семеноводства картофеля;
- разработка элементов технологии первичного семеноводства с применением БАВ.
Научная новизна работы заключается в изучении применения рекомендованных БАВ в питомниках первичного семеноводства в условиях предгорной зоны Карачаево-Черкессии на высоте 800-1100 м над уровнем моря при выращивании оздоровленного исходного материала перспективных сортов селекции ВНИИКХ.
Результаты исследований использованы при разработке программы Карачаево-Черкесского НИИСХ по организации производства оздоровленного исходного материала районированных и перспективных сортов картофеля в КЧР.
Практическая ценность. Разработаны рекомендации по использованию БАВ при выращивании оздоровленного исходного материала в условиях предгорья Карачаево-Черкесской республики на высоте 800-1100 м над уровнем моря.
6
Апробация работы. Результаты исследований обсуждены и одобрены на научно-технических советах ВНИИКХ (2003, 2004, 2005 гг.), и ГУ КЧ НИИСХ (2002, 2003, 2004 гг.), на международной научно-практической конференции молодых ученых "Адаптивное растениеводство: проблемы и решения". - Минск - 2004 г, на семинаре "Агротехнические приемы выращивания семенного и продовольственного картофеля". - Кисловодск -2004 г.
Публикации. По результатам исследований опубликованы четыре научные работы.
ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 1.1 Методы и способы получения оздоровленного исходного материала
Оздоровление сортов допущенных к использованию, ведется на основе либо культуры ткани (Kassanis В., 1957), либо клонового отбора в полевых условиях. В последнее время эти способы зачастую сочетают (Амбросов А. П., 1975; Атабеков И. Г., 1988; Анисимов Б. В. и др., 1991; Зыкин А. Г., 2001).
Оздоровление на основе культуры ткани начинается с питомника по выращиванию мини-клубней (закрытый или открытый грунт), исходные микрорастения для которого получают в НИУ (Антонова Г. И., 2001; Банадысев С. А. и др., 2000; Блоцкая Ж. В., Хох Н. А., 2000; Гончаров Н. Д., Войтенко А. Г., 2000; Герасимов С. Б., Леонтьева Ю. А., 1985). Полученные при обязательно ручной уборке мини-клубни после выбраковки нетипичных, больных и малопродуктивных - объединяют и высаживают на следующий год в питомник первой полевой репродукции из мини-клубней. Поколение клубней, полученных в питомнике первой полевой репродукции, высаживают в питомник супер-суперэлитного картофеля (Адамова А.И., Родькин О. И., 2000, 2001).
Оздоровление на основе клонового отбора начинается с отбора исходных кустов (клонов) после визуальных оценок и тестирования листовых проб методом ИФА. Окончательную оценку растений по урожаю проводят в период уборки (Анисимов Б. В., 2001). Урожай каждого отобранного куста помещают в мешочек. В питомнике испытания клонов первого года потомство каждого отобранного исходного куста высаживается отдельно. Если в период вегетации обнаружится хоть одно больное растение в клоне — бракуется весь клон. Урожай объединяется по клонам и высаживается в питомник супер-суперэлиты.
8
При любом из способов получения супер-суперэлитного картофеля, его клубни должны соответствовать требованиям стандартов РФ и использоваться для выращивания суперэлитного картофеля.
Освобождение семенного картофеля от патогенов, а также сохранение репродуктивных свойств сортов обеспечивается системой мероприятий по оздоровлению семенного материала. Оздоровление - сложный комплексный процесс, сочетающий использование различных методов.
Основным методом оздоровления является выращивание растений картофеля из апикальных зон делящихся клеток, выделенных из ростков клубней картофеля, размером 100-200 мк (метод верхушечной меристемы). В течение периода регенерации проростки из меристем внедренных в питательную среду, черенкуют при сформировавшихся 5-6 листочках с последующей пересадкой в новую по составу среду (Адамова А. И., Родькин О. И., 1995,2000; Антонова Г. И., 2001).
Методы повышения эффективности оздоровления сортов картофеля, базируются на сочетании метода верхушечной меристемы как с термо, так и с химиотерапией.
Впервые применение термотерапии для оздоровления клубней от вирусов скручивания листьев картофеля было описано Кассанисом. В дальнейшем была доказана эффективность термотерапии для освобождения растений от вирусов, имеющих сферическую форму частиц (Nagarajan S., Bansal К., 1986; Korp A., 1989). Оптимальная продолжительность термотерапии около четырех недель и определяется она как особенностями вирусов, так и биологическими особенностями сорта. Термообработку надо начинать осенью или зимой, чтобы закончить её до начала вегетации.
Применение химиотерапии при выращивании регенерантов путем добавления в их питательную среду веществ - ингибиторов вирусов, показало высокую эффективность оздоровления во ВНИИ картофельного хозяйства. Использованная панкреатическая рибонуклеаза (РНК-аза) в концентрации
9
0,001-0,1%, оказывала стимулирующее действие на морфогенез меристем и выход регенерантов (Морозова 3. Р., 1998). Приживаемость меристем на питательной среде Мурасиге-Скуга с РНК-азой повышалась в зависимости от сорта на 10-35%, количество полученных регенерантов - на 30-40%.
Аналогичным действием обладает созданная в Институте цитологии и генетики бактериальная эндонуклеаза, более доступная к использованию в практической работе (Леонова Н. и др., 1991).
В связи с необходимостью ежегодно получать большие объёмы растений in vitro того или иного сорта для выращивания исходных партий здоровых клубней, НИУ поддерживают коллекцию оздоровленных сортов картофеля (Фенина Н. А., 1991; Мусин С. М. и др., 1997, 2000, 2001; Усков А. И. и др., 2000).
Получение растения-регенеранта из меристемы, свободного от вирусной инфекции, - только первый этап использования оздоровленного материала в семеноводстве картофеля.
Не менее важной задачей является ускоренное размножение оздоровленного материала. Наиболее известны следующие приемы ускоренного размножения: микрочеренкование растений в культуре in vitro; ускоренное размножение частями клубней, ростков, растений; получение нескольких урожаев в год за счет управления периодами покоя клубней и вегетации растений; использование технологий, способствующих повышению количества клубней, формируемых растением (Будин К. 3., 1965; Грошева Т. Д. и др., 1999; Янчевская Т. Г., 2002).
Одной из перспективных технологий ускоренного размножения семенного материала картофеля способствующих повышению количества клубней, является применение биологически активных веществ (БАВ), индуцирующих образование клубней и стимулирующих их рост (Абазов А. X. и др., 2001; Банадысев С. А., 2000; Бобрик А. О., 2000, 2001; Гончаренко О. П., Нечипоренко Г. Т., 2000; Гончаров Н. Д., Войтенко А. Г.,
10
2000; Гончарук В. М. И др., 2000 и т. д.). Использование БАВ для добавления в питательную среду микрорастений также позволяет получить дополнительный высококачественный материал (Анненков Б. Г., Толмачева И. А., 2000). Вообще сочетание БАВ со всевозможными приемами выращивания в условиях с экстремальными климатическими и погодными факторами, компенсирует потери урожая (Грошева Т. Д. и др., 1999; Демидов Е. С, Звездина Т. Н., 2001; Евдокименко О. А., 2001; Зыкин А. Г., 2001).
Кроме функций росторегуляторного характера, БАВ обладают широким спектром защитного действия, стимулируя образование фитогормонов, повышающих системную устойчивость к инфицированию растений микроорганизмами, совместный симбиоз с которыми, является причиной вырождения растений или их токсикации (Леонова Н. и др., 1991; Постников Д. А. и др., 1993; Морозова 3. Р., 1998).
Успех применения БАВ во многом определяют последовательность их применения и прогноз развития растений, линейно связанные с погодными условиями.
1.2. Изменение роста и развития растений in vitro при добавлении БАВ в
питательную среду
Целенаправленное применение биологически активных веществ, регулирующих рост и развитие растений выращиваемых на искуственных питательных средах, широко применяется на практике.
Влияние регуляторов роста хлорхолинхлорида (XXX), кампозана и гидрела на растения in vitro; зависело, в основном, от концентрации данных веществ в питательной среде (Молявко А. А., Свист В. Н., 2001). При концентрации XXX 0,02 % растения росли значительно медленнее, чем при
11
концентрациях 0,015% и 0,01 %. Также замедление роста в сравнении с контролем, фиксировалось при концентрациях XXX 0,01 и 0,015 %. Во всех вариантах с XXX у растений закладывалась мощная корневая система, более утолщенный стебель со сближенными междоузлиями и темно-зеленой окраской.
При использовании кампозана в концентрациях 0,015 и 0,02 % растения в начале роста образовывали сильно разветвленную корневую систему. Многие корешки превращались в зеленые воздушные корни. Рост стеблей сильно замедлялся или же точка роста вообще не образовывала стебель. При концентрации кампозана 0,01 % растения меньше образовывали воздушных корней, при этом увеличивался выход растений, пригодных для пересадки в грунт. Из всех высаженных черенков при концентрациях кампозана 0,02, 0,015, 0,01 %, выход пробирочных растений пригодных для посадки,составил соответственно 55, 60 и 72%.
Растения при добавлении в питательную среду гидрела, росли быстрее, чем в вариантах с XXX, но медленнее, если БАВ не добавляли. При добавлении в питательную среду как хлорхолинхлорида, так и гидрела. из всех черенков вырастали растения пригодные для пересадки в грунт. Они имели темно-зеленую окраску. При использовании кампозана растения in vitro были более светлыми. При концентрации в питательной среде XXX, гидрела и кампозана 0,01% растения были пригодны для высадки в грунт на 3-4, 2-3, 6-7 дней позднее, чем в контроле. При концентрации в питательной среде XXX 0,02%, растения можно было высаживать в грунт на 10-11 дней позднее контроля, а в вариантах с гидрелом и кампозаном соответственно на 8-9 и 14-15 дней.
Одной из проблем технологии выращивания исходного материала, является преодоление стрессовых факторов при пересадках растений из искусственных питательных сред в грунт. Зачастую, в качественно новых условиях наблюдается гибель определенного количества пересаженных
12
растений (Адамова А. И., 2000, 2001). При добавлении БАВ в искусственную питательную среду на последнем этапе микроразмножения in vitro многим исследователям удалось изменить гормональный статус пробирочного растения и увеличить выход приживаемости растений картофеля после переноса их в полевые условия (Бобрик А. О., 2001). Приживаемость растений в опытах А. А. Молявко и В. Н. Свиста (2001) составляла в зависимости от сорта 95-97%, они быстрее трогались в рост благодаря более мощному образованию корневой системы.
Использование брассиностероидов (БС) в культуре in vitro (Коновалова Г. И., Бобрик А. О., Семенова 3. А., 2000) сокращало период роста растений и увеличивало коэффициент размножения в 2-3 раза. Добавление БС № 55 в стандартную питательную среду Мурасиге-Скуга положительно влияло на увеличение числа междоузлии и развитие корневой системы (Бобрик А. О., 2001). Количество междоузлий в опытном варианте составило 7-9 против 3-4 в контроле. Причем наибольший эффект получен при добавлении БС в питательную среду без использования стимулятора роста гиббереллина. Выход растений пригодных к черенкованию на 8-10 день составлял 100% при соотношении 2:1 против контроля (в контроле - 47%).
Установлено , что стимулирующий эффект БС № 55 используемого in vitro, сохраняется в последействии при дальнейшем выращивании растений в полевых условиях. Одновременно дополнительная обработка растений картофеля в теплице (рассады) и в поле (в фазе бутонизации) обеспечивала положительный эффект как по сравнению с контролем, так и вариантом последействия.
Хорошим индуктором эндогенных растительных гормонов, является фумар. Его применение стимулирует пробуждение и развитие глазков у клубней, способствует созданию мощной корневой системы, синхронизирует развитие клубней, активизирует многие ферменты, в том числе разрушающие нитраты, снижает поражаемость картофеля черной ножкой, нематодами и
13
другими болезнями и вредителями (Станко С. А., Костяновский Р. Г., 1995). Добавление в питательную среду растений in vitro фумара (0,1 мг/л) заметно стимулировало рост корневой системы и в несколько меньшей степени рост и развитие стебля и листьев (Усков А. И. и др., 2004).
Применение янтарной кислоты и эпина благоприятно влияло на рост и развитие растений картофеля in vitro (Кильчевский А. В. и др., 2000). Эпин повышал всхожесть и энергию прорастания, устойчивость к неблагоприятным условиям. Однако наибольшей устойчивостью к физиологическим стрессам обладали растения, выращенные на питательной среде с использованием янтарной кислоты.
1.3. Влияние применения БАВ на рост, развитие, сроки созревания и
продуктивность растений картофеля
Большое значение для семеноводства картофеля имеет проблема сокращения длительности вегетационного периода с целью уменьшения риска распространения вирусного заражения в период массового лёта тлей — переносчиков инфекции. Биологически активные вещества влияют на интенсификацию обменных процессов, направленность биохимических реакций, изменение синтетической активности.
Считается, что добиться ускорения прорастания клубней в настоящее время можно наиболее эффективно применением гиббереллина, относящимся к числу наиболее изученных БАВ (Тектониди И. П., 1966). Для прерывания покоя молодых свежеубранных клубней от ранневесенней посадки гиббереллин лучше применять в сочетании с тиомочевиной (Муромцев Г. С. и др., 1994). Эта смесь хорошо ускоряет всходы летних посадок картофеля, что облегчает получение второго урожая.
14
В исследованиях проведенных в Беларуси, обработка клубней сортов Сантэ и Орбита перед посадкой препаратами мальтамин и гидрогумат, ускоряла появление всходов на 3-4 дня (Юхневич М. И. и др., 2000).
Опрыскивание растений хлорхолинхлоридом, кампазаном и гидрелом в период активного роста (начало бутонизации) в концентрациях 0,2 и 0,4 % приостанавливало рост стеблей в высоту и способствовало образованию дополнительных боковых побегов (Молявко А. А, Свист В. Н., 2001). Так, если на контроле высота растений сортов Луговской, Ласунак и Орбита составляла 85, 90 и 112 см, то при опрыскивании она уменьшалась до 64-80; 56-79 и 69-100 см. При этом площадь ассимиляционной поверхности отмеченных сортов увеличивалась на 0,039-0,145; 0,006-0,068 и 0,015-0,075 м2/куст. Это связано с образованием дополнительных побегов и более мощного фотосинтетического аппарата.
Гумат натрия при обработке растений в малых концентрациях также значительно стимулирует рост и развитие растений, повышает поступление питательных элементов, активизирует белковый и углеводный обмен (СМ. Юрлова, 1997).
Применение купрокетана-2 как при обработке клубней, так и опрыскивании вегетирующих растений, увеличивало фотосинтетический потенциал (ФП) растений сорта Ресурс на 13-20%, сорта Невский - на 19-22% (Николаев А. В., 1999). Применение купробиссана увеличивало и ФП растений (на 5-17%),и чистую продуктивность фотосинтеза на 7-12%.
Одной из основных проблем первичного семеноводства картофеля является сокращение сроков полевого размножения за счет увеличения коэффициента размножения семян (Гончаренко О. П., Нечипоренко Г. Т., 2000). Различные способы использования БАВ позволяют регулировать необходимые признаки продуктивности, в том числе количество клубней семенных фракций. Так, при предпосадочной обработке клубней 0,5%-ным раствором купробиссана и 0,1%-ным раствором купрокетана был получен
15
урожай картофеля сорта Невский 16,35 и 17,1 т/га соответственно, что составляет 94 и 98% к контролю (Молчанова Е. Я., Бибик Н. Д., 2001). При этом количество семенных клубней составило 6,23 и 6,08 шт./куст или 111% и 109% к контролю.
Обработка клубней ризопланом, гуматом натрия, агатом-25К, биоплантом и силикатными бактериями перед посадкой повышала урожай на 14,6-74,8% (КинчароваМ. Н., 1999).
В опытах С. М. Юрловой наибольшая прибавка урожая клубней-32,0 ц/га за 4 года^ получена у сорта Сантэ при обработке клубней 0,01% раствором гумата натрия. Прохладные и влажные погодные условия на том же сорте Сантэ при концентрации гумата натрия 0,01% и 0,2% позволили получить урожайность на 9,2 и 21,3% соответственно выше, чем в контрольных вариантах. При использовании гумата натрия отмечено, что одним из наиболее оптимальных вариантов увеличения выхода стандартной семенной фракции можно считать обработку клубней 0,1%-ным раствором. Это увеличение достигается как за счет увеличения общего числа клубней, так и за счет уменьшения количества мелких и крупных клубней.
После обработки клубней мальтамином прибавка урожая в среднем за 2 года достигала 45-64 ц/га для сорта Сантэ, и 29-45 ц/га для сорта Орбита (Юхневич М. И. и др., 2000).
Большое значение для увеличения выхода мини-клубней имеет добавление БАВ в искусственную питательную среду расчеренкованных пробирочных растений (Молявко А. А., Свист В. Н., 2001). Так,у растений сортов Аноста, Луговской, Ласунак, в питательную среду которых был добавлен хлорхолинхлорид (XXX) в концентрациях 0,01, 0,015 и 0,02%, при дальнейшей высадке в поле по схеме 45x20 см, получено 10,0-11,0-9,7; 10,2-12,8-9,3; 10,0-11,8-10,9 шт. мини-клубней с куста, а по схеме 30x15, соответственно,8,2-9,6-7,5; 8,1-9,2-7,6 и 7,5-9,3-7,9 шт. мини-клубней с куста. На контроле в среднем при двух схемах густоты посадки было 8,0-6,8; 8,2-6,0
16
и 8,9-6,5 шт. мини-клубней с куста. Действие гидрела имело аналогичный характер.
Ф В то же время применение кампозана способствовало снижению
t выхода мини-клубней по сравнению с контролем, причем с увеличением его
*' концентрации в питательной среде, их количество прогрессивно снижалось.
Так,у тех же сортов при концентрации в питательной среде кампозана 0,01%,
0,015%, 0,02% при схеме посадки 45x20 см выход мини-клубней с куста
составил 6,6-5,7-5,7; 7,2-6,0-5,5 и 7,2-5,7-5,5 шт., при схеме 30x15 см,
соответственно,5,0-4,4-3,8; 6,0-5,1-4,8 и 5,7-5,0-4,8 шт.
Введение варианта с концентрацией в питательной среде XXX и кампозана 0,005% оказалось эффективным. Так, сорт Луговской при густоте 30x15 см в результате применения XXX 0,005% обеспечил выход клубней с куста 29,5 шт., но в основном за счет мелкой фракции мини-клубней диаметром 1-2,8 см.
В некоторых исследованиях показана высокая эффективность совместного применения нескольких биологически активных веществ (Гончарук В. М. и др., 2000). Урожай, полученный с одновременным применением нескольких БАВ, составил 179-242 % к контролю. Ярко выраженным эффектом синергизма обладали смеси:
^ 1. аденилил(«2-5»)аденилил(«2-5»)аденозин 2 (Na) соли + (22R, 23R,
24R)- 2а,3а, 22,23-тетраокси-р-гомо 7окса- 5а эргостан- 6- она;
2. аденилил(«2-5»)аденилил(«2-5»)аденозин 2 (Na) соли + 22,23-
дидеокси-28-гомобрассинолид;
3. бензиламинопурин (б-И-бензиладенина) + (22R, 23 R, 24R)- 2а,3а,22,23-тетраокси-Р-гомо 7окса- 5а эргостан- 6- она.
Изучение проводилось в полевых условиях. Коэффициент совместного _ действия (КСД) для пар 1 и 3 составляет 1,08; урожай соответственно 159% и
17
154% к контролю. Для смеси 2, КСД был равен 1,20; урожайность 183% к контролю.
Эффективными на культуре картофеля являются также препараты потеитин (Пономаренко и др., 1992) и квартазин (Веденеев и др., 1992). Они повышают урожай клубней, их качество, устойчивость растений к неблагоприятным факторам внешней среды.
Значительный интерес представляют исследования по применению на культуре картофеля класса брассиностероидов (БС), обладающих высокой активностью, способствующих удлинению и делению клеток в растениях. Установленно, что стиммулирующий эффект БС № 55 внесенного in vitro, сохраняется при дальнейшем выращивании растений в полевых условиях. Получена достоверная прибавка урожая к контролю в размере 25-33 ц/га по сорту Темп и 23-41 ц/га по сорту Сантэ (Бобрик А. О., 2000).
Применение эпина в концентрации 0,1 мг/л питательной среды увеличивало урожай клубней сорта Лазурит на 18,8%, сорта Выток на 108,6% (Кильчевский А. В. и др., 2000).
Некоторые препараты при применении в повышенных концентрациях на вегетирующих растениях способствовали увеличению выхода мини-клубней. Так, при опрыскивании растений хлорхолинхлоридом (XXX) в концентрациях 0,2 и 0,4% выход клубней с куста сортов Луговскои, Ласунак и Орбита составил 9,3-10,3; 10,3-10,6 и 9,7-10,6 шт., гидрелом 10,6-12,4; 11,7-12,6 и 11,8-12,8 шт., кампазаном - 10,2-11,9; 11,1-12,6 и 10,6-11,8 шт., на контроле по трем сортам 8,2; 8,9 и 8,8 шт. (Молявко А. А., Свист В. Н., 2001). При этом увеличивался выход мини-клубней размером выше 6,0 см.
Опрыскивание растений сорта Невский в фазу бутонизации 0,5%-ным раствором купробиссана и 0,1%-ным раствором купрокетана, позволило получить урожай в 21,3 и 26,3 т/га (122 и 151% к контролю), в том числе, соответственно, 6,8 и 7,7 штУкуст семенных клубней или 121% и 139% к контролю (Молчанова Е. Я., Бибик Н. Д., 2001). В меньшей степени |
