УДК 634.8; 577.212.3
Бумагина Анастасия Евгеньевна
Федеральный исследовательский центр Всероссийский институт генетических ресурсов растений имени Н.И. Вавилова, г. Санкт-Петербург, Россия
Федеральный исследовательский центр Всероссийский институт генетических ресурсов растений имени Н.И. Вавилова, г. Санкт-Петербург, Россия
Ключевые слова: виноград; регенерационная способность; культура in vitro; микроклональное размножение.
Аннотация.
Произведена сравнительная оценка 10 сортов винограда по регенерационной способности. Исследовались два параметра: жизнеспособность сортов при введении в культуру in vitro и коэффициент микроклонального размножения. Наибольшую регенерационную способность показали сорта Гимра новый, Лесной белый Марагинский, Кишмиш круглый.
Введение.
Качество столового винограда, прежде всего, определяет сорт винограда, его генетический потенциал, а уже потом современные технологии возделывания. В настоящее время повышены требования к вкусовым и диетическим качествам винограда, что достигается путем снижения пестицидной нагрузки на насаждения и совершенствованием технологии производства продукции.
Это указывает на необходимость пересмотра сортовой политики в виноградарстве путем включения в посадки сортов винограда, которые имеют повышенную устойчивость к болезням и отвечают современным технологиям в виноградарстве [2].
Северная промышленная зона виноградарства предъявляет особые требования к степени адаптации сортов в связи со значительными зимними морозами и губительными для винограда провокационными оттепелями, сменяемыми резким падением температуры, более коротким периодом вегетации [4, 6]. Зимние повреждения не только в значительной степени снижают урожайность виноградных насаждений, но и иногда приводят к полной гибели кустов.
В последнее время наблюдается нарастание частоты стрессовых ситуаций в период перезимовки винограда [3]. Недостаточно высокая морозостойкость сортов является одним из главных лимитирующих фактором расширения ареала промышленного возделывания винограда [1, 5].
Совершенствование сортимента сортов по признаку зимостойкости является актуальной и практически значимой задачей для Санкт-Петербурга и Ленинградской области. В современной сложной социально-экономической ситуации, при нестабильности погодных условий работы по созданию экономически более выгодных неукрывных сортов с генетически обусловленной устойчивостью к низким зимним температурам, вредителям и болезням являются весьма актуальными и ведутся в разных масштабах практически во всех специализированных институтах мира [8]. Внедрение в производство новых высоко- продуктивных, зимостойких сортов имеет решающее значение в повышении рентабельности виноградных насаждений и возможности замещения импортного винограда [7].
Развитие отрасли виноградарства как политического приоритета сегодня является финансово и социально значимым направлением в системе разработки программ стратегического планирования промышленности в Российской Федерации. Современная селекционная работа с сортами винограда в начальный период проводится с использованием биотехнологических и молекулярно-генетических методов. Прогресс генетических манипуляций в селекции плодовых культур зависит от степени регенерации образцов. Чем выше регенерация, тем выше выход успешно отредактированных растений.
Цель исследований – оценить сорта винограда по способности к регенерации и отобрать наиболее способные сорта.
Качество столового винограда, прежде всего, определяет сорт винограда, его генетический потенциал, а уже потом современные технологии возделывания. В настоящее время повышены требования к вкусовым и диетическим качествам винограда, что достигается путем снижения пестицидной нагрузки на насаждения и совершенствованием технологии производства продукции.
Это указывает на необходимость пересмотра сортовой политики в виноградарстве путем включения в посадки сортов винограда, которые имеют повышенную устойчивость к болезням и отвечают современным технологиям в виноградарстве [2].
Северная промышленная зона виноградарства предъявляет особые требования к степени адаптации сортов в связи со значительными зимними морозами и губительными для винограда провокационными оттепелями, сменяемыми резким падением температуры, более коротким периодом вегетации [4, 6]. Зимние повреждения не только в значительной степени снижают урожайность виноградных насаждений, но и иногда приводят к полной гибели кустов.
В последнее время наблюдается нарастание частоты стрессовых ситуаций в период перезимовки винограда [3]. Недостаточно высокая морозостойкость сортов является одним из главных лимитирующих фактором расширения ареала промышленного возделывания винограда [1, 5].
Совершенствование сортимента сортов по признаку зимостойкости является актуальной и практически значимой задачей для Санкт-Петербурга и Ленинградской области. В современной сложной социально-экономической ситуации, при нестабильности погодных условий работы по созданию экономически более выгодных неукрывных сортов с генетически обусловленной устойчивостью к низким зимним температурам, вредителям и болезням являются весьма актуальными и ведутся в разных масштабах практически во всех специализированных институтах мира [8]. Внедрение в производство новых высоко- продуктивных, зимостойких сортов имеет решающее значение в повышении рентабельности виноградных насаждений и возможности замещения импортного винограда [7].
Развитие отрасли виноградарства как политического приоритета сегодня является финансово и социально значимым направлением в системе разработки программ стратегического планирования промышленности в Российской Федерации. Современная селекционная работа с сортами винограда в начальный период проводится с использованием биотехнологических и молекулярно-генетических методов. Прогресс генетических манипуляций в селекции плодовых культур зависит от степени регенерации образцов. Чем выше регенерация, тем выше выход успешно отредактированных растений.
Цель исследований – оценить сорта винограда по способности к регенерации и отобрать наиболее способные сорта.
Методика исследований.
В качестве материала в работе были использованы 10 сортов винограда: Кара яй изюм, Гимра новый, Кишмиш круглый, Ранний ВИРа, Лесной белый Марагинский, Виерул 59, Кара калтак, Кизлярский синий, Кишмиш тумут и Кайтаги.
Работа была проведена в два этапа: введение в культуру in vitro, микроклональное размножение.
Для введения в культуру сначала прорастили черенки винограда на светоустановке. После появления корней у растений их пересаживали в горшки с универсальным грунтом. Выбирали растения с доказанной сортовой принадлежностью, визуально здоровые.
Виноград, как и любая вегетативно размножаемая культура, относится к периклинальным химерам, поэтому для сохранения признаков материнского растения в качестве эксплантов для микроклонального размножения необходимо использовать те, которые содержат меристематическую ткань – апексы побегов, почки или узлы. Из-за данных особенностей культуры исходным материалом служили проросшие верхушечные и боковые почки отобранных растений размером до 1 см.
Для поверхностной стерилизации растительного материала первым этапом экспланты промывали в мыльном растворе 15 минут под струей проточной воды. Данная техника стерилизации позволяет избавиться от «крупного» загрязнения. Второй этап проводили в ламинарном боксе по следующей схеме: промывка материала водой, обработка 10 % коммерческим раствором ACE в течение 12 минут с последующей трехкратной промывкой стерильной водой в течение 10 мин. Эффективность стерилизации рассчитывали по формуле:
В качестве материала в работе были использованы 10 сортов винограда: Кара яй изюм, Гимра новый, Кишмиш круглый, Ранний ВИРа, Лесной белый Марагинский, Виерул 59, Кара калтак, Кизлярский синий, Кишмиш тумут и Кайтаги.
Работа была проведена в два этапа: введение в культуру in vitro, микроклональное размножение.
Для введения в культуру сначала прорастили черенки винограда на светоустановке. После появления корней у растений их пересаживали в горшки с универсальным грунтом. Выбирали растения с доказанной сортовой принадлежностью, визуально здоровые.
Виноград, как и любая вегетативно размножаемая культура, относится к периклинальным химерам, поэтому для сохранения признаков материнского растения в качестве эксплантов для микроклонального размножения необходимо использовать те, которые содержат меристематическую ткань – апексы побегов, почки или узлы. Из-за данных особенностей культуры исходным материалом служили проросшие верхушечные и боковые почки отобранных растений размером до 1 см.
Для поверхностной стерилизации растительного материала первым этапом экспланты промывали в мыльном растворе 15 минут под струей проточной воды. Данная техника стерилизации позволяет избавиться от «крупного» загрязнения. Второй этап проводили в ламинарном боксе по следующей схеме: промывка материала водой, обработка 10 % коммерческим раствором ACE в течение 12 минут с последующей трехкратной промывкой стерильной водой в течение 10 мин. Эффективность стерилизации рассчитывали по формуле:
1 - (Всего эксплантов)/(Экспланты с инфекцией) ×100 %.
Меристематический апекс с 2–3 парами примордиальных листочков размером 2–5 мм выделяли с помощью бинокулярного микроскопа МБС-10 при увеличении 60х и специального набора инструментов: шприца, пинцета, чашки Петри, скальпеля.
Далее стерильные, обработанные почки были помещены на агарозную среду МС с добавлением 1 мг/л гормона. Затем их проращивали на светоустановках с фотопериодичностью 16/8 и 4 1 тыс. люкс при температуре 23±2 °С в течение 2 месяцев.
В этот период производился контроль эксплантов на инфекционное заражение.
Для проведения микроклонального размножения микрорастения винограда, полученные на первом этапе, были разделены на однопочечные экспланты с 1–2 листами с помощью скальпеля в ламинар-боксе. Черенки были помещены на безгормональную среду МС. Затем их проращивали на светоустановках с фотопериодичностью 16/8 и 4 тыс. люкс при температуре 23±2 °С в течение 50 дней.
Была определена выживаемость, средняя высота растения, среднее количество листьев и коэффициент микроклонального размножения (КМР). КМР рассчитывали как количество вновь образовавшихся почек из одной материнской почки.
Результаты исследований.
По результатам введения в культуру in vitro стоит отметить, что способ стерилизации с помощью коммерческого раствора ACE в течение 12 мин является оптимальным вариантом для большинства сортов (рис. 1, 2).
Далее стерильные, обработанные почки были помещены на агарозную среду МС с добавлением 1 мг/л гормона. Затем их проращивали на светоустановках с фотопериодичностью 16/8 и 4 1 тыс. люкс при температуре 23±2 °С в течение 2 месяцев.
В этот период производился контроль эксплантов на инфекционное заражение.
Для проведения микроклонального размножения микрорастения винограда, полученные на первом этапе, были разделены на однопочечные экспланты с 1–2 листами с помощью скальпеля в ламинар-боксе. Черенки были помещены на безгормональную среду МС. Затем их проращивали на светоустановках с фотопериодичностью 16/8 и 4 тыс. люкс при температуре 23±2 °С в течение 50 дней.
Была определена выживаемость, средняя высота растения, среднее количество листьев и коэффициент микроклонального размножения (КМР). КМР рассчитывали как количество вновь образовавшихся почек из одной материнской почки.
Результаты исследований.
По результатам введения в культуру in vitro стоит отметить, что способ стерилизации с помощью коммерческого раствора ACE в течение 12 мин является оптимальным вариантом для большинства сортов (рис. 1, 2).
Рис. 1
Рис. 2
Наиболее жизнеспособными сортами оказались Кишмиш круглый (86 %), Лесной белый Марагинский (88 %) и Кишмиш тумут (90 %). Наименее жизнеспособным сортом оказался Кара калтак (50 %), табл. 1, см. рис. 2.
Можно сделать вывод о том, что данный сорт нуждается либо в понижении времени стерилизации, либо в уменьшении концентрации стерилизующего агента, а также в смене самого метода стерилизации. Эффективность введения в культуру in vitro рассчитывалась как частное жизнеспособных эксплантов от общего, выраженное в процентах.
По результатам микроклонального размножения наибольший КМР у сортов Кишмиш круглый (5,78), Гимра новый (5,75) и Лесной белый Марагинский (5,38). Наиболее жизнеспособными сортами оказались Кайтаги (90 %) и Виерул 59 (86 %) (табл. 2, рис. 3). Сорта Ранний Вир, Виерул 59, Кизлярский синий имели очень низкие показатели выживаемости (менее 20 %).
Можно сделать вывод о том, что данный сорт нуждается либо в понижении времени стерилизации, либо в уменьшении концентрации стерилизующего агента, а также в смене самого метода стерилизации. Эффективность введения в культуру in vitro рассчитывалась как частное жизнеспособных эксплантов от общего, выраженное в процентах.
По результатам микроклонального размножения наибольший КМР у сортов Кишмиш круглый (5,78), Гимра новый (5,75) и Лесной белый Марагинский (5,38). Наиболее жизнеспособными сортами оказались Кайтаги (90 %) и Виерул 59 (86 %) (табл. 2, рис. 3). Сорта Ранний Вир, Виерул 59, Кизлярский синий имели очень низкие показатели выживаемости (менее 20 %).
Таблица 1
По результатам микроклонального размножения можно сделать вывод о необходимости оптимизации среды МС для генотипов с низкими показателями выживаемости. Для получения наибольшего числа жизнеспособных микроклонов предлагается изменение соотношения компонентного состава среды или же включение в нее гормонов-ауксинов.
Однако, долгое культивирование растений с большим количеством пассажей на гормональных средах может приводить к морфологическим изменениям, а также влиять на генетическую однородность растения – самоклональную изменчивость. Такие микрорастения нельзя использовать в биотехнологических исследованиях.
Однако, долгое культивирование растений с большим количеством пассажей на гормональных средах может приводить к морфологическим изменениям, а также влиять на генетическую однородность растения – самоклональную изменчивость. Такие микрорастения нельзя использовать в биотехнологических исследованиях.
Таблица 2
Рис. 3
Заключение.
Для работ по генетическому редактированию необходимо использовать сорта, обладающие хорошей выживаемостью при введении в культуру и высокой регенерационной способностью.
В результате проделанной работы были изучены 10 сортов винограда по способности к регенерации. Сорта были проанализированы и отобраны по 2 показателям регенерационной способности: жизнеспособности при введении в культуру in vitro и КМР. Наилучшими показателями по признакам обладали сорта Гимра новый, Лесной белый Марагинский, Кишмиш круглый.
Для работ по генетическому редактированию необходимо использовать сорта, обладающие хорошей выживаемостью при введении в культуру и высокой регенерационной способностью.
В результате проделанной работы были изучены 10 сортов винограда по способности к регенерации. Сорта были проанализированы и отобраны по 2 показателям регенерационной способности: жизнеспособности при введении в культуру in vitro и КМР. Наилучшими показателями по признакам обладали сорта Гимра новый, Лесной белый Марагинский, Кишмиш круглый.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Абызов В.В. / Зимостойкость сортов винограда // Вестник научных конференций. 2018. № 6-2. С. 12-13.
2. Авидзба А.М., Волынкин В.А. / Разработка и реализация национальной программы совершенствования сортимента винограда в Украине // Виноградарство и виноделие. 2007. № 2. С. 2–5.
3. Совершенствование сортимента и методов селекции винограда для нестабильных климатических условий юга России / Ильницкая Е.Т. [и др.] // Виноделие и виноградарство. 2016. № 4. С. 36–40.
4. Макарова Г. А. / Виноград // Программа работ селекцентра научно-исследовательского института садоводства Сибири имени М.А. Лисавенко до 2030 года. 2011. С. 242-247.
5. О формировании адаптационной устойчивости у растений винограда в осенне-зимний период / Н.И. Ненько [и др.] //Сельскохозяйственная биология. 2014. № 3. С. 92-99.
6. Ознобкина Е. И. / Роль ученых виноградарей им. Филиппенко и Л.Т. Штин в продвижении культуры винограда на север // Частная генетика и селекция – вековой опыт в садоводстве. 2018. С. 195-199.
7. Улучшение классического сортимента винограда в природно-климатических условиях юга России / В.С. Петров [и др.] // Виноделие и виноградарство. 2013. № 4. С. 32–34.
8. Сьян И.Н. / Выявление доноров зимостойкости методом гибридологического анализа гибридных популяций. // Новочеркасск, 2016. С. 73.
1. Абызов В.В. / Зимостойкость сортов винограда // Вестник научных конференций. 2018. № 6-2. С. 12-13.
2. Авидзба А.М., Волынкин В.А. / Разработка и реализация национальной программы совершенствования сортимента винограда в Украине // Виноградарство и виноделие. 2007. № 2. С. 2–5.
3. Совершенствование сортимента и методов селекции винограда для нестабильных климатических условий юга России / Ильницкая Е.Т. [и др.] // Виноделие и виноградарство. 2016. № 4. С. 36–40.
4. Макарова Г. А. / Виноград // Программа работ селекцентра научно-исследовательского института садоводства Сибири имени М.А. Лисавенко до 2030 года. 2011. С. 242-247.
5. О формировании адаптационной устойчивости у растений винограда в осенне-зимний период / Н.И. Ненько [и др.] //Сельскохозяйственная биология. 2014. № 3. С. 92-99.
6. Ознобкина Е. И. / Роль ученых виноградарей им. Филиппенко и Л.Т. Штин в продвижении культуры винограда на север // Частная генетика и селекция – вековой опыт в садоводстве. 2018. С. 195-199.
7. Улучшение классического сортимента винограда в природно-климатических условиях юга России / В.С. Петров [и др.] // Виноделие и виноградарство. 2013. № 4. С. 32–34.
8. Сьян И.Н. / Выявление доноров зимостойкости методом гибридологического анализа гибридных популяций. // Новочеркасск, 2016. С. 73.
REFERENCES
1. Abyzov V.V. / Winter hardiness of grape varieties. Bulletin of scientific conferences. // 2018; 6-2: 12-13.
2. Avidzba A.M., Volynkin V.A. / Development and implementation of the national program for improving the assortment of grapes in Ukraine. Viticulture and winemaking. 2007; 2: 2–5.
3. Improvement of the assortment and methods of grape breeding for unstable climatic conditions in the south of Russia / E.T. Ilnitskaya et al. Winemaking and viticulture. 2016; 4: 36–40.
4. Makarova G.A. / Grape. The program of work of the selection center of the research institute of horticulture of Siberia named after M.A. Lisavenko until 2030. // 2011: 242-247.
5. On the formation of adaptive resistance in grape plants in the autumn-winter period / N.I. Nenko et al. Agricultural biology. // 2014; 3: 92-99.
6. Oznobkina E.I. Filippenko and L.T. Shtin in promoting the culture of grapes to the north. Private genetics and selection - a century-old experience in horticulture. 2018: 195-199.
7. Improvement of the classical assortment of grapes in the natural and climatic conditions of the south of Russia / V.S. Petrov et al. Winemaking and viticulture. 2013; 4: 32–34.
8. Syan I. N. / Identification of donors of winter hardiness by the method of hybridological analysis of hybrid populations. // Novocherkassk, 2016; 73.
1. Abyzov V.V. / Winter hardiness of grape varieties. Bulletin of scientific conferences. // 2018; 6-2: 12-13.
2. Avidzba A.M., Volynkin V.A. / Development and implementation of the national program for improving the assortment of grapes in Ukraine. Viticulture and winemaking. 2007; 2: 2–5.
3. Improvement of the assortment and methods of grape breeding for unstable climatic conditions in the south of Russia / E.T. Ilnitskaya et al. Winemaking and viticulture. 2016; 4: 36–40.
4. Makarova G.A. / Grape. The program of work of the selection center of the research institute of horticulture of Siberia named after M.A. Lisavenko until 2030. // 2011: 242-247.
5. On the formation of adaptive resistance in grape plants in the autumn-winter period / N.I. Nenko et al. Agricultural biology. // 2014; 3: 92-99.
6. Oznobkina E.I. Filippenko and L.T. Shtin in promoting the culture of grapes to the north. Private genetics and selection - a century-old experience in horticulture. 2018: 195-199.
7. Improvement of the classical assortment of grapes in the natural and climatic conditions of the south of Russia / V.S. Petrov et al. Winemaking and viticulture. 2013; 4: 32–34.
8. Syan I. N. / Identification of donors of winter hardiness by the method of hybridological analysis of hybrid populations. // Novocherkassk, 2016; 73.
RESEARCH OF GRAPE SAMPLES ON THE ABILITY TO REGENERATE IN VITRO
Anastasiia E. Bumagina
N.I. Vavilov Russian Institute of Plant Genetic Resources (VIR), St. Petersburg, Russia
Abstract.
A comparative assessment of 10 grape varieties by regenerative capacity was carried out. Two parameters were studied: the viability of varieties when introduced into culture in vitro culture and the coefficient of micropropagation. The greatest regenerative ability was shown by the varieties Gimra novy, Forest white Maraginsky, Kishmish round.
Keywords: grape; regeneration capacity; in vitro culture; micropropagation.
N.I. Vavilov Russian Institute of Plant Genetic Resources (VIR), St. Petersburg, Russia
Abstract.
A comparative assessment of 10 grape varieties by regenerative capacity was carried out. Two parameters were studied: the viability of varieties when introduced into culture in vitro culture and the coefficient of micropropagation. The greatest regenerative ability was shown by the varieties Gimra novy, Forest white Maraginsky, Kishmish round.
Keywords: grape; regeneration capacity; in vitro culture; micropropagation.
Статья поступила в редакцию 14.11.2021; одобрена после рецензирования 22.11.2021; принята к публикации 11.12.2021.
The article was submitted 14.11.2021; approved after reviewing 22.11.2021; accepted for publication 11.12.2021.
The article was submitted 14.11.2021; approved after reviewing 22.11.2021; accepted for publication 11.12.2021.
Для цитирования: Бумагина А.Е. / Изучение образцов винограда по способности к регенерации в условиях in vitro // Основы и перспективы органических биотехнологий. 2022. № 1. С. 3-8.
For citation: Bumagina A.E Research of grape samples on the ability to regenerate in vitro // Osnovy i perspektivy organicheskikh biotekhnologiy = Fundamentals and perspectives of organic biotechnologies. 2022;(1): 3-8 (In Russ.) http://organic-academy.online/