Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Влияние биотехнологических методов оздоровления и размножения посадочного материала на продуктивность и адаптационную способность ранних и среднеранних сортов картофеля в условиях Северо-Запада

ВАК РФ 06.01.05, Селекция и семеноводство

Автореферат диссертации по теме "Влияние биотехнологических методов оздоровления и размножения посадочного материала на продуктивность и адаптационную способность ранних и среднеранних сортов картофеля в условиях Северо-Запада"

Министерство общего и специального образования Академия сельского хозяйства и природных ресурсов

ос

^Новгородского государственного университета им. Ярослава Мудрого

ВЛИЯНИЕ БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ОЗДОРОВЛЕНИЯ

И РАЗМНОЖЕНИЯ ПОСАДОЧНОГО МАТЕРИАЛА НА ПРОДУКТИВНОСТЬ И АДАПТАЦИОННУЮ СПОСОБНОСТЬ РАННИХ И СРЕДНЕРАННИХ СОРТОВ КАРТОФЕЛЯ В УСЛОВИЯХ СЕВЕРО-ЗАПАДА

Специальность 06.01.05 - селекция и семеноводство

х 5

ос-

5

ВЕРЕЩАГИН Александр Сергеевич

На правах рукописи

АФТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискани? ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

I

НОВГОРОД-1998 г.

Работа выполнена на кафедре ботаники Академии сельского хозяйства и природных ресурсов Новгородского государственного университета им. Ярослава Мудрого в 1992-1996 годы.

Научные руководители: -доктор сельскохозяйственных наук,

профессор Широков Анатолий Иванович;

- кандидат биологических наук, доцент Борисова Татьяна Николаевна

Официальные оппоненты: ,

- доктор биологических наук профессор Юзбеков А.К.

- кандидат сельскохозяйственных наук

Житлова Н.А.

Ведущая организация: Новгородский научно-исследовательский и проектнотехнологический институт сельского хозяйства

Защита состоится .....1998г. в 1400 часов на

заседании диссертационного совета К 064.32.10 в Академии сельского хозяйства и природных ресурсов Новгородского государственного университета им. Ярослава Мудрого по адресу: 173000, г. Новгород, ул. Советской Армии 7, АСХиПР НОВГУ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке АСХ и ПР Новгородского государственного университета.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах с подписями, заверенных печатью, просим направлять Учёному секретарю.

Афтореферат разослан 'Я.'Я&р&ДА1998г.

Ученый секретарь диссертационного совета: кандидат сельскохозяйственных наук, доцент В.М. Кондратьева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Картофель является важнейшей культурой Северо-Западного региона. К сожелению она сильно поражается многими заболеваниями, в том числе вирусными. В настоящее время во многих странах идет разработка и освоение различных методов оздоровления и размножения посадочного материала. В каждой природно-климатической зоне есть свои особенности во взаимотношениях патогенов с возделываемыми сортами, свой уровень проведения семеноводческих мероприятий. Анализ литературных источников показывает, что новые подходы к получению оздоровлённого посадочного материала ещё не нашли широкого применения в регионе.

Цель и задачи исследований. Цель работы - выявление закономерности изменения продуктивности и адаптационной способности в зависимости от сочетания методов оздоровления и размножения семенного материала. В связи с этим решались следующие конкретные задачи:

изучить различные методы получения, оздоровления и ускороенного размножения исходного материала;

- провести сравнительную оценку реакции некоторых ранних и среднеранних сортов картофеля на методы оздоровления и размножения исходного материала;

- выявить влияние методов оздоровления и размножения на выход товарной и семенной фракции, устойчивость к болезням, уровень урожайности и темпы его снижения в зависимости от повторного заражения; коэффициент размножения;

изучить адаптационную способность (приживаемость, выживаемость, выход товарного посадочного материала в защищенном и открытом грунте);

- дать экономическое обоснование оптимального сочетания методов оздоровления и размножения семенного картофеля.

Научная новизна. Изучено сочетание трех методов оздоровления и двух методов размножения на ранних и средних

-

сортах. Выявлена их реакция на реализацию потенциальных качеств сортов. Выявлены оптимальные сочетания, позволяющие производить высококачественный семенной материал, повысить эффективность использованных сортов. Доказано, что адаптационная способность позволяет проследить эффективность действия методов улучшения посадочного материала на всей технологической цепочке от пробирочных растений до получения семенного материала в поле.

Практическая значимость работы. Исследование адапционной способности при использовании различных методов оздоровления и размножения показали, что для высокоурожайных сортов, оптимальным сочетанием является меристемное оздоровление и ростковое размножение исходного материала С последующей клубневой репродукцией, а также усовершенствованное кпоновое оздоровление с клубневым размножением.

Для неинтенсивных сортов народной селекции (Синеглазка и др.) целесообразно использовать усовершенствованный кпоновый метод оздоровления при ростковом или клубневом размножении семенного материала.

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены на конференциях молодых ученых в 1992-1996гг. (г.Новгород) и опубликованы в 4 статьях.

Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 405 страницах машинописного текста, содержит 5бтаблиц и 29 рисунков Состоит из введения, 8 глав, выводов и рекомендаций производству, приложения. Список "использованной литературы содержит 108 наименований, в том числе 21 иностранных авторов.

УСЛОВИЯ, МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ И ИСХОДНЫЙ МАТЕРИАЛ

Исследования проводились на базе биотехнологической лаборатории при ГАУ в г.Пушкине, зимних теплицах цветоводческого хозяйства в г.Новгороде, на опытном поле учхоза "Вяжище", колхозе им. Ленина Боровического района Новгородской области. В биотехнологической лаборатории готовился исходный материал

- Б-

оттестированный на наличие латентных форм вирусной инфекции, проводилось микроклональное черенкование. Черенки высаживались на питательную среду (МС) в закрытые пробирки. Доразмножение проводилось в растильнях. Из пробирочного материала после тестов выбраковки отбирали по 10 типичных растений сорта Невский и Синеглазка для дальнейшего клонирования. Полученный пробирочный материал использовался для вегетационных и полевых опытов. Для ряда опытов была получена рассада из клубней первого клубневого поколения. После доращивания в условиях теплицы месячная рассада и оздоровленные меристемным методом клубни использовались в полевых опытах. Контроль на наличие вирусной инфекции (вирусы L, V, X, S и М) осуществляли визуально и проведением иммуноферментного анализа растений согласно методических указаний по применению биотехнологических методов получения и оценки оздоровленного картофеля.

Выявление влияния меристемного оздоровленияи микроклонального размножения in vitro проводилось с соблюдением высоких агротехнических требований.

Полевые опыты закладывались в ручную с использованием комплексного минерального удобрения. За сезон проводили три окучивания, шесть поливов, две-три прополки, три химические обработки посадок инсектицидами и фунгицидами. Проводили фенологические наблюдения, апробацию, отбор проб для иммуноферментного анализа. Урожай определялся сплошным способом с разделением каждого куста на фракции. Экономическая оценка методов оздоровления и размножения проводилась по методикам НИИКХ (1967-1980гг.). Математическая обработка данных осуществлена с помощью специально разработанной нами компьютерной программы, претендующую на оригинальность и новизну.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Влияние агроклиматических условий на продолжительность фенофазных периодов. Погодные условия в 1992-1995гг. в период вегетации имели свои особенности. Мы ежегодно фиксировали даты наступления всходов, столонообразования, цветения, отмирания

-е-

ботвы, уборки. Выявлено, что у сортов Невский, Синеглазка, Пушкинец различия в прохождении фенофаз составляют 2-3 дня. Всходы обычно появляются на 14-15 день, столонообразование на 914 день после всходов, цветение на 40-45 день после всходов. Естественного отмирания ботвы в годы исследований не было. Ботву обычно скашивали за 3 недели до уборки. Наличие поливов в значительной мере приводили к уменьшению реакции сортов на засушливые условия.

Влияние методов оздоровления и размножения на урожайность и коэффициент размножения картофеля. Начальный этап нашей работы был связан с постановкой лабораторного эксперимента по изучению влияния микроклонирования in vitro На выход безвирусного материала. Проводилось микроклонирование сортов Невский и Синеглазка с двумя вариантами: в биотехнологической лаборатории (г.Пушкин) - регенерация и доращивание пробирочных растений в специально оборудованном помещении по полной методике с соблюдением определенного режима температуры и влажности воздуха. Второй вариант связан с упрощенной методикой, когда все фазы регенерации проходили в условиях стерильных настольных камерах. Выход товарных пробирочных растений у сорта Невский при соблюдении режима микроклимата составил 86 %, без соблюдения 82%, у сорта Синеглазка соответственно 82% и 74%. Браковка в основном была связана с отсутствием корневой системы у регенерантов. Этот опыт показал, что выход регенерантов довольно высокий даже при упрощенном методе микроклонирования. Следовательно любое семеноводческое хозяйство может успешно проводить микроклонирование готовых пробирочных растений на питательную среду и получать рассаду.

На начальном этапе нами также была изучена адаптационная способность регенерантов при доращивании пробирочных растений в условиях ex vitro (в нестерильных условиях защищенного фунта). Стрессовые условия снизили выход товарной рассады по сорту Невский с 62 до 48%, по сорту Синеглазка с 69 до 54%. Что свидетельствует об удовлетворительной адаптационной способности при переходе выращивания пробирочных растений из

-г-

"растилен" с контролируемым микроклиматом к грунтовым условиям защищеного грунта.

Используя "растильни" со стерильными условиями и теплицы мы вырастили из пробирочных растений 466 шт. рассады сорта Невский и 483 шт. сорта Синеглазка. Выбраковка элиминированных растений в неасептических условиях теплицы была выше на 14-15%. Следовательно, для повышения адаптационной способности меристемных растений при переходе от стерильных условий доращивания к доращиванию в условиях защищенного грунта, необходимо особое внимание к доращиванию регенерэнтоа,особенно в период 10 дней. Вместе с тем, этот эксперимент показал,что при наличии теплиц семеноводческое хозяйство вполне может в достаточном количестве получать товарную рассаду из меристемных растений.

На сортах Невский и Синеглазка мы провели сравнение трех вариантов оздоровления: традиционного, клонового и меристемного. Выевили, что адаптация изолированных ростков у сортов Невский и Синеглазка была очень высокой. Выход товарной рассады по вариантам варьировал от 80 до 98%. Такие результаты достигнуты благодоря своевременной отбраковки ростковых регенерантов в течение первых 10 дней доращивания. Следовательно при ростковом размножении в условиях ex vitro регенерация и адаптация изолированных ростков к почвенным условиям проходит без стресса. Меристемный и клоновый метод оздоровления имеют почти одинаковый выход товарной рассады. Проведен эксперимент по сравнению адаптационной способности пробирочных растений суперраннего сорта Пушкинец и среднераннего сорта Невский при доращивании в условиях ex vitro в условиях теплицы. Сводные данные представлены в табл.1.

Это свидетельствует о влиянии сортовых особенностей на адаптационную способность. Для суперранних сортов необходимо наработывать больше меристемной рассады для выращивания ее в поле.

В полевом эксперименте изучалось влияние последействия методов оздоровления и размножения на урожай сортов Невский и Синеглазка. Выявлено, что у сорта Невский общая урожайность меристемных растений, размноженных методом микроклонирования

Таблица 1

Адаптационная способность пробирочных растений

сорта Невский и Пушкинец

Сорт Исход ное кол лицее тво Коэф фици ент раз- мно- же - ния Адаптационная способность меристемных растений

В защищен ном грунте, Прижива емость в поле, Осталось растений после вы браковок Урожай, кг Ко-эфф раз мн. в поле Суммарный выход клубней, шт. Суммарный коэфф разм. за сезон Общая ад. способ .

шт. % шт. %

шт. %

Невс- * Удо-

кий 500 31.7 15840 96 7259 46 6061 38 3000 7.4 44851 89.7 влет

вор.

Пуш- 500 24.2 12076 96 6388 53 4305 36 1640 6.0 25830 51.7 Низ-

кинец кая

Примечание:

* - адаптационная способность считается: удовлетворительной при 31 -60% выходе товарной рассады, а низкой при 11-30%.

и ростков от клубней первого поколения, не имела существенных различий и составила 27,09 и 28,23 т/га. По сорту Синеглазка по этим вариантам она составила 17,12 и 18,23 т/га. При этом крупная фракция у обеих сортов отсутствовала. Следовательно применение росткового метода размножения позволяет получать тот же урожай, что и микрокпональном. Размноженный ростковым методом безвирусный материал имеет большую адаптационную способность по сравнению с материалом прошедшим только

микроклонирование. Выявилось, что более интенсивный сорт Невский обладает более сильной реакцией на оздоровление по сравнению с сортом Синеглазка. Коэффициенты размножения у сорта Невский и Синеглазка оказались по вариантам близки (12,3 и 10,2). Это указывает на то, что микрокпональный и ростковый метод при меристемном оздоровлении дают равноценный результат. Однако себестоимость росткового материала существенно ниже, по этому для полевых условий более выгодно размножать безвирусный материал методом изолированных ростков. Ростковый метод более доступен для семеноводческих хозяйств.

Влияние сочетаний методов на урожай и коэффициент размножения в полевых условиях. Для выяснения этого вопроса 5ыл заложен 3-х летний и однолетний полевой эксперимент, зключающий 6 вариантов. В схеме опыта предусматривалось <аличие двух контролей (К-1 -традиционный метод оздоровления при слубневом размножении исходного материала, К-2 тоже самое, но с юстковым методом размножения). Вариант 3 и 4 - меристемное >эдоровление при клубневом и ростковом размножении, вариант 5 и > - усовершенствованный кпоновый метод (далее клоновый) »здоровления приклубневом и ростковом размножении. Основные >езультаты опыта представлены в табл.2 Из данных этой таблицы »идно, что сорт Невский значительно превосходил по урожаю сорт Синеглазка во всех вариантах. Наивысший урожай получен в 4-ом 1арианте (сочетание меристемного оздоровления с ростковым >азмножением). Для сорта Синеглазка лучшим вариантом оказался 5 клоновое оздоровление с клубневым размножением). Наименьший рожай по обеим сортам получен в варианте 3 (меристемное •здоровление и клубневое размножение). Выяснено, что сочетания нетодов оздоровления и методов размножения слабо повлияло на

коэффициент размножения. Анализ структуры урожая по фракциям показал, что доля крупной фракции была мала по обоим сортам (322%), доля семенной фракции 80-96%, мелкой - 0,9-4,0%. Урожай семенной фракции представлен на рис 1.

Таблица 2

Общий урожай и коэффициент размножения в зависимости от сочетания методов оздоровления и размножения, (1993-1995гг.

среднее)

Вариант Невский Синеглазка

Урожай, т/га Коэфф.размн. Урожай, т/па Коэфф.размн.

1(1 36,16 10,45 24,58 8,23

К2 28,09 8,63 26,26 9,55

3 24,97 8,43 15,93 8,13

4 39,36 12,88 19,22 8,85

5 35,95 9,93 28,97 9,95

6 30,87 9,65 27,09 9,65

X 32,57 9,99 23,68 9,06

НСР05 1,7 0,Э И 0,7

Структура урожая, семенная фракция

Средний урожай за три гола (1993-1995г.)

Варианты РиС.1

-и-

Эти данные указывают на то, что оптимальное сочетание методов оздоровления и размножения исходного материала для сортов различной интенсивности может быть различным.

Возможно оптимальное сочетание зависит не только от биологических особенностей сортов, но и от складывающихся погодных условий года. Что подтверждается полевым экспериментом 1992 года. В этом эксперименте сравнивались разные методы оздоровления при клубневом и ростковом методе размножения. Схема опыта также включена в 6 вариантов (три варианта оздоровления и два варианта размножения). При этом лучшим вариантом по сорту Невский оказался - 5 (клоновое оздоровление при клубневом размножении. Урожай на этом варианте составил 80,76 т/па, сорта Синеглазка вариант 3 и 5 (61,1 и 54,7) (меристемное оздоровление при клубневом размножении и клоновое оздоровление при клубневом размножении).

Урожай сорта Невский при клубневом размножении во всех трех методах оздоровления превосходил ростковые варианты на 48,9%, 47,1%, 20,6%. Такая же закономерность наблюдалась и по сорту Синеглазка. Клубневой метод размножения в трех методах оздоровления превосходил ростковые на 41,2%, 49,1% и 46,3%. Коэффициенты размножения при клубневом методе размножения во всех трех вариантах оздоровления также превосходил ростковые на 41,2%, 40,6% и 17,7% - со сорту Невский и на 30,8%, 40,2%, 34,9% - по сорту Синеглазка. Данные эксперимента 1992 года не совсем совпали с данными полевого трехлетнего опыта.

Сравнение вегетативного и генеравного метода оздоровления. В 1996 году проведено изучение пробирочной меристемной рассады сорта Невский и сеянцев сорта Гранд. Последние получена генеративным путем из ботанических семян. Основные результаты эксперимента в табл.3. По семенной фракции превосходство по урожаю сорта Невский над Грандом составило 26%. Однако коэффициент размножения по сорту Гранд был выше на 40%, за счет мелкой фракции. Выяснено, что клубни от сеянцев сорта Гранд имели различные отклонения (деткование, дикие формы и т.д.). Генеративный метод оздоровления нуждается в дальнейшем изучении.

Таблица 3

Урожай и коэффициент размножения при вегетативном и генеративном методе оздоровления, (1996г.)

Общий Коэфф. Отклонение от контроля

Сорт урожай, размно- Урожай Коэфф. размнож.

т/га жения т/га % шт. %

Невский 37,10 11,7 --■ - - -

Гранд 29,40 16,2 - 7,7 20,7 4,6 40,0

НСР05 9.1 27,2 2,7 19,0

Влияние методов оздоровления и размножения на повторное заражение вирусными заболеваниями. Материалом для анализа послужили растения оздоровленные и размноженные тремя методами оздоровления и двумя методами размножения (полевой эксперемент 1993-1995гг.) Контроль за поражением растений вирусами осуществляли с помощью визуальных наблюдений и ИФА - тестов. Результаты показали, что во всех вариантах сочетания методов оздоровления и размножения шло нарастание пораженности вирусами и падения урожая. Наибольшее поражение наблюдалось при традиционном методе оздоровления (1 и 2 варианты). Меристемное и клоновое оздоровление (варианты 3, 4, 6) имели меньшую зараженность по сравнению с клубневыми вариантами (Рис.2). У обоих сортов за годы исследований шло падение величины урожая. Темпы падения урожая представлены в табл.4. Как видно из таблици и рис.2, скорость повторного заражения и падения урожая наблюдается у обоих сортов. Однако у интенсивного сорта этот процесс идет быстрее. Ростковое размножение снижает скорость зарожения вирусами. Наиболее эффективным методом оздоровления оказался меристемный. Чем больше процент заражения, тем ниже урожай. Чем больше скорость повторного заражения, тем выше скорость снижения урожая у изученных сортов.

Варианты

Рис.2

---г ■ -"1------

Полеьой опыт N VI, сорт Неьский

г/-----

0 1895г. 0 1994«-. 19ЭУ.

Таблица 4

Скорость падения урожая картофеля в связи с зараженностью вирусными болезнями, т/га за сезон

Вариант Скорости (V) изменения урожая

Сорт Отклонение от контроля

Невский (контроль) | Синеглазка

К1 -14,59* -10,65 + 3,94

К 2 -11,59 - 9,80 + 1,79

3 + 2,11 - 4,60 - 6,61

4 -12,99 - 5,06 + 7,93

5 -19,54 -18,81 + 0,75

6 -15,46 -19,68 -4,22

Примечание: • \/(скорость) = (Х(1995г.) - Х(1993г.)1/(п-1); где п - число лет опыта, X - урожай за сезон (т/га).

Реакция сортов картофеля на методы оздоровления и размножения в зависимости от погодных условий. На основе трехлетнего полевого эксперимента с различным сочетанием методов оздоровления и размножения выявилась тенденция падения урожая. Следует отметить то, что 1993 год (начала опыта) был наиболее оптимальным по балансу температур, запасу влаги для формирования высокого урожая на всех шести вариантах опыта. В 1994 и особенно 1995 год были нетипичными для Новгородской области. Высокие среднемесячные температуры в июне-июле ускорили прохождение фенофаз развития растений. В критические фазы образования урожая клубней наблюдался дефицит влаги. Период вегетации в 1993г. был на 24 дня длиннее. Стрессовые условия в 1994 и 1995 годы обусловили рост поражения растений вирусной инфекцией, снижали урожай и коэффициент размножения. Динамика паражения растений вирусами представлена на рис.3., динамика урожая на рис.4., динамика коэффициента размножения на рис.5. Из полученных данных можно сделать также вывод о том,что посадочный материал отобранный в стрессовые сезоны имеет пониженную адаптационную способность, сохраняющуюся в

Динамика урожайности картофеля

■jyf-д Оби»« Фракция. сорт Неьский. полеьой опыт N VI, 1993-1995Г.

i

I 1.

I

i

I

i

f

I:

0

1305 1994 1993

i

I

3 4 5

Варианты

6 х ср.

Т/ГА

Обидя ч>ракцца, сорт Синеглазка, полеьой опыт N VI, 1993-1995г.

□ '»»

0 <893

Ц

I

I

ЕЭ

и

Щ

I

I"

I:

1 2 3 * 5 6 X ср.

Варианты

РисЛ

динамика коэффициента размножения

Обыая фракция, сорт Неьский, полеьой опыт N VI. 1993- 1995г.

В'"'

•Т"—^г-2 3 4 S 6 К ср.

Варианты

Общая фракция, сорт Синеглазка, полеьой опыт N VI, 1993-1995.-.

401 ¡2 .985

0

01993

1

2 3*5

Варианты

Рис.5

ш

I

последующих вегетативных поколениях при кпоновом и традиционном методе оздоровления. Меристемный материал в силу более высокого качества сохраняет резерв к росту урожая, особенно при ростковом методе размножения. По этому при выборе семеного материала необходимо отдавать предпочтение оздоровленному и размноженному оптимальными для данного сорта методами и выращенному в благоприятных агрометеорологических условиях.

Экономическая эффективность сочетаний методов оздоровления и размножения семенного картофеля. Главными показателями экономической эффективности являются: себестоимость, прибыль, окупаемость, рентабельность. Мы провели все расчеты затрат произведственно-технологического цикла выращивания семенного картофеля на основе средней урожайности за три года по 6-вариантам эксперимента. Цены и затраты взяты за 1995г. Экономическая эффективность (прибыль и окупаемость затрат) представлены на рис.6. Наибольшая рентабельность отмечалась у сорта Невский при меристемном оздоровлении и ростковом размножении (вариант 4 ) • 420%, у сорта Синеглазки -усовершенствованном клоновом оздоровлении и клубневом размножении (вариант 5) - 200%.

Анализ показал, что оздоровленный семенной материал сорта Невский окупается значительно быстрее по сравнению с окупаемостью сорта Синеглазка.

Оптимальное сочетание методов оздоровления. Анализ сочетаний методов оздоровления и размножения провели по величине урожая, коэффициенту размножения, чистоты от вирусной инфекции, экономической эффективности. Для выявления оптимальных сочетаний использован метод ранжировки первый ранг -наивысшие показатели. Обобщенные результаты ранжировки представлены в табл.5. Из 5 показателей наибольшее количество первых мест (ранг 1) по сорту Невский набрал вариант 4 (меристемное оздоровление и ростковое размножение), на втором месте (три вторых ранга) вариант 5 (клоновое оздоровление и клубневое размножение), на третьем месте - вариант 1 (два вторых

Q Hete«*» W Синлглшил

Щ ..

-С

m

i

3 * s s Ваоианты

(Окупаемость произьодетаенных mpir)

f/] Чаьсюл NH Симвглыш

Эариамты

Рас.о

Таблица 5

Ранжирование результатов исследований, 1993-1995Г.

Показатели ранжирования

Сорт, Коэффициент Степень Экономичес- Адаптацион-

Урожайность размножения чистоты от кая эффек- ная **

вирусов тивность способность

Варианты

тах пип тах т1п тах тхп тах ггип тах т1г>

Невский ж

К1 II II 1 г

К2 г 1 г

3 г II г III

4 I I I I I

5 II II II

6 II III

Синеглазка

К1 г 1 1

К2 II III

3 г г II 1

4 I 1 III

5 I I I I

6 II II II II

Примечание: * - максимальное значение показателя обозначается римскими цифрами, а минимальное латинской буквой "2"; ** - комплекнсый

ранга) традиционный метод оздоровления при клубневом размножении.

По сорту Синеглазка оптимальное сочетание имел 5 вариант (клоповое оздоровление и клубневое размножение). Он имел четыре первых места из пяти показателей. На втором месте оказался вариант 6 (клоновое оздоровление и ростковое размножение). Он имел 4-е вторых места из 5 показателей. Адаптационная способность, как синтезирующая оценка представлена на рис.7.

Таким образом технология оздоровления и размножения семенного материала зависит от биологических особенностей сортов. Оптимальное сочетание методов оздоровления и размножения может быть для сортов различным. Неравнозначность по эффективности технологий и эффекта последействия обуславливает целесообразность определения реакций тех или иных сортов на методы оздоровления от вирусной инфекции.

Выводы:

1. Ведущая культура Севера-Западного региона картофель значительно поражается вирусными заболеваниями. Инфекция представлена вирусами У, X, в , М и виройдом ВКК.

2. Существующие традиционные методы ведения семеноводства картофеля нуждаются в совершенствовании. Они должны быть подкреплены более современными методами с биотехнологической основой.

3. Изучение трех методов оздоровления семенного материала показало, что действие на урожайность и адаптационную способность их различно. А также оно тесно связано с методом доразмножения и сортовыми особенностями.

4. Выявлено, что суперранние, ранние сорта оздоровленные методом апикальных меристем более требовательные к условиям последующего размножения.

5. Доказано, что высокий выход регенерантов можно обеспечить и при отсутствии биотехнологической лаборатории с регулированным режимом. При упрощенной методике микроклонирования, с усилением роли браковки получен выход регенерантов по сорту Невский - 82%, Синеглазка - 74%. Следовательно семеноводческим хозяйствам доступно проведение

микроклонирования готовых пробирочных растений на питательную среду для получения рассады в защищенном грунте.

6. Адаптационная способность, как синтезирующая оценка выхода товарной рассады в условиях ex vitro может быть хорошей при удалении элиминированный растений в первые 10 дней доращивания регенерантов и создания благоприятных условий для развития.

7. Повысить адаптационную способность до очень высокой возможно при использовании изолированных ростков от клубней первого клубневого поколения меристемных растений и элиты. При этом снижается влияние стрессового фактора перехода от асептических условий к почвенным. В своих исследованиях мы получили выход товарной рассады сортов Невский и Синеглазка в традиционном методе оздоровления 88-90%, клоновом - 94-98%, меристемном 96-97%.

8. В полевом эксперименте (1993-1995гг.) по изучению влияния различных методов оздоровления и размножения на урожай установлено, что наивысший урожай сорта Невский получен при сочетании меристемного оздоровления при ростковом размножении (39,3 т/га), а также при сочетании клонового оздоровления при клубневом размножении (35,9 т/га), сорта Синеглазка - сочетание клонового оздоровления и клубневого размножения (28,9 т/га) и сочетание клоново оздоровления и росткого размножения (27,0 т/га).

9. Влияние различных сочетаний методов оздоровления и размножения на коэффициент размножения оказалось не высоким. Он варьировал по вариантам опыта от 8,6 до 12,8 - сорту Невский, и 8,1 до 9,9 по сорту Синеглазка.

10. Наибольшую долю в общем урожае независимо от сочетания метод составляла семенная фракция. По сорту Невский она составляла 81-93%, сорту Синеглазка 93-97%. Крупной фракций и мелкой было мало.

11. Анализ погодных условий за годы проведения исследований показал, что наивысший урожай по всем полевым опытам получен в 1993 году. Затем шло ежегодное снижение урожая. Снижение урожая в 1994 и 1995 годы объясняется высокими температурами воздуха и дефицитом осадков в период

клубнеобразования, шло также нарастание поражения растений вирусными заболеваниями.

12. При сравнении сочетаний трех методов оздоровления и двух методов размножения выяснено, что оптимальным сочетанием для сорта Невский является меристемное оздоровление при ростковом размножении, для сорта Синеглазка - клоновое оздоровление при клубневом размножении. При этом достигается повышение урожая на 13-22% по сравнению с традиционными методами.

13. Использование меристемного и клопового оздоровления, несмотря на повышение затрат на 50-160%, рентабельно. Оптимальное сочетание с методами размножения позволяют повысить рентабельность до 80-190% (по сравнению с традиционным). При этом рентабельность зависит от интенсивности сорта, более урожайные сорта быстрее окупаются.

Рекомендации производству. Семеноводческим хозяйствам по производству посадочного материала целесообразно:

- иметь свои биотехнологические лаборатории, либо на договорных началах закупать исходный оздоровленный материал в существующих лабораториях региона;

- иметь защищенный грунт, где проводить размножение оздоровленного материала;

- установить жесткий контроль и выбраковку клонов с низкой адаптационной способностью (менее 60%). При вторичном семеноводстве наряду с визуальным, использовать иммуноферментный анализ по контролю за вирусной инфекцией;

- подобрать интенсивные сорта и оптимальное сочетание методов оздоровления и размножения;

- для высокоурожайных среднеранних сортов использовать меристемное оздоровление с ростковым размножением и последующей клубневой репродукцией, либо усовершенствованное клоновое оздоровление с клубневым размножением.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Верещагин A.C. Влияние метода оздоровления и вегетативного размножения семенного материала на урожайность картофеля//Современные проблемы растениеводства и животноводства Севера-Запада России. - Новгород., 1997. - С.19-22

2. Верещагин A.C. Григорьева E.H. Иванов В.Г. Влияние методов оздоровления и размножения семенного картофеля на пораженность вирусными заболеваниями/Яруды АСХ и ПР. -Новгород., 1998. - (в печати).

3. Верещагин A.C. Повышение урожайности и адаптационной способности семенного картофеля ранних и среднеранних сортов. Информ.листок - Новгород, ЦНТИ, 1998. - №#98 - 2с.

4. Верещагин A.C. Определение и оценка адаптационной способности семенного материала картофеля. Информ. листок -Новгород, ЦНТИ, 1998. №-/2-98 -2с.

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, кандидата сельскохозяйственных наук, Верещагин, Александр Сергеевич, Новгород

МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

АКАДЕМИЯ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА И ПРИРОДНЫХ РЕСУРСОВ

НОВГОРОДСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА

им. ЯРОСЛАВА МУДРОГО

На правах рукописи

ВЕРЕЩАГИН АЛЕКСАНДР СЕРГЕЕВИЧ

ВЛИЯНИЕ БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ОЗДОРОВЛЕНИЯ И РАЗМНОЖЕНИЯ

ПОСАДОЧНОГО МАТЕРИАЛА НА ПРОДУКТИВНОСТЬ И АДАПТАЦИОННУЮ СПОСОБНОСТЬ РАННИХ И СРЕДНЕРАННИХ СОРТОВ КАРТОФЕЛЯ В УСЛОВИЯХ

СЕВЕРО-ЗАПАДА

Специальность 06.01.05 - селекция и семеноводство

Диссертация на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Научный руководитель

доктор сельскохозяйственных

наук, профессор А.И.Широков

Новгород - 1998

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ ....................... 4

1. МЕТОДЫ ПРОИЗВОДСТВА И ОЗДОРОВЛЕНИЯ ПОСАДОЧНОГО МАТЕРИАЛА КАРТОФЕЛЯ ОТ ВИРУСНЫХ ЗАБОЛЕВАНИЙ (0В30Р ЛИТЕРАТУРЫ)

1.1. Вирусные заболевания картофеля и типы устойчивости, значение безвирусности ......... 10

1.2. История развития методов производства и оздоровления посадочного материала .......... 13

1.3. Сравнительная эффективность методов оздоровления посадочного материала ............. 15

1.4. Методы ускоренного размножения картофеля .... 17

1.5. Недостатки биотехнологических методов оздоровления и размножения посадочного материала . . . .19

1.6. Адаптационная способность растений ....... 21

2. УСЛОВИЯ, МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ И ИСХОДНЫЙ МАТЕРИАЛ

2.1. Агроклиматические и почвенные условия проведения

исследований (место, почва и погодные условия) 22

2.2. Методика проведения исследований ................30

2.3. Исходный материал ..............................52

3. ВЛИЯНИЕ АГРОКЛИМАТИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ НА ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ ФЕНОФАЗНЫХ ПЕРИОДОВ ........................58

4. ВЛИЯНИЕ МЕТОДОВ ОЗДОРОВЛЕНИЯ И РАЗМНОЖЕНИЯ НА УРОЖАЙНОСТЬ И КОЭФФИЦИЕНТ РАЗМНОЖЕНИЯ КАРТОФЕЛЯ .... 69

5. ЗАВИСИМОСТЬ ОТ МЕТОДОВ ОЗДОРОВЛЕНИЯ И РАЗМНОЖЕНИЯ КАРТОФЕЛЯ ПОВТОРНОГО ЗАРАЖЕНИЯ ВИРУСНЫМИ ЗАБОЛЕВАНИЯМИ.......................139

6. РЕАКЦИЯ СОРТОВ КАРТОФЕЛЯ НА МЕТОДЫ ОЗДОРОВЛЕНИЯ И РАЗМНОЖЕНИЯ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ПОГОДНЫХ УСЛОВИЙ . . . 14 6

7. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ СОЧЕТАНИЙ МЕТОДОВ ОЗДО-

РОВЛЕНИЯ И РАЗМНОЖЕНИЯ СЕМЕННОГО КАРТОФЕЛЯ .... 160

8. ОПТИМАЛЬНЫЕ СОЧЕТАНИЯ МЕТОДОВ ОЗДОРОВЛЕНИЯ И

РАЗМНОЖЕНИЯ....................167

ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ ......... 171

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ......... 174

ПРИЛОЖЕНИЯ.......................183

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы

Картофель в Северо-Западном регионе России является наиважнейшей сельскохозяйственной культурой.

В сложившихся неблагоприятных хозяйственно-экономических условий от обеспечения достаточного производства картофеля во многом зависит успешность решения продовольственных трудностей на Северо-Западе страны. Исследования, проведенные за последние десятилетия в НИИ картофельного хозяйства и других научных учреждениях, позволили разработать эффективные приемы и методы в селекции и семеноводстве картофеля. Вслед за мировой картофелеводческой практикой в семеноводческих элито-производящих хозяйствах России началось применение оздоровленного безвирусного меристемного семенного картофеля. Эффективность методов оздоровления и размножения ценного материала в первичном и вторичном семеноводстве существенно влияет на себестоимость и объемный выход качественного семенного материала различных сортов картофеля.

Ранее не проводилось сравнительного изучения последействий на урожайность и адаптационные свойства семенного оздоровленного картофеля во вторичном семеноводстве и товарных посадках. С появлением принципиально новых подходов к получению и производству семенного материала в первичном семеноводстве возникли сложности в широком внедрении в сельскохозяйственную практику достижений науки и биотехнологии. В частности, повышение уровня адаптации оздоровленного и ускороенно размноженного семенного материала поможет разрешению этой технологической проблемы и повысит эффективность семеноводства картофеля на всех уровнях.

С учетом вышеизложенного представляется целесообразным рассмотреть: как использование наиболее эффективных методов

оздоровления и размножения влияют на продуктивные и адаптационные свойства семенного материала картофеля; какие существуют закономерности и правила для подбора методов и их сочетаний для наработки доступного семенного материала с оптимальными свойствами для конкретных условий вторичного семеноводства и товарного картофелеводства.

Цель и задачи исследований

Целью данной работы являлось выявление закономерности изменения продуктивности и адаптационной способности растений картофеля (ранних и среднеранних сортов) в зависимости от применения методов оздоровления и размножения семенного материала в природно-климатических условиях Новгородской области.

Для достижения поставленной цели потребовалось решение следующих конкретных задач:

1. Изучить различные методы получения, оздоровления и ускоренного размножения исходного материала картофеля с применением различных сокращенных схем производства элиты на меристемной основе.

2. Провести микроклональное размножение меристемного материала и получить клубни первого поколения для использования их в качестве исходного материала в процессе комплексных (лабораторных, вегетационных и полевых) экспериментов.

3. Провести сравнительную оценку пробирочных растений картофеля разных сортов, относящихся к разным группам спелости и продуктивности в защищенном и открытом грунте.

4. Сравнить некоторые районированные сорта разных групп спелости по реакции их на оздоровление и вегетативное размножение исходного материала.

5. Сравнить основные типы методов оздоровления и вегетативного размножения растений картофеля (ранних и среднеранних сортов) по качественным показателям урожайности,

количественному выходу фракций, устойчивости к болезням, скорости падения продуктивности посадок и адаптационной способности материала в условиях Новгородской области.

6. Установить закономерность появления положительных результатов при проведении эксперимента в других почвенных и климатических условиях Новгородской области.

7. Выявить и обосновать наиболее эффективные комбинации методов получения, оздоровления и размножения семенного материала картофеля.

8. Установить приемлемое сочетание методов оздоровления и размножения для выбранных сортов в сложившихся неблагоприятных хозяйственно-экономических условиях.

9. Экономически обосновать оптимальные варианты применения комбинаций методов производства оздоровленного семенного картофеля.

Объект исследований

1. Методы оздоровления от вирусов и виройдов семенного материала картофеля.

2. Методы ускороенного размножения картофеля.

3. Сочетание методов оздоровления и размножения, их влияние на реализацию продуктивных и адаптационных свойств семенного материала картофеля (ранних и среднеранних сортов).

Научная новизна

1. В результате исследований последействия методов оздоровления и размножения на семенные показатели картофеля выявлена зависимость между применением этих методов и реализацией потенциальных продуктивных качеств сорта.

2. В оценке результатов экспериментов был применен принципиально новый аспект эффективности действия методов улучшения семенного материала - адаптационная способность. С

помощью его проводили оценку растений на всех уровнях технологической цепочки: получения, оздоровления, ускоренного размножения, полевого испытания и репродукции семенного картофеля.

3. Установлена зависимость между наличием стрессового фактора на стадии оздоровления или размножения исходного материала и характером изменений продуктивных показателей семенного картофеля в последующих поколениях.

В ходе многоуровневых исследований выявлены закономерности, использование которых _ делает возможным целеноправленно разрабатывать технологическую цепочку производства оздоровленной элиты с учетом специфики последующего эффективного применения во вторичном семеноводстве и товарном картофелеводстве.

Практическая значимость

Результаты, полученные при выполнении данной работы, позволяют:

- в первичном семеноводстве вести целеноправленный подбор и составление сочетаний эффективных методов оздоровления и ускоренного размножения семенного материала для условий вторичного семеноводства;

- повысить эффективность использования ранних и среднеранних сортов картофеля;

проводить оценку перспективности и рентабельности оздоровленного тем или иным методом исходного семенного картофеля для внутрихозяйственного семеноводства или производства клубней на продовольственные цели.

Установленные оптимальные сочетания методов оздоровления и размножения семенного картофеля позволяют производить по умеренным ценам доступный высококачественный семенной материал для широкого круга картофелеводов, ведущих товарное производство в подобных агроклиматических условиях Новгородской области.

На защиту выносятся следущие положения

1. Реализация потенциальной урожайности и жизнеспособности сорта зависит от методов оздоровления и размножения исходного материала семенного картофеля.

2. Реакция сортов на одни и те же методы оздоровления и размножения неравнозначна. Подбор оптимальных сочетаний методов оздоровления и размножения повышает эффективность использования потенциала сорта, снижает скорость падения урожая и адаптационной способности на всех уровнях семеноводства и продовольственного картофелеводства.

Апробация работы

Основные положения диссертации изложены в четырёх научных статьях, доложены на конференциях молодых ученых (г.Новгород 1992-1996гг.).

Объем и структура диссертационной работы

Диссертация состоит из введения, восьми глав, выводов и предложений производству и содержит 105 страниц, 56 таблиц и 29 рисунков, список литературы, включающий 108 наименований, приложения.

Первая глава посвящена обзору литературы и результатам исследований отечественных и зарубежных ученых, внёсших большой вклад в разработку методов производства и оздоровления семенного материала картофеля от вирусных заболеваний. Из анализа материалов первой главы видно, что действие и последействие сочетаний методов оздоровления и доразмножения исходного материала на последующие этапы семеноводства картофеля изучено недостаточно и требует дальнейших исследований.

Во второй главе изложены условия, методика исследований, и описан исходный материал.

В третьей главе охарактеризовано влияние агроклиматических условий на продолжительность фенофазных периодов у картофеля сортов Невский, Синеглазка и Пушкинец.

В четвёртой главе доказывается влияние методов оздоровления и размножения на урожайность и коэффициент размножения семенного картофеля.

В пятой главе раскрывается зависимость от методов оздоровления и размножения, повторного заражения вирусными заболеваниями.

В шестой главе описана реакция сортов на методы оздоровления и размножения в зависимости от погодных условий.

В седьмой главе показана экономическая эффективность сочетаний методов оздоровления и размножения картофеля.

В восьмой главе анализируется оптимальное сочетание методов оздоровления и размножения семенного картофеля.

Методика и достоверность материалов

Для решения поставленных задач выполнен комплекс лабораторных и полевых исследований с использованием соответствующих методических указаний по постановке опытов, проведению наблюдений и сбору данных. Результаты исследований обработаны на персональном компьютере (IBM PS) . При этом была нами разработана спецальная « компьютерная программа для статистической обработки данных на основе современных программных продуктов и методов математической статистики для полевых экспериментов. В заключении приведены выводы и предложения производству.

1. МЕТОДЫ ПРОИЗВОДСТВА И ОЗДОРОВЛЕНИЯ ПОСАДОЧНОГО

МАТЕРИАЛА КАРТОФЕЛЯ ОТ ВИРУСНЫХ ЗАБОЛЕВАНИЙ (ОБЗОР

ЛИТЕРАТУРЫ)

1.1. Вирусные заболевания картофеля и типы устойчивости,

значение безвирусности

Вирусные и виройдные болезни являются причиной потери от 10 до 50% урожая сельскохозяйственных культур, размножающихся вегетативно. У картофеля такие потери составляют по разным оценкам, от 20 до 30%[4 9] и до 70-89% [30,45] товарной продукции. Чем выше агрофон и потенциальная урожайность сорта, тем существенней потери его урожая от вирусных заболеваний[20]. Так, например, в ФРГ (земля Рейн) при высадке не сертификационных по вирусам семенных клубней картофеля первый урожай составил 77%, а второй только 44% (Bode .0.,1983 Hunnius, W., 1977).

Картофель поражается примерно двадцатью разными вирусами [64,77], не считая виройдов, микоплазм и других патогенов. Каждый вирус существует в природе в различных генетических вариантах или штаммах, которые в сумме формируют популяцию патогенов в определенном регионе (Hans Ross, 1989). Как правило, растения заражены сразу несколькими вирусами[57]. К наиболее распространенным вирусным болезням картофеля относятся скручивание листьев, морщинистость и мозаика. Они вызываются вирусами У + X. Латентная мозаика вызывается вирусом X. Из них относительно легко (визуально) обнаруживаются поражения вирусами скручивания листьев и У, но довольно сложно выявить вирусы X, S и М (Наумов и др.,1981).

Устойчивость к вирусным болезням у картофеля может быть обусловлена иммунитетом, сверхчувствительностью, полевой устойчивостью. Иммунитет обнаружен только к вирусам X, Y и А [82] . Сортов картофеля с иммунностью по всем вирусам не существует. Однако селекционерам удалось получить сорта с

иммунитетом или локализованной сверхчувствительностью к вирусам: А, М, Б, X и У [64] . Селекция на иммунитет осложнена необходимостью прослеживать генетику взаимоотношений хозяина и паразита. Растения с наиболее благоприятным сочетанием генов устойчивости уникальны и крайне редки. Часто устойчивость неблагоприятно коррелирует с другими ценными свойствами растений[62].

Эффект полевой устойчивости по сравнению с некрозным типом устойчивости (сверхчувствительность) незначителен и способен обеспечить достаточную защиту только при относительно низком инфекционном давлении[103,82].

Н.И.Вавилов считал, что "иммунитет растений связан с генетическими особенностями растений и их устойчивость к паразитам выработалась в процессе эволюции растений в центрах их происхождения на фоне длительного естественного заражения возбудителями болезней. Взаимная приспособленность растений и паразитов приводит к тому, что у растений возникают гены устойчивости к возбудителям болезней, а у патогенов - более вирулентные расы, способные поражать устойчивые сорта" [12]. Современные исследования полностью подтвердили обоснованность этого заключения.

В селекционном процессе широко применяют сложную

гибридизацию с привлечением диких форм картофеля устойчивых к

/ ч

патогенам. В последние десятилетия развивается направление соматической гибридизации с применением биотехнологических средств. Например, исследования показали возможность получать гибриды с доминированием невосприимчивости к вирусу скручивания листьев. Эти гибриды в качестве исходного материала используют для создания непоражаемых (этим вирусом) сортов картофеля [40,42,49,83,84,85] .

Селекционными методами решаются фундаментальные проблемы создания сорта. Однако только ими невозможно разрешить проблему

быстрой вырождаемости сортов. При оптимальных условиях современные сорта сохраняют продуктивность 8-10 лет, но в большинстве случаев из-за накопления вирусной инфекции сорта вырождаются через 4-6 лет после внедрения[5,39]. Продление срока службы сортов достигается семеноводством и поддерживающей селекцией, суть которой сводится к постоянному сохранению репродуктивных качеств сорта в системе элитного семеноводства [75].

Только селекционными методами весьма трудно создать оздоровленный безвирусный семенной материал, отвечающий современным требованиям интенсивного картофелеводства[105,87]. В то же время растения, прошедшие неселекционное оздоровление с применением ряда биотехнологических методов, как правило, обладают комплексом преимуществ: они свободны от вирусных и большинства невирусных заболеваний[48,64,65,96,102,105].

По данным Б.А.Писарева, оздоровленный методом апекальных меристем материал более устойчив к ризоктониозу, парше обыкновенной и бактериозам, но несколько сильнее поражается фитофторозом[55]. Есть данные Uirawage,R.E. об устойчивости к черной ножке и кольцевым гнилям (как правило, это комплексная устойчивость характерна для потенциально устойчивых оздоровленных сортов картофеля)[64]. Л.Н.Трофимец [75] ссылается на экспериментальные результаты Э.К.Решетова, что "... метод

ч

апикальных меристем способствует оздоровлению не только о