Сочетание методов апикальной меристемы и клонового отбора в оригинальном семеноводстве Solanum tuberosum L

Картофель (S. tuberosum) – одна из основных полевых культур, используемых в продовольственных, технических и кормовых целях. Эффективность его выращивания зависит в первую очередь от реализации потенциальных возможностей того или иного сорта, которые поддерживаются в процессе семеноводства культуры. Переход на безвирусное семеноводство обеспечивает повышение урожая картофеля на 20 % и более [1], [7]. Однако при массовом размножении высококачественного посадочного материала с каждым последующим поколением происходят снижение продуктивности и ухудшение других хозяйственно ценных признаков и свойств сорта из-за накопления вирусов и других инфекций [2]. Наиболее распространенными методами освобождения картофельных растений от инфекций являются метод апикальной меристемы и клоновый отбор. Каждый из них имеет свои преимущества и недостатки. Первый, широко используемый в оригинальном семеноводстве картофеля, обеспечивает быстрое получение качественного семенного материала. Вместе с тем в культуре тканей возможно изменение сортовых признаков, связанных с накоплением спонтанных соматических мутаций [10]. При последующем вегетативном размножении наблюдаются отклонения от исходного сорта по морфобиологическим признакам и свойствам, теряется сортовая оригинальность [1]. У ряда сортов вирусы являются частью генома растения, и по этой причине их нельзя удалить из живой клетки [6]. Когда возникают проблемы с получением безвирус-ного материала на основе апикальной меристемы, используют клоновый отбор, позволяющий выделить фенотипически «здоровые» растения [9]. При этом в полевых условиях выбраковывают

растения с симптомами поражения вредоносными штаммами вирусов, а также их комбинациями и отбирают растения, толерантные к слабопатогенным штаммам, действующим по принципу «перекрестной защиты» [8]. Наряду с этим визуальный клоновый отбор характеризуется высокой трудоемкостью. Эффективность его использования можно повысить путем предварительного освобождения растений от инфекций методом апикальной меристемы [5].

Цель настоящей работы - изучить результативность проведения клонового отбора на этапе получения миниклубней из меристемного оздоровленного материала картофеля в условиях Республики Карелия.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Исследования проводили в Южной агроклиматической зоне Карелии на протяжении трех вегетационных сезонов, отличающихся неоднородностью метеорологических показателей. Особенностью первого сезона явились повышенные среднемесячные температуры воздуха и дефицит осадков в период клубнеобразования S. tuberosum . Во второй год теплообеспеченность на уровне среднемноголетних данных сочеталась с избыточным увлажнением растений в июле и, наоборот, недостаточным – в июне и августе. Третий сезон характеризовался пониженной те-плообеспеченностью в июле и августе на фоне избыточного количества осадков в течение всего летнего периода. В целом вариабельность метеорологических показателей явилась одной из причин колебания продуктивности растений картофеля.

Почва участка, на котором закладывали опыт, дерново-подзолистая, хорошо окультуренная, на песчаных древнеаллювиальных отложениях. По гранулометрическому составу - легкосуглинистая. По данным агрохимического анализа содержание в почве гумуса (5,7 %) и подвижных форм фосфора (23,4 мг/100 г почвы) – высокое, калия (18,0 мг/100 г почвы) - среднее, кислотность почвенного раствора (рН 5,4) – слабокислая. Таким образом, эдафические условия соответствовали биологическим требованиям культуры.

В опыте использовали сорта картофеля - среднеранний Чародей и среднеспелый Ладожский. Согласно методике исследований ВНИИКХ1, в лабораторных условиях размножали свободные от инфекций пробирочные растения, которые в дальнейшем выращивали в защищенном грунте для получения миниклубней. Семенной материал разделяли по фракциям: крупная (более 60 мм), средняя (в соответствии с ГОСТ 33996-20162 стандартный размер - по наибольшему поперечному диаметру 9…60 мм), мелкая (менее 9 мм). Основанием для отбора лучших клонов явилось максимальное число миниклубней стандартного размера, приходящееся на одно растение.

Выделенные вегетативные потомства на следующий год выращивали в полевых условиях. Опыт был заложен в 4-кратной повторности, в качестве контроля использовали миниклубни вышеуказанных сортов без отбора.

Корректность отбора потомств по результатам визуальной оценки миниклубней устанавливали с привлечением методов многомерного статистического анализа3: факторного (метод главных компонент), кластерного (метод Варде, Евклидово расстояние) и пошагового дискриминантного (метод включения) [4]. Статистическую обработку экспериментальных данных, построение таблиц и графиков проводили на персональном компьютере с использованием программного пакета Excel и компьютерной программы StatGraphics Centurion XV.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

В защищенном грунте, несмотря на один и тот же генотип сорта, выявлено варьирование продуктивности свободных от инфекций пробирочных растений (табл. 1). Так, у семи отобранных (из 56 изученных) клонов сорта Ладожский общее число миниклубней на одно растение соответствовало 4…8 шт., а у десяти клонов (из 106) сорта Чародей – 5…17 шт. Выделенные клоны картофеля в основном имели миниклубни крупной и средней фракций.

Таблица 1

Распределение миниклубней отобранных клонов по фракциям (шт.)

№ клона	Крупные	Средние	Мелкие	Всего
Сорт Ладожский
13	4	2	0	6
14	0	4	0	4
18	2	5	0	7
25	2	3	2	7
27	4	4	0	8
38	6	2	0	8
56	2	3	0	5

Сорт Чародей

16	0	6	1	7
22	0	7	0	7
35	9	5	3	17
44	3	5	0	8
47	2	4	0	6
49	5	7	0	12
58	2	4	0	6
69	4	2	0	6
71	4	5	3	12
72	4	1	0	5

Одной из причин неодинаковой продуктивности свободных от инфекций линий могут быть фитогормоны (ауксины, цитокинины и гиббереллины), которые регулируют многие процессы жизнедеятельности растений: прорастание семян, рост, дифференциацию тканей и органов, цветение, созревание плодов и т. п. Так, ауксинами богаче всего верхушечные меристемы стебля, гиббереллинами и флоригеном – листья, цитокининами – корни и созревающие семена. Образуясь в одном органе (или его части) растения, фитогормоны обычно транспортируются в другой (или его часть) [3].

При классификации (с использованием кластерного анализа) вегетативных потомств сорта Ладожский были выделены три группы клонов (рис. 1), корректность распределения которых на 92 % поддержана дискриминантным анализом. Основными дискриминаторами, достоверно разделяющими клоны на группы, явились показатели числа миниклубней средней и крупной фракций. Для первой группы свойственно наибольшее число миниклубней средней фракции, второй - средней и мелкой, третьей – средней и крупной фракций. При визуальной оценке для последующего размножения картофеля были отобраны лучшие потомства из трех групп.

Рис. 1. Группировка клонов сорта Ладожский по числу миниклубней. * – потомства, отобранные в результате клонового отбора

Путем сопоставления данных математической классификации с результатами клонового отбора выявлено их несовпадение. Согласно статистическому анализу, предпочтительнее осуществлять отбор из I и II групп клонов.

С привлечением факторного анализа установлена структура взаимосвязей между переменными: F 1 = -0,90 К + 0,86 С + 0,29 М, где К, С, М - число клубней крупной, средней, мелкой фракций соответственно. По нагрузкам на переменные можно сделать следующее предположение: с формированием большего числа миниклубней крупной фракции уменьшается доля таковых средней и мелкой фракций. Между образованием средних и мелких по размеру миниклубней выявлена положительная связь.

Группировка вегетативных потомств сорта Чародей, представленная на рис. 2, выявила наличие двух групп клонов. Корректность выделения этих групп поддержана на 93 % дискриминантным анализом. Были выделены три дискриминатора – число миниклубней крупной, мелкой и средней фракций. К первой группе отнесены клоны с наибольшим числом миниклубней средней и крупной фракций, а ко второй – в основном средней фракции.

Для целей оригинального семеноводства представляет интерес отбор миниклубней стандартного размера из второй группы клонов, однако при визуальной оценке были отобраны отдельные клоны из каждой группы.

Рис. 2. Группировка клонов сорта Чародей по числу миниклубней. * – потомства, отобранные в результате клонового отбора

С привлечением факторного анализа установлена структура взаимосвязей между переменными: F 1 = -0,75 К + 0,65 C + 0,52 М, где К, С, М – число клубней крупной, средней, мелкой фракций соответственно. По нагрузкам на переменные выявлена аналогичная, но более тесная связь между переменными.

В полевых условиях сравнительный анализ продуктивности картофеля (табл. 2) показал, что однократный клоновый отбор обеспечил увеличение продуктивности свободных от инфекций растений, полученных из миниклубней: у сорта Ладожский – на 33 %, у сорта Чародей – на 26 %.

В целом результаты клонового отбора на основе визуальной оценки миниклубней частично соответствуют данным выделения более продуктивных клонов с привлечением методов многомерного статистического анализа: у сорта Ладожский – на 50 %, у сорта Чародей – на 72 %.

Таблица 2

Продуктивность растений из миниклубней в полевых условиях, шт. (г) / растение

Название сорта	Отобранные клоны		Клоны без отбора
	число, шт.	масса, г	число, шт.	масса, г
Ладожский	9	526	6	352
Чародей	12	767	10	564

ВЫВОДЫ

Установлено, что при вегетативном размножении свободных от инфекций растений картофеля число (масса) сформировавшихся миниклубней на растение сильно варьирует. Клоновый отбор лучших потомств с максимальным числом миниклубней стандартного размера повышает эффективность оригинального семеноводства картофеля: в первом полевом поколении продуктивность свободных от инфекций растений увеличивается до 30 % и более. Для повышения результативности отбора целесообразно привлекать методы статистического анализа, позволяющие достоверно выделять лучшие клоны.

COMBINATION OF APICAL MERISTEM AND CLONAL SELECTION

IN ORIGINAL POTATO SEED PRODUCTION