Влияние спектрального состава света на рост и развитие растений-регенерантов винограда в период адаптации к условиям in vitro
Введение
Спектральный состав является одной из основных характеристик света - важнейшего фактора, влияющего на жизненные процессы фотосинтезирующих организмов. Новые возможности и направления в области оптимизации светового режима объектов биотехнологических исследований, в том числе и винограда, открылись благодаря передовому достижению полупроводниковой технологии - светодиодному освещению, которое сегодня позволяет получать свет с различными спектральными характеристиками без применения светофильтров [6, 9].
Во время адаптации к условиям in vivo растения-регенеранты винограда испытывают значительный стресс. В этот период они наиболее уязвимы и чувствительны к факторам внешней среды, в том числе и к качеству фотосинтетически активной радиации (ФАР), что делает их удобным объектом для проведения исследований по данной тематике.
Цель нашей работы заключалась в изучении влияния спектрального состава света на рост и развитие растений-регенерантов винограда в период адаптации к условиям in vivo.
Для достижения поставленной цели требовалось решить следующие задачи:
- - ввести растения винограда в культуру in vitro; - путем микроразмножения получить достаточное количество клонов винограда для проведения основной части эксперимента; - осуществить перенос растений-регенерантов в условия in vivo, применив поли - и монохромные источники излучения. 1. Анализ источников
Обстоятельные исследования влияния спектрального состава света стали возможными лишь начиная с середины 1950-х годов, когда появились источники света, способные обеспечить выращивание растений вплоть до получения конечного урожая в отдельных областях фар [7].
Исследования по данной теме проводятся и в наши дни. Новые открытия расширяют круг вопросов. Одной из актуальных экологических и технических проблем в области пилотируемой космонавтики в настоящее время является создание для небольших коллективов людей в изолированных отсеках регенерационных биолого-технических систем жизнеобеспечения. В связи с чем в условиях космической оранжереи были проведены синхронные опыты по изучению роста и развития пекинской капусты при освещении посевов комбинированным светом от красных (660 нм) и синих (470 нм) светодиодов. В контрольном варианте растения освещали люминесцентными лампами белого света. Результаты опытов показали, что растения, выращенные под светодиодным светильником, не отличались от контрольных растений по продуктивности. Выращивание растений под светодиодами при соотношении мощностей красного и синего световых потоков 4:1 привело к значительному повышению устойчивости к патогенной и условно патогенной микрофлоре [4].
Анализируя литературные источники по данной теме, следует отметить, что насколько пестр спектр видимого света, настолько же разнообразны мнения авторов. Например, в ряде источников утверждается, что значение отдельных участков спектра видимого света в жизни растений достаточно хорошо изучено. Приводится их следующая характеристика: красный свет (600-700 нм) способствует интенсивному росту листьев и осевых органов, синий свет (400-500 нм) тормозит рост стебля, черешков и площади листьев, зеленый свет (500-600 нм) вызывает формирование вытянутых осевых органов, тонких листьев с меньшим числом клеток и хлоропластов [1, 2, 3, 5].
Но опыт использования А. А. Тихомировым, В. П. Шарупич, Г. М. Лисовским искусственной ФАР различного спектрального состава для выращивания растений показал неоднозначность влияния спектра как на накопление общей биомассы, так и на формирование хозяйственно полезного урожая. Результаты исследований по длительному воздействию излучения красной области спектра на ценозы огурца, редиса, подсолнечника, кукурузы, пшеницы, томатов позволили авторам предположить, что существует две группы растений, которые различаются по реакции на "чистый" красный свет. Первая группа характеризуется нарушением метаболизма и падением продуктивности; вторая группа - отсутствием аномальных изменений в метаболизме и достаточно хорошей продуктивностью [8].
Различия суждений исследователей о воздействии излучений различного спектрального состава на растения можно объяснить тем, что сроки и условия проведения опытов, а также объекты исследований в каждом конкретном случае индивидуальны, получаемые данные являются интегральными результатами взаимодействия множества переменных. Следовательно, расхождение результатов не обязательно свидетельствует об ошибочности взглядов одной из сторон. Следует обратить внимание на неучтенные факторы, наличие или отсутствие которых оказывает значительное влияние на понимание исследуемого вопроса.
2. Методы исследования
Эксперименты, представленные в данной работе, были проведены в 2011-2012 гг. на кафедре сельскохозяйственной биотехнологии и экологии БГСХА, которая оснащена необходимым оборудованием. Объектами исследований служили сорта винограда Гайлюне и Шасла Гайлюнаса.
На первом этапе - этапе введения в культуру in vitro - в качестве исходных эксплантов использовались зеленые побеги, полученные на маточных растениях винограда указанных сортов. Стерилизация эксплантов проводилась 5%-ным раствором гипохлорита кальция в течение 20 минут. Экспланты винограда высаживались в пробирки с питательной средой Мурасиге и Скуга, уменьшенной наполовину по основному составу (ЅМС). Культивирование осуществлялось в световой комнате, где поддерживалась температура 24-26ОС, относительная влажность воздуха 70%, при 16-часовом освещении люминесцентными лампами дневного света марки OSRAM L 36W/765 Cool Daylight с интенсивностью 2500 лк.
Далее на этапе собственно микроразмножения растения-регенеранты были разделены на микрочеренки, представляющие собой участок побега с одним листом, и высажены на питательные среды ЅМС. Условия культивирования аналогичны предыдущему этапу. По истечении 50-ти суток мы получили достаточное количество материала для проведения основной части эксперимента.
Клоны, имеющие не менее пяти листьев и развитую корневую систему, высаживались в емкости объемом по 200 мл в грунт, состоящий из биогумуса и торфа. При извлечении растений из пробирок корни легко отделялись от питательной среды, отмывание корневой системы не проводилось. Емкости с высаженными и обильно политыми растениями незамедлительно накрывались прозрачными пластиковыми изоляторами, где путем опрыскивания растений из пульверизатора поддерживалась влажность на уровне 100%. По истечении десяти суток опрыскивание растений прекращалось. Через четверо суток после прекращения опрыскивания изоляторы с растений снимались. Дальнейшее культивирование осуществлялось при относительной влажности воздуха 70% в течение семи дней.
На этапе переноса пробирочных растений в нестерильные условия в качестве источников света использовались светодиодные ленты: RT-2 5000 12v White (3528,300 LED LUX) - полихромный белый свет (далее белый с.); RT-2 5000 12v RED (3528,300 LED LUX) - условно монохромный красный свет, длина волны 625 нм (далее красный свет); RT-2 5000 12v Yellow (3528,300 LED LUX) - условно монохромный желтый свет, длина волны 585 нм (далее желтый свет); RT-2 5000 12v Green (3528,300 LED LUX) - условно монохромный зеленый свет, длина волны 525 нм (далее зеленый свет); RT-2 5000 12v Blue (3528,300 LED LUX) - условно монохромный синий свет, длина волны 470 нм (далее синий свет). Белый свет люминесцентной лампы марки OSRAM L 36W/765 Cool Daylight был контрольным (далее белый л. - контроль).
Адаптация растений к условиям in vivo осуществлялась при температуре 24-26ОС, 16-часовом освещении с интенсивностью 1000 лк. По истечении двадцатидневного периода оценивалась приживаемость растений, прирост длины побегов, прирост междоузлий побегов. Полученные данные обрабатывались методом двухфакторного дисперсионного анализа.
3. Основная часть
Примененная методика введения винограда в культуру in vitro была эффективной, поскольку инфицированность не превышала 12%, а 75% эксплантов в течение 50-ти суток сформировали растения-регенеранты, имеющие один побег с 4-6 листьями и развитой корневой системой. На этапе собственно микроразмножения из 86%-92% микрочеренков развились растения-регенеранты пригодные для переноса в условия in vivo.
Проведенный эксперимент показал, что спектральный состав света оказывает существенное влияние на приживаемость клонов к условиям in vivo (рис. 1).
Значительное снижение приживаемости наблюдалось для растений сорта Гайлюне под действием красных, желтых, зеленых и синих лучей. Установлено, что сорт Шасла Гайлюнаса обладает большей толерантностью по отношению к спектральному фактору.
Рис. 1. Влияние спектрального состава света на приживаемость растений-регенерантов винограда в период адаптации к условиям in vivo (НСР05 для сравнения частных средних = 31,6)
Рис. 2. Влияние спектрального состава света на прирост длины побегов растений-регенерантов винограда в период адаптации к условиям in vivo (НСР05 для сравнения частных средних = 32,6)
Определена общая закономерность для обоих сортов: желтые и зеленые лучи менее всего способствуют приживаемости клонов, белый свет более приемлем для адаптации растений винограда к условиям in vivo, действие красных и синих лучей носит промежуточный характер. Существенных отличий по данному показателю между контролем и белым светом светодиодов не выявлено, но влияние на прирост длины побегов данных вариантов освещения было различным (рис. 2).
Рис. 3. Влияние спектрального состава света на прирост количества междоузлий побегов растений-регенерантов винограда в период адаптации к условиям in vivo (НСР05 для сравнения частных средних = 1,5)
Наибольшим приростом длины побегов отличались растения сорта Шасла Гайлюнаса, адаптация которых проходила под действием белого света светодиодов. Клоны сорта Гайлюне оказались более отзывчивы к действию лучей, находящихся в красной области ФАР. Важно отметить, что увеличение длины побегов в этом варианте происходило за чет увеличения длины междоузлий, а не их количества (рис. 3).
Приросту количества междоузлий растений обоих сортов более всего способствовал белый свет светодиодов. Наименьшие значения по данному показателю отмечены в варианте, где в качестве источников света применялись желтые и зеленые светодиоды. Влияние красных и синих лучей на увеличение количества междоузлий было схожим и существенно не отличалось от контрольного варианта. Выявлено превосходство сорта Шасла Гайлюнаса над сортом Гайлюне по способности образовывать междоузлия в желтых, синих и белых лучах светодиодов.
Виноград спектральный свет адаптационный
Заключение
В результате проведенной научно-исследовательской работы установлено, что спектральный состав света оказывает значительное влияние на адаптационную способность растений-регенерантов винограда к нестерильным условиям. Желтые и зеленые лучи менее всего способствуют приживаемости клонов, белый свет более приемлем для адаптации растений винограда к условиям in vivo, действие красных и синих лучей носит промежуточный характер. Выявлена сортовая специфика объектов исследований. Сорт Шасла Гайлюнаса обладает большей толерантностью к спектральному фактору по показателю приживаемости. Прирост длины побегов растений сорта Гайлюне максимален в лучах красного света в отличие от клонов сорта Шасла Гайлюнаса, для которых по данному показателю более приемлем белый свет светодиодов. Для увеличения количества междоузлий растений обоих сортов более всего благоприятен белый свет светодиодов.
На основании полученных результатов можно сделать вывод о том, что спектральный состав белого света светодиодов в большей степени способствует росту и развитию растений-регенерантов винограда сортов Гайлюне и Шасла Гайлюнаса в период адаптации к условиям in vivo, чем спектр белого света люминесцентной лампы, красных, желтых, зеленых и синих лучей светодиодов.
Литература
- 1. Искусственное облучение растений / В. Н. Волков [и др.]. - Пущино, 1982. - 6-7 с. 2. Прищеп Л. Г. Эффективная электрификация защищенного грунта / Л. Г. Прищеп. - М.: Колос, 1980. - 5 с. 3. Спектральные характеристики источников света и особенности роста растений в условиях искусственного освещения / Н. Н. Протасова [и др.]. - М., Лай-Кор Лтс. Линкольн, Небраска, США, 1990. - С. 390-391. 4. Разработка и испытание цилиндрического светильника для салатной космической оранжереи, построенного на основе светоизлучающих диодов 5. Светодиодная подсветка растений 6. Светодиодное освещение 7. Тихомиров А. А. Спектральный состав света и продуктивность растений / А. А. Тихомиров, Ф. Я. Сидько, Г. М. Лисовский. - Новосибирск, 1991. - 47 с. 8. Тихомиров А. А. Светокультура растений: биофизические и биотехнологические основы: учеб. пособие / А. А. Тихомиров, В. П. Шарупич, Г. М. Лисовский. - Новосибирск, 2000. - С. 110-112. 9. Эволюция светодиодов
Похожие статьи
-
Цели и задачи исследования Целью данной работы является разработка метода укоренения микрорастений сортов земляники садовой ex vitro, то есть в...
-
Для введения в культуру ткани растений у представителей рода Rosa L . в качестве исходного экспланта берут из верхушки энергично растущего побега, около...
-
Выбор растений-доноров Выбор растений-доноров и времени извлечения меристем являются важными факторами. Меристемы извлеченные после термотерапии растут...
-
Влияние засухи и бактерий Bacillus subtilis на морфометрические показатели растений В проведенных исследований были получены следующие результаты. Длина...
-
Рост и развитие земляники - Анализ проблемы укоренения сортов земляники садовой ex vitro
Земляника является многолетним травянистым растением с явно выраженным корневищем, в верхней части которого находятся рожки с розетками прикорневых...
-
Биологические особенности ржи. Рожь (Secale cereale) имеет более широкие листья, чем пшеница. Всходы у ржи коричнево-фиолетовой окраски. Колосковые...
-
7. Химический состав и питательная ценность чечевицы Используемые части растения Содержание, % В 1 кг корма Вода протеин Жир Клетчатка БЭВ Зола К. ед...
-
Введение В настоящее время озимый рапс является основной масличной валообразующей культурой в Беларуси. Среди масличных культур это и наиболее...
-
Фазы роста и развития (на примере зерновых хлебов) Фаза Признаки данной фазы Практическое значение В выращивании и получении продукции 1. Всходы...
-
Сельское хозяйство развитых стран отличается резким преобладанием товарного сельского хозяйства. Оно развивается на основе механизации, химизации...
-
Объект и предмет исследования В качестве Объекта исследования была выбраны сельскохозяйственные культуры: горох (( Pisum sativum L.), сорта...
-
В последние годы внимание многих исследователей направлено на изучение влияния глобальных климатических изменений на растения. Это связано с тем, что...
-
Установления состав и соотношения угодий, режима и условий использования Земли используют в зависимости от вида угодий. Основные признаки,...
-
После перенесения укорененной микророзетки из пробирки в субстрат необходимо создать условия для адаптации растений. Адаптация регенерантов земляники...
-
Учет урожайности проводился на вариантах, где виды сформировали достаточный травостой для определения продуктивности. На некоторых вариантах невысокая...
-
Биологический параметр злак травосмесь Актуальность работы Основными проблемами сельскохозяйственного производства республики Саха (Якутия) являются...
-
Для организационно экономической оценки был выбран сорт с наибольшим коэффициентом размножения (6). Были учтены процент укореняемости и приживаемости...
-
Значительное увеличение производства и применения минеральных удобрений, особенно азотных (аммиачной, натриевой и калиевой селитр, мочевины, аммиака), с...
-
Малина многолетний кустарник. Кустарник высотой до 2 м. листья снизу опушенные, сверху почти голые, темно-зеленые, очередные, тройчатые или...
-
Почвенную засуху имитировали следующим способом. После посева семян почву во всех сосудах поливали дистиллированной водой до влажности 70% от полной...
-
Как показывает анализ результатов численного эксперимента предложенное и реализованное в системе "Эйдос" решение поставленных задач является вполне...
-
Смородина красная - Ягодные культуры
Красная смородина имеет гораздо меньшее распространение, чем черная, хотя в России они появились одновременно. Причин здесь несколько: она труднее...
-
Картофель - растение умеренно прохладного климата с относительно высокой влажностью воздуха. В Северном полушарии Евразии его выращивают в основном между...
-
Биологические особенности картофеля Картофель (Solanum tuberosum) - это однолетнее травянистое растение. вырастающее до 100 сантиметров в высоту и...
-
Биохимический состав и урожайность различных сортообразцов базилика
Введение Потребность в малораспространенных, в том числе и пряно-ароматических, растениях с каждым годом повышается. Объем производства...
-
На эффективность микроклонального размножения влияет масса факторов различной природы. Это физиологические особенности вводимого в культуру растения,...
-
Результаты исследования - Анализ проблемы укоренения сортов земляники садовой ex vitro
Микропобеги помещали на питательную среду для пролиферации по 5-6 шт в стеклянный сосуд объемом 200 мл. В течение 5-6 недель культивирования образовались...
-
Бобовые культуры - Виды зерновых культур, строение и химический состав зерна
Продовольственное значение имеют горох, фасоль, чечевица, чина, нут, соя, бобы (рис. 2.3). Семена бобовых культур снаружи покрыты плотной оболочкой, под...
-
Урденко Н. О. Удосконалення елементів сортової агротехніки унікального сорту винограду Мускат чорний в умовах Південного берега Криму. - Рукопис....
-
Введение - Влияние веерной подвязки малины на начало созревания и качество плодов
Недавно мы переехали на новое место жительство. Вокруг нашего дома было достаточно много пустого места. С родителями мы спланировали место для сада....
-
Установление состава и площади угодий, их трансформация и улучшения Основной задачей установления состава и площадей угодий является повышение уровня...
-
Введение В Республике Беларусь озимый рапс является ведущей технической культурой. За 2000-2012 гг. площади посевов увеличились с 31,9 до 393,5 тыс....
-
Таблица №2 Сроки посева и поступления продукции полевых культур № Наименование культуры Сорт, гибрид Площадь поля, Га Время посева Время поступления 1...
-
Схема опыта Согласно программе исследований в сентябре 2010 г. был заложен опыт по изучению популяционно-биологических параметров основных растений в...
-
Використання фізіологічно активних речовин в виноградному розсадництві є резервом нарощування виробництва саджанців. В останні роки з'являється велика...
-
1. Высокая трудоемкость (значительные затраты труда и времени для измерения). 2. Низкая точность: - из-за применения порядковой шкалы, включающей всего 5...
-
Технологические операции следует проводить в определенном порядке позволяющем заданным условиях выбирать наилучший режим движения агрегата (рабочую...
-
Более чем на 1/5 поверхности Земли наблюдаются температуры выше 40 °С, а растения при сильном солнечном освещении могут нагреваться до 50 °С и более....
-
Одной из важных зернофуражных культур в Краснодарском крае является озимый ячмень. Обладая высоким потенциалом продуктивности, имея сравнительно короткий...
-
В проведенных исследований были получены следующие результаты. Корни контрольных растений гороха, выросших при влажности почвы 70% из семян, не...
Влияние спектрального состава света на рост и развитие растений-регенерантов винограда в период адаптации к условиям in vitro