РАЗМНОЖЕНИЕ РАСТЕНИЙ БАТАТА (Ipomoea batatas L.) В IN VITRO

АННОТАЦИЯ

Большинство фермеров в мире используют сладкий картофель в качестве источника углеводов и витамин для питания человека, и корма для скота. В Африканских странах сладкий картофель выращивают для потребления человеком. Изучалось влияние различных концентраций БАП на интенсивность регенерации растений батата из узловых эксплантов. Рост и развитие растений оценивались по таким параметрам, как высота побега, количество заложившихся узлов и развитие корневой системы. В результате работы было определено, что наиболее оптимальными условиями для микроразмножения батата на основе культивирования узловых экслантов является сочетание БАП в концентрации 0,1 мг/л с ИБК в концентрации 0,2 мг/л. Эти условия позволяют в течение 28 дней получить растение, состоящее из 5 - 6 узлов, что делает их пригодными к дальнейшему микроразмножению, и имеющее хорошо сформированную корневую систему, что является важным моментом в случае необходимости адаптации растения к грунту.

ABSTRACT

 Most farmers in the world use sweet potatoes as a source of carbohydrates and vitamins for human nutrition and livestock feed. In African countries, sweet potatoes are grown for human consumption. The effect of various concentrations of BAP on the intensity of regeneration of sweet potato plants from nodal explants was studied. Plant growth and development were assessed using such parameters as shoot height, number of established nodes and root system development. As a result of the work, it was determined that the most optimal conditions for micropropagation of sweet potato based on the cultivation of nodal exlant is a combination of BAP at a concentration of 0.1 mg/l with IBA at a concentration of 0.2 mg/l. These conditions make it possible within 28 days to obtain a plant consisting of 5 - 6 nodes, which makes them suitable for further micropropagation, and which has a well-formed root system, which is an important point if it is necessary to adapt the plant to the soil.

Ключевые слова: батат, микроразмножение, in vitro, получение оздоровленных растений.

Keywords: sweet potato, micropropagation, in vitro, production of healthy mother plants.

В мире пищевой продукт, известный как сладкий картофель, занимает седьмое место в мировом сельскохозяйственном производстве и десятое в мировом производстве сельскохозяйственных культур. Это связано с тем, что сладкий картофель широко используется в качестве биомассы при производстве этанола и метана. Сладкий картофель впервые появился в тропической Америке, а затем распространился по всему миру. Вегетационный период батата длится от 4 до 5 месяцев при температуре не ниже 15⁰C, в течение которого образуются очень крупные клубни. Эта культура хорошо растет на хорошо аэрируемых песчаных почвах и дает урожайность до 18 т/га.

Батат, как коммерческая культура в первую очередь предназначен для производства продуктов питания, но в последнее время этой культуре стали уделять внимание и как источнику биомассы для производства энергии.

Сладкий картофель быстро растет и является очень выносливым растением, а также, очень плодороден и очень продуктивен, слаще и вкуснее обычного картофеля. Сладости и выпечка могут быть приготовлены из муки  сладкого картофеля без сахара, и эти изделия получаются сладкими и питательными. В животноводстве при кормлении скота и птицы батат является питательным кормом и повышает их продуктивность. Кроме того, батат применяется и в народной медицине, в том числе при лечении заболеваний желудка и кишечника, органов дыхания, сердечно-сосудистых заболеваний, простудных заболеваний легких, а также для увеличения желудочного сока и повышения аппетита, улучшения пищеварения [5].

В связи со сложностью хранения образцов батата в виде клубней в коллекции Ген Банка и невозможностью хранения клубней в течение длительного времени, мы взяли на себя задачу хранить их в условиях in vitro и улучшить качество образцов с целью повышения эффективности хранения. Микроклональное размножение батата – весьма эффективный метод подготовки и хранения посадочного материала.

Сладкая картошка – не традиционная культура для Узбекистана, но если принять во внимание агроклиматические условия, то можно ожидать, что в будущем она займет прочное место в сельскохозяйственном производстве нашей республики. Также цельные семена батата могут служить селекционерам основой для получения новых сортов и гибридов, и их размножения в коммерческих целях [6].

Культура изолированных клеток и тканей растений – перспективный и единственный способ быстрого получения генетически однородного, здорового посадочного материала. Работы по культивированию батата в условиях in vitro проводятся в различных лабораториях ряда стран Африки, Азии, Латинской Америки. Показано, что реализация морфогенетического потенциала изолированными органами растений, осуществляется благодаря изменению соотношения факторов гормональной и физической природы. Однако результаты, полученные разными авторами, подчас противоречивы и мало воспроизводимы. Поэтому исследования в этом направлении необходимо продолжать, а технологии – усовершенствовать.

Сама технология микроклонального размножения в сравнении с другими видами вегетативного размножения, имеет целый ряд преимуществ и позволяет: Получить большое количество полноценных растений за очень короткий период на маленькой площади; Содержать и поддерживать полную жизнеспособность большого числа растений; Произвести необходимое количество растений к определённому сроку; Максимизировать эффективность использования площади выращивания и других ресурсов; Работать с растениями практически без контакта с окружающей средой, сохраняя их от поражения патогенами; Размножать трудно размножаемые растения; Получать полные копии гибридов и особо ценных (продуктивных) экземпляров растений; Создавать и поддерживать в течение длительного времени генетические банки живых растений; Оздоравливать растения и получать безвирусный посадочный материал; Ускорять селекционный процесс; Иногда селекцию, длящуюся 10–15 лет, можно провести за два-три года.

Учитывая вышеизложенное, целью наших исследований было разработать оптимальные условия для внесения сортовых образцов батата в искусственную среду in vitro и разработать условия для микроклонирования растений батата на основе выращивания клубеньковых эксплантов.

В качестве исходного материала нами были получены сорта Хазина, Асал, Сочари Нур, Тойлоки из Национального генфонда.

Мы использовали сегменты боковых почек  стебля для инокуляции образцов сорта in vitro. Для стеблевых черенков использовали смесь 12% гипохлорита натрия и 0,1 мг/л Твина 20. С целью обеспечения оптимальной регенерации растений для приготовления питательной среды использовали концентрацию микро- и макросолей Мурасиге и Скуг [2]. Для роста и развития роста регенераантов использовали сахарозу - 30 г/л, инозитол - 100 мг/л, различные концентрации 6-бензиламинопурина (БАП) и кинетина. Условия выращивания: комнатная температура 25^ºС, фотопериод – 16/8 (день/темнота).

Методы микроклональной репродукции батата были разработаны, прежде всего, на основе получения каллусной ткани из различных эксплантов и запуска процессов морфогенеза в этих тканях. Однако поскольку основным требованием микроклонирования является обеспечение стабильности генома посадочного материала, в связи с этим наиболее оптимальным методом является метод получения регенерации из эксплантов растений, т. е. сегментов боковых почек стебля.

Рисунок 1. Применение различных концентраций гормона BAP для роста и развития стеблевых эксплантов (Сорт Асал). А – 0,1 мг/л; В – 1,0 мг/л и С – 1,5 мг/л.

Таблица 1.

Влияние концентрации ВАП на формирование регенерантов

При культивировании стеблевых эксплантов мы использовали цитокинины, обеспечивающие хорошее проникновение питательных веществ в клетки, интенсивный рост клеток и физиологические процессы [1, 2, 6]. Использовали БАП (6-бензиламинопурин) в концентрациях 0,1 мг/л, 1,0 мг/л, 1,5 мг/л. При изучении роста и развития эксплантов на 26-28 день после посева наиболее благоприятная концентрация составила 0,1 мг/л, высота растений - 8-10 см, количество узлов - 5-6. В наших опытах наблюдалось, что повышение концентрации БАП замедляет процесс роста и развития растений (рис. 1).

При внесении в питательную среду ИБК - 0,2 мг/л процесс укоренения ускорялся, количество корней составляло 4 - 5, длина - 3 - 4 см [3]. Регенеранты с развитой корневой системой пересажали в горшки для адаптации в открытый грунт. Наши результаты показали, что на приживаемость in vitro растений в почвенном субстрате влияют биометрические показатели микрорастений: высота растения, количество и длина корней. Хорошо приживаются растения с сильно развитой корневой системой. На основании полученных данных установлено, что слабо развитые растения батата высотой менее 5,0 см и имеющие от 2 до 4 корней на 1 растение после нахождения на среде укоренения в течение 30 дней не готовы к переносу из in vitro в условия ex vitro. Растения в этом случае целесообразно доращивать до оптимальных параметров и только после этого начинать процесс адаптации к почвенным условиям.

Для адаптации растений-регенерантов оптимальным является следующий субстрат: песок, торф (рН=7,0) и вермикулит в соотношении 1:2:1 [6]. Использование вермикулита в составе почвогрунтов позволяет создать оптимальные условия для адаптации растений, обеспечивая максимальную приживаемость и высокие темпы роста растений (рис. 2 - 3) [4].

Таким образом, установлено, что оптимальными условиями для микроклонального размножения батата из стеблевых эксплантов являются питательные среды с БАП в концентрации 1,0 мг/л и ИБК в концентрации 0,2 мг/л. Эти условия позволяют за 28 дней получить растения, состоящие из 5-6 узлов и большим количеством листьев, что делает их удобными для последующих микрочеренкований и способствует получению растений батата с хорошо сформированной корневой системой, облегчающей их внедрение в почву. Для адаптации растений-регенерантов выбран выбран сочетание почвы в следующем порядке: песок, торф (рН=7,0) и вермикулит в соотношении 1:2:1. В результате наших исследований разработаны основы in vitro и ex vitro технологии размножения оздоровленных растений батата.

Список литературы:

1. A.S. Abubakar, S.U. Yahaya, A.S. Shaibu, H. Ibrahim, A.K. Ibrahim, Z.M. Lawan and A.M. Isa // Agric. Sci. Digest., 38 (1) 2018 : 17-21
2. Murashige, T. and Skoog, F. A revised medium for rapid growth and bioassays with tobacco tissue cultures. Physiol. Plant. 1962, 15: 473-497.
3. Namanda, S., Gibson, R.W. and Kirimi, S. Sweet potato seed systems in Uganda, Tanzania and Rwanda. Journal of Sustainable Agriculture. 2011, 35: 870-884.
4. Utkirova V.S., Yakubov M.D. Adaptation to the ground of blueberry plants (Vaccinium myrtillus L.) produced in vitro // International Engineering Journal for Research & Development, 2022, Vol. 7, Issue 5, PP 1-3.
5. Холмуратов Э.Г. Насырова Г.Б. Сабирова М.Ш. Якубов М.Д. Микроразмножение батата (Ipomoea batatas L.) на основе культивирования узловых эксплантов // Universum: химия и биология: электрон. научн. журн. 2024. № 1 (115). C. 41-43. DOI - 10.32743/UniChem.2024.115.1.16522
6. Belachew Beyene, Temesgen Menamo and Gizachew Haile  . "Protocol optimization for in vitro propagation of Kulfo, orange flesh sweet potato (Ipomoea batatas) variety using shoot tip culture." African Journal of Plant Science 14, no. 10 (2020): 395-401.