Приемы повышения эффективности микроклонального размножения картофеля (обзор)

Картофель (Solanum tuberosum L.) является важной сельскохозяйственной культурой, обеспечивающей продовольственную безопасность многих стран. Одним из главных факторов, способствующих получению высоких урожаев картофеля является использование качественного семенного материала. Применение метода культуры тканей для размножения растений картофеля является наиболее значимым. В работе проанализированы источники отечественной и зарубежной литературы, представляющие результаты исследований, связанных с изучением и совершенствованием приемов размножения in vitro и выращивания in vivo для получения исходного материала картофеля. Публикации выбраны из открытых источников за последние 10 лет. Рассмотрено влияние различных регуляторов роста (цитокины, ауксины, гибберелины, бензихол, этихол, гуминовые кислоты), минерального состава питательной среды Мурасиге-Скуга (MS), физических факторов на биомассу, длину побегов и корней, количество узлов и укоренение эксплантов в условиях in vitro. При этом оптимальные параметры могут варьировать в зависимости от сорта картофеля. Отдельно проанализированы факторы (изменение состава среды, физических показателей), оказывающие влияние на увеличение образования числа микроклубней в культуре in vitro. Данный метод получения оздоровленного материала является наиболее перспективным. Среди приёмов повышения адаптации пробирочных растений in vivo рассмотрены предварительное замачивание перед высаживанием в грунт пробирочных растений картофеля и прикорневая обработка гуминовыми препаратами, фитоиммуномодуляторами, а также различные варианты укрытия растений ex vitro. Показано, что размножение пробирочных растений на установках аэропонного и гидропонного типа позволяет минимизировать воздействие внешних факторов, в том числе попадание инфекционных заболеваний.

1. Гавриленко Т. А., Ермишин А. П. Межвидовая гибридизация картофеля: теоретические и прикладные аспекты. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2017;21(1):16–29. DOI: http://doi.org/10.18699/VJ17.220EDN: XYEBBV

2. Алексашина С. А., Макарова Н. В. Сравнительное изучение химического состава и антиоксидантной активности клубней сортового картофеля. Химия растительного сырья. 2022;(2):221–231. DOI: https://doi.org/10.14258/jcprm.20220210129 EDN: GENQHP

3. Анисимов Б. В. Мировое производство картофеля: тенденции рынка, прогнозы и перспективы (аналитический обзор). Картофель и овощи. 2021;(10):3–8. DOI: https://doi.org/10.25630/PAV.2021.45.71.008 EDN: OQKWFB

4. Ерёмченко О. А., Черченко О. В. Риски реализации комплексной научно-технологической программы, направленной на развитие селекции и семеноводства картофеля в Российской Федерации. Экономика науки. 2018;4(3):175–197. DOI: https://doi.org/10.22394/2410-132X-2018-4-3-175-197

5. Pradana O. C. P., Maulida D., Andini S. N. Micropropagation of potato (Solanum tuberosum L.) var. Atlantic on various culture media composition. International Conference On Agriculture and Applied Science (ICoAAS). 2020. pp. 27–34. DOI: https://doi.org/10.25181/icoaas.v1i1.2006

6. Mohapatra P. P., Batra V. K. Tissue Culture of Potato (Solanum tuberosum L.): A Review. International Journal of Current Microbiology and Applied Sciences. 2017;6(4):489–495. DOI: https://doi.org/10.20546/ijcmas.2017.604.058

7. Поливанова О. Б., Егорова А. С., Сиволапова А. Б., Горюнова С. В. Технология протопластов и соматическая гибридизация картофеля – современное состояние и перспективы (обзор). Аграрная наука Евро-СевероВостока. 2023;24(1):7–19. DOI: https://doi.org/10.30766/2072-9081.2023.24.1.7-19 EDN: QLNZXP

8. Анципович В. Депонирование национальной коллекции картофеля. Наука и инновации. 2019; (6(196)):12–16. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=38514904 EDN: UFCBUG

9. Камалов А. В., Эргашев О. К., Исакова О. М., Хайдарова М. О. Технология размножения картофеля сорта «суперэлита» методом in vitro. Universum: технические науки. 2020;(8-3(77)):5–9. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=43939726 EDN: MBUERZ

10. Megrelishvili I., Bulauri E., Chipashvili T., Kukhaleishvili M. Auxin and cytokine treatment effect in combination with sucrose on in vitro potato regeneration. International Journal of Advanced Research. 2016;4(8):118–122. DOI: https://doi.org/10.21474/IJAR01/1192

11. Almamatov B. U., Sultonova N. M., Kudratov F. N., Kushiev Kh. H. Hormonal Balance During Adaptation of Potatoes in the Conditions of Salinization. International Journal of Genetic Engineering. 2020;8(1):7–10. DOI: https://doi.org/10.5923/j.ijge.20200801.02

12. Wang Y., Jiao Y. Auxin and Above-Ground Meristems. Journal of Experimental Botany. 2018;69(2):147–154. DOI: https://doi.org/10.1093/jxb/erx299

13. Munggarani M., Suminar E., Nuraini A., Mubarok S. Shoots Multiplication of Mericlon Potato on Various Types and Concentrations of Cytokinins. Agrologia. 2018;7(2):80–89. DOI: http://dx.doi.org/10.30598/a.v7i2.766

14. Kumlay A. M. Combination of the auxins NAA, IBA, and IAA with GA3 improves the commercial seed-tuber production of potato (Solanum tuberosum L.) under in vitro conditions. BioMed research international. 2014;2014:439259. DOI: https://doi.org/10.1155/2014/439259

15. Луговцова С. Ю., Ступко В. Ю. Концентрация и соотношение ИУК и гиббереллиновой кислоты как факторы эффективности микроклонального размножения картофеля. Аграрный научный журнал. 2024;(1):32–38. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=59761544 EDN: OKMYWR

16. Мащенко М. Н. Влияние стресспротекторов-фиторегуляторов бензихола и этихола на рост и развитие пробирочных растений картофеля –3 год изучения. Новости науки в АПК. 2019;(3(12)):114–120. DOI: https://doi.org/10.25930/2218-855X/027.3.12.2019 EDN: LOCRWP

17. Уромова И. П., Новиков Д. А., Машакин А. М., Соколов И. С., Шихалеева Е. В., Шихалеева С. В. Биопрепарат Рибав-Экстра в технологии размножения оздоровленного картофеля. Успехи современного естествознания. 2017;(7):54–58. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=29771755 EDN: ZBMWOZ

18. Nguyen T. T., Alizadeh H., Leung D. W. Response of potato (Solanum tuberosum L., cv. Iwa) nodal explants to low inorganic nitrogen supply in vitro. Biocatalysis and Agricultural Biotechnology. 2021;38:102215. DOI: https://doi.org/10.1016/j.bcab.2021.102215

19. Hoque M. E., Hena H., Ali M. E. Potato (Solanum tuberosum L.) Plantlet Regeneration in Ammonium Nitrate Free Stock Solution-1 of Murashige & Skoog (MS, 1962) Plant Tissue Culture Medium. European Journal of Biology and Biotechnology. 2022;3(5):30–34. DOI: https://doi.org/10.24018/ejbio.2022.3.5.413

20. Munthali C., Kinoshita R., Onishi K., Rakotondrafara A., Mikami K., Koike M., Tani M., Palta J., Aiuchi D. A Model Nutrition Control System in Potato Tissue Culture and Its Influence on Plant Elemental Composition. Plants (Basel). 2022;11(20):2718. DOI: https://doi.org/10.3390/plants11202718

21. Yessilbekova Ye. Ye., Khosnutdinova T. S., Bogdanova X. O., Dolanbayeva G. T., Zhakmanova Ye. A. Influence of a selenium-containing stimulant on the growth, development and yield potential of potato plants (Solanum tuberosum). IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2022;1010:012144. DOI: https://doi.org/10.1088/1755-1315/1010/1/012144

22. Lekamge D., Sasahara T., Yamamoto S. I., Hatamoto M., Yamaguchi T., Maki S. Effect of enhanced CaCl2, MgSO4, and KH2PO4 on improved in vitro growth of potato. Plant Biotechnology. 2021;38(4):401–408. DOI: https://doi.org/10.5511/plantbiotechnology.21.0830a

23. Radouani A., Lauer F. I. Effect of NPK Media Concentrations on In Vitro Potato Tuberization of Cultivars Nicola and Russet Burbank. American Journal of Potato Research. 2015;92:294–297. DOI: https://doi.org/10.1007/s12230-014-9420-x

24. Аникина И. Н. Гидрогумат как фактор повышения резистентности растений in vitro. Международный научно-исследовательский журнал. 2015;(2-2(33)):8–10. Режим доступа: https://elibrary.ru/item.asp?id=23176006EDN: TNEEIL

25. Aминова Е. В., Mушинский A. A., Саудабаева А. Ж. Стрессоустойчивость растений Solanum tuberosum под влиянием УДЧ диоксида кремния. Животноводство и кормопроизводство. 2020;103(3):16–23. DOI: https://doi.org/10.33284/2658-3135-103-3-16 EDN: VIRCOR

26. Полякова М. Н., Хабарова Л. Н. Влияние различных источников кремния на растения оздоровленного семенного картофеля в культуре in vitro. Научный вклад молодых исследователей в сохранение традиций и развитие АПК: Междунар. научн.-практ. конф. молодых учёных и студентов. СПб: Санкт-Петербургский государственный аграрный университет, 2016. С. 54–56. Режим доступа: https://elibrary.ru/item.asp?id=29403579 EDN: YTLKEV

27. Смирнова Ю. Д., Подолян Е. А. Применение нанопрепаратов для оптимизации микроклонального размножения картофеля. Аграрный научный журнал. 2024;(1):51–55. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=59761550 EDN: MCALAR

28. Варушкина А. М., Яхина А. И., Ширинкина А. С., Цёма Л. Г., Латыпова А. Л. Влияние спектрального состава света на физиологический ответ картофеля in vitro. Аграрный научный журнал. 2021;(4):8–11. DOI: https://doi.org/10.28983/asj.y2021i4pp8-11 EDN: DOKRMH

29. Сомова Е. Н., Маркова М. Г., Власевская Е. А. Получение микроклубней картофеля на основе оптимизации условий культивирования in vitro. Аграрная наука Евро-Северо-Востока. 2021;22(5):682–688. DOI: https://doi.org/10.30766/2072-9081.2021.22.5.682-688 EDN: FJPIYS

30. Petrova I., Koleva L., Gudeva M. Micropropagation of potato seed tubers (Solanum tuberosum L.) under in vitro conditions. Journal of agriculture and plant sciences. 2022;20(2):37–43. DOI: https://doi.org/10.46763/JAPS22202037p

31. Mohamed A. E.-S., Girgis N. D. Factors affecting in vitro tuberization of potato. Bulletin of the National Research Centre. 2023;47:80. DOI: https://doi.org/10.1186/s42269-023-01056-3

32. Belguendouz A., Kaide Harche M., Benmahioul B. Evaluation of different culture media and activated charcoal supply on yield and quality of potato microtubers grown in vitro. Journal of Plant Nutrition. 2021;44(14):2123–2137. DOI: https://doi.org/10.1080/01904167.2021.1881545

33. Пахинин Р. В., Маратова С. А., Пугачева Г. М., Дубровский М. А. Способ стимулирования образования и развития микроклубней картофеля в условиях in vitro: пат. РФ № 2762416. №2021101311: заявл. 21.01.2021; опубл. 21.12.2021. Бюл. №36. 13 с. Режим доступа: https://www1.fips.ru/registers-doc-view/fips_servlet

34. Лебедева Н. В., Федорова Ю. Н. Эффективность препарата Макс Супер Гумат при адаптации растений картофеля. Известия Великолукской государственной сельскохозяйственной академии. 2014;(3):10–14. Режим доступа: https://elibrary.ru/item.asp?id=23024704 EDN: TJWCDJ

35. Гаврилова А. Ю., Гагарина И. Н., Горькова И. В. Эффективность применения биологически активных веществ на меристемных растениях картофеля в условиях защищенного грунта. Вестник аграрной науки. 2021;(6(93)):68–72. DOI: https://doi.org/10.17238/issn2587-666X.2021.6.68 EDN: WVJSMJ

36. Пугачева Г. М., Чусова Н. С., Никонов К. Е., Хорошкова Ю. В. Адаптация микрорастений картофеля к условиям in vivo. Наука и образование. 2021;4(1):158. Режим доступа: https://elibrary.ru/item.asp?id=45755055 EDN: QSTTJH

37. Власевский Д. Н., Мухаметшин И. Г., Власевская Е. А., Краснопёрова В. В. Влияние агротехнологических приемов адаптации на приживаемость микрорастений картофеля. Бюллетень науки и практики. 2017;(12):125–129. DOI: https://doi.org/10.5281/zenodo.1101192 EDN: USEKGD

38. Рубцов С. Л., Милехин А. В., Шевченко С. Н., Бакунов А. Л., Дмитриева Н. Н. Методика микроклонального размножения и производство оздоровленных миниклубней в оригинальном семеноводстве картофеля в условиях высокой инфекционной нагрузки Самарской области. Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2017;19(2-4):650–658. Режим доступа: https://elibrary.ru/item.asp?id=34966566 EDN: UPQDVL

39. Tessema L., Chindi A., Gebremedhin W. G., Solomon A., Shunka E., Seid E. Determination of Nutrient Solutions for Potato (Solanum tuberosum L.) Seed Production under Aeroponics Production System. Open Agriculture. 2017;2(1):155–159. DOI: https://doi.org/10.1515/opag-2017-0015

40. Григорян М. А., Ткаченко О. В., Шевченко Е. Н. Содержание хлорофилла в листьях различных сортов картофеля in vitro и в условиях аэропоники. Аграрные конференции. 2019;(1(13)):1–6. Режим доступа: https://elibrary.ru/item.asp?id=37073545 EDN: VVXHRA

41. Ткаченко О. В., Евсеева Н. В., Каргаполова К. Ю., Денисова А. Ю., Позднякова Н. Н., Куликов А. А., Бурыгин Г. Л. Повышение активности про/антиоксидантной системы микрорастений картофеля ризосферными бактериями в условиях аэропоники. Аграрный научный журнал. 2023;(3):65–72. DOI: https://doi.org/10.28983/asj.y2023i3pp65-72 EDN: WDMWTQ

42. Цёма Л. Г., Латыпова А. Л. Сортовая реакция растений картофеля при выращивании на аэропонных установках. Аграрная наука Евро-Северо-Востока. 2023;24(3):359–366. DOI: https://doi.org/10.30766/2072-9081.2023.24.3.359-366 EDN: VLUGTJ

43. Sadek N., Kamal N., Shehata D. Internet of Things based smart automated indoor hydroponics and aeroponics greenhouse in Egypt. Ain Shams Engineering Journal. 2024;15(2):102341. DOI: https://doi.org/10.1016/j.asej.2023.102341