Инновационные направления развития биотехнологии в виноградарстве

УДК 634.85:581.143.6
ИННОВАЦИОННЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ БИОТЕХНОЛОГИИ В ВИНОГРАДАРСТВЕ
Н.П. Дорошенко
ГНУ Всероссийский научно-исследовательский институт виноградарства и виноделия
им. Я.И. Потапенко, г. Новочеркасск, Россия, E-mail: rusvine@ rusvine ru
Приведены результаты исследований, выполненных в лаборатории биотехнологии, по совершенствованию селекционного процесса бессемянных сортов, оздоровлению и кпональному микроразмножению, разработанные способы и технологии производства безвирусного посадочного материала винограда.
Биотехнология сейчас успешно решает такие жизненно важные задачи, как обеспечение продовольствием, создание эффективных лекарств, получение топлива на основе возобновляемого сырья, поддержание экологического равновесия, сохранение биоресурсов Земли. Мир переживает глобальный биотехнологический бум. К сожалению, сейчас доля Российской Федерации в мировом объёме биотехнологической продукции не превышает 0,2 процента, в то время как доля США составляет 42, Евросоюза - 22, Китая - 10, Индии - 2 процента. Биотехнология как интегральная отрасль может стать базой успешного выполнения приоритетных национальных проектов. Развитие сельского хозяйства в современных условиях немыслимо без агробиотехнологии. Это имеет непосредственное отношение и к виноградарству.
Значительный прогресс в селекции винограда и в деле производства посадочного материала определяют методы культуры органов, тканей и клеток in vitro. В настоящее время в лаборатории биотехнологии ВНИИВиВ им. Я.И. Потапенко продолжаются исследования по совершенствованию метода селекции бессемянных сортов винограда с использованием обоих бессемянных родителей [1, 2].
Исследованы механизмы комплексного и моновлияния метеорологических факторов на жизнеспособность мужского гаметофита бессемянных и семенных сортов винограда различного видового происхождения и выявлено, что в отдельные периоды формирования пыльцы бессемянные сорта оказались менее метеоустойчивыми по сравнению с семенными. Это обуславливает необходимость повышения жизнеспособности пыльцы бессемянных сортов в годы с неблагоприятными метеорологическими условиями во время формирования мужских гамет. Установлено, что такие технологические приемы, как проведение зеленых операций, применение веществ химической регуляции, своевременный сбор пыльцы, оптимальные условия её хранения, выявление наиболее перспективных сортов-опылителей способствуют повышению эффективности селекционного процесса на бессемянность [3].
Для обеспечения развития виноградарства и виноделия в Российской Федерации особое внимание необходимо обратить на качественные характеристики посадочного материала и фитосанитарный контроль, проведение сертификации маточников подвоев и привоев. Необходимо разработать высокоэффективные технологии производства посадочного материала винограда стандартных, перспективных и новых высокоценных и дефицитных сортов высших категорий качества.
Целью нашей работы является решение указанных проблем на основании предлагаемых способов и биотехнологий, объединенных в систему производства сертифицированного посадочного материала, осуществляемую в лаборатории и на иммунных песках Нижне - Кундрюченского отделения опытного поля ВНИИВиВ им. Я.И. Потапенко.
Разработан способ оздоровления растений при помощи культуры апикальных меристем при относительном размере эксплантов 0,1- 0,2 мм, схема регенерации растений из эксплантов этого размера и
условия оптимизации их развития на каждом этапе культивирования, обеспечивающие удовлетворительную регенерацию растений. Для повышения низкой регенерационной способности таких эксплантов разработана оригинальная технология микроклонального размножения, защищенная 10-ю патентами. Она состоит из следующих последовательных этапов: изолирование эксплантов (центральные почки глазков) и получение асептической культуры in vitro, выделение верхушечной меристемы, индукция адвентивного побегообразования, укоренение побегов, получение пробирочных растений, высадка растений-регенератов в почвенный субстрат.
С целью оптимизации процесса оздоровления растений уточнено содержание цитокинина 6-БАП на этапе ввода, разработан способ повышения регенерационной способности меристем воздействием на них электромагнитным облучением низкой интенсивности (СВЧ-лучи) в комплексе с узкополосным лазером [4, 5].
Оптимизации клонального микроразмножения на этапе микрочеренкования пробирочных растений также способствует применение СВЧ-лучей [6], растительной добавки из тонкоразмолотых семян винограда [7], введение в питательную среду 6-БАП [8].
Для комплексного оздоровления растений от вирусов и микоплазм разработан метод водной терапии вызревших микрочеренков с последующей культурой апикальных меристем. Уточнены режимы обработки для целого ряда сортов винограда. К оптимальным режимам, обеспечивающим высокую репаративную и продуктивную регенерации, относится обработка водой при 45° С в течение 45 минут, 55°С при экспозиции 30 мин. Приживаемость меристем и их регенерационные способности улучшаются за счет оздоровления их от грибных патогенов и вирусов, что подтверждено PCR-анализом и тестированием на сорте-индикаторе Рупестрис дю Jlo [9].
С целью активации защитных реакций к вирусным патогенам и для разработки дополнительного метода оздоровления растений винограда от вирусов исследован универсальный регулятор роста Эмистим. Выявлено положительное влияние Эмистима на повышение приживаемости меристем на этапе ввода и регенерационной способности на этапе собственно микроразмножения, стимулирование роста растений на этапе микрочеренкования, повышение адаптивной способности растений при переносе их в нестерильные условия. В результате исследований установлены оптимальные концентрации препарата Эмистим в составе питательных сред в зависимости от сортовых особенностей. [10, 11].
Выполнены исследования по совершенствованию существующих и разработке новых приемов световой биотехнологии. С учетом сортовой специфики, можно использовать при культивировании растений в условиях in vitro освещение интенсивностью 1600-3200, на этапе адаптации и доращивания растений - 900-1700 лк. Применение регулятора роста эмистим в концентрациях 10"12и 10"'° % при интенсивности лучевого потока 2200-2400 лк способствует повышению иммунитета и усилению ростовых процессов. Предложена замена традиционного длиннодневного фотопериода на 16 часов на более короткий продолжительностью 14 часов [12].
Усовершенствован метод тестирования на травянистых индикаторах на наличие сокопереносимых вирусов. Установлена возможность его использования для определения вирусной инфекции как у растений с явными признаками вирусных заболеваний, так и у растений визуально здоровых, а также на начальных этапах оздоровления растений винограда. Для выявления всего комплекса вирусных заболеваний разработан метод микропрививок с помощью сортов индикаторов [13].
Адаптация растений к нестерильным условиям осуществлялась на различных субстратах, включающих виноградную выжимку, песок, почву, глауконит с добавлением для лучшей приживаемости регуляторов роста: ИУК, лигногумат, Эмистим, и позволила получить выход растений в разных вариантах около 95-100 % [14, 15].
На основании проведенных исследований разработаны следующие технологии:
1.Технология оздоровления и тестирования растений при производстве безвирусного посадочного материала винограда. Технология направлена на получение посадочного материала (Virus free), оздоровленного, свободного от всех известных вирусов и вирусоподобных заболеваний. В этом состоит отличие разработанной технологии от существующей, обеспечивающей получение категории Virus tested - тестированного на вирусы, свободного лишь от особо опасных вирусов.
В результате внедрения технологии получен предбазовый посадочный материал, из которого заложен базисный маточник на Нижне-Кундрюченском отделении опытного поля на площади 3 га. Положено начало переводу виноградарства на сертифицированную основу. Применение оздоровленного высококачественного посадочного материала обеспечивает повышение эксплуатационной стабильности и продуктивности виноградных насаждений.
2. Усовершенствованная технология получения безвирусного посадочного материала винограда при помощи световой биотехнологии.
Разработана оптимизация условий культивирования изолированных тканей винограда in vitro при помощи интенсивности освещения, изменения продолжительности фотопериода, качества излучения, в том числе в сочетании с регулятором роста растений Эмистим, которая обеспечивает повышение качества, выхода мериклонов и снижение их себестоимости.

Литература

1. Дорошенко, Н.П. Биотехнологические методы ускоренного размножения и оздоровления, селекции бессемянных сортов и создание коллекций генофонда винограда /Н.П.Дорошенко: Автореф. дне... д-ра с.-х. наук. - Новочеркасск, 1999. - 59 с.
2. Берникова, Н.В. Эмбриокультура стеноспермокариических сортов для улучшения сортимента винограда / Н.В. Берникова: Автореф. дис... канд. биол. наук. - Краснодар, 2004. - 22 с.
3. Соболева, Ю.В. Биологические особенности пыльцы и способы повышения её жизнеспособности для улучшения сортимента винограда / Ю.В. Соболева: // Автореф. дис... канд. биол. наук. - Краснодар, 2005. - 27 с.
4. IlaT.RU 2120739,1999. Способ регенерации меристем / Н.П. Дорошенко, Г.В. Лузгин, А.Ф. Карлов.-1999.
5. Дорошенко Н.П., Соколова Г.В. Положительное решение по заявке №20031276645/12 (029539). Способ регенерации меристем, 2005.
6. Пат. № 2077192 Способ размножения винограда in vitro./ Н.П. Дорошенко, Г.В. Лузгин, А.Ф.Карлов, 1997
7. Пат. RU № 2041609 Способ микроклонального размножения винограда «ин витро»/ Б.А. Музыченко,- 1995.
8. Дорошенко, Н.П., Оптимизация условий клонального микроразмножения винограда /Н.П. Дорошенко// Сельскохозяйственная биология - 1996. № 5. С. 28 - 29.
9. Дорошенко, Н.П. Оздоровление винограда от хронических болезней методом водной терапии. / Н.П. Дорошенко //Виноделие и виноградарство. -2004,- № 6. С. 24-27.
10. Дорошенко, Н.П. Применение препарата Эмистим на этапе ввода при оздоровлении винограда от вирусной инфекции //Виноделие и виноградарство - 2007,- №6.-С. 37-41.
11. Дорошенко, Н.П. Применение препарата Эмистим на этапе микрочеренкования пробирочных растений винограда /Н.П. Дорошенко //Виноделие и виноградарство- 2008,-№3.- С. 40-41.
12. Соболев, А.А. Обоснование приемов световой биотехнологии при клональном микроразмножеции винограда / А.А. Соболев: автореф. дис. ... канд. биол. наук. - Краснодар, 2004. -25 с.
13. Дорошенко, Н.П Тестирование растений винограда на наличие вирусной инфекции / Н.П. Дорошенко //Виноделие и виноградарство - 2008 - № 4 - С. 34 - 36.
14. Дорошенко, Н.П. Препарат Эмистим на этапе адаптации оздоровленных in vitro растений винограда /Н.П. Дорошенко //Виноделие и виноградарство,- 2008.- № 5,- С.30-32.
15. Ребров, А.Н. Адаптация растений винограда in vitro к условиям нестерильной среды / А.Н. Ребров: автореф. дис....... канд. биол. наук. - Краснодар, 2007.-27 с.

По материалам Международной научно-практической конференции "Научно-прикладные аспекты развития виноградарства и виноделия на современном этапе" - Новочеркасск, ВНИИВиВ им. Я.И. Потапенко, 2009