Жаныбекович Оптимизация условий трансформации картофеля Магистерский проект на соискание степени магистра технических наук по
жүктеу/скачать 7,32 Mb.
|
| 1 Обзор литературы
Состояние и перспективы картофелеводства в Республике Казахстан Картофель – одна из ведущих сельскохозяйственныхкультур, широко используемая как пищевой и кормовой продукт, а также для переработки накрахмал и спирт. Ежегодный суммарный годовой урожай картофеля в мире составляет 328 млн. т (2008 г.), изних в Казахстане производится 37 млн. т. Средняя урожайность картофеля в Казахстане составляет около 12,8 т/га, хотярасчетная потенциальная продуктивность большинства сортов превышает 45-60 т с 1 гектара. Одной из причин такой низкой урожайностиявляется широкое распространение болезней, вредителей и сорняков, несоблюдение агротехнических мероприятий. Известно, что до 30-40% потери урожая сельскохозяйственных культур вызвают вирусные инфекции.Картофель подвержен поражению многими вирусами (X, Y, S, F, M, A, L и др.). Эти вирусы вызывают такие болезни картофеля, как мозаика листа, скручивание листьев картофеля, морщинистая мозаика, желтая карликовость и др. От больного к здоровому растению, вирусы передаются двумя путями: контактным и насекомыми через их ротовой аппарат, содержащий микрокапли сока и, соответственно, вирусные частицы. Почти все вирусы, попав в организм растения, некоторое время могут находиться в скрытом состоянии, не вызывая внешних симптомов. Инфекция снижает урожайность культуры, содержание крахмала в клубнях, влияет на другие качественные показатели. Пораженные растения сами становятся источником инфекции [1]. Важной особенностью картофеля является и то, что вследствие вегетативного размножения большинство поражающих его болезней передается через семенные клубни, которые и являются первичным источником инфекции для последующего заражения посадок. Картофель может поражаться болезнями на всех этапах жизненного цикла: до появления всходов, во время вегетации и в период хранения. Многие возбудители болезней способны также накапливаться и длительно сохраняться в почве. Изучение методов повышения эффективности безвирусного семеноводства картофеля, обеспечивающих повышение устойчивости к вирусам является актуальным и представляет большой теоретический и практический интерес для агропроизводства страны. Создание новых исходных форм, линий и сортов картофеля, как методами традиционной селекции, так и современной биотехнологии (клеточная селекция, генная инженерия), адаптированных к различным почвенно-климатическим условиям, имеет большую перспективу. Выявление механизмов устойчивости растений к действию неблагоприятных факторов внешней среды и создание устойчивых сортов является одним из приоритетных направлений селекции и биотехнологии растений [2]. Выявлено, что в клетках растений существует сеть связанных между собой метаболических реакций, способствующих адаптации к изменяющимся внешним условиям. Однако наименее изученным аспектом в проблеме устойчивости остается вопрос о регуляторных механизмах, позволяющих координировать функционирование всего комплекса реакций защитного ответа. Регуляция стрессорного ответа может осуществляться на генном, транскрипционном, посттранскрипционном, трансляционном и посттрансляционном уровнях организации. Картофель культивируется во многих странах мира с различными почвенно-климатическими условиями, однако, по своей биологической сущности культурный вид S. tuberosum L., от которого произошли сорта, относится к растениям умеренного климата и лучше переносит низкие температуры, чем высокие [1]. По данным профессора А. Г. Лорха и др. [2,3,4] оптимальными температурами почвы для прорастания клубней являются 7-80С, для клубнеобразования 16-180C. Оптимальная температура воздуха для роста ботвы и ассимиляции 20-210C. При температуре почвы 290C рост клубней полностью прекращается, а при температуре 400C у растений прекращаются процессы фотосинтеза. По мнению многих ученых [5,6,7,8,9] основой успеха в создании сортов картофеля, сочетающих высокую продуктивность, технологические качества и другие хозяйственные признаки с устойчивостью к болезням и вредителям служит правильно выбранный исходный материал. Несмотря на появление новых методов создания исходного материала основным источником пополнения новых признаков картофеля остается мировая коллекция, изучение образцов которой позволяет: осуществлять мониторинг проявления основных хозяйственно-ценных признаков культуры в конкретных условиях выращивания; выявлять лучшие образцы по отдельным признакам и формировать признаковую коллекцию источников для решения задач для селекции картофеля [10]. Как отмечал Н. И. Вавилов, поведение одних и тех же сортов в разных условиях может быть различно в зависимости, как от условий среды, так и от наличия различных физиологических рас одного и того же паразита. Белорусские ученые, считают, что селекцию картофеля на устойчивость к патогенам надо проводить с учетом конкретных условий определенной зоны, а для более достоверной оценки степени устойчивость гибридов к вирусам их следует испытывать в нескольких пунктах, отмечающихся по климатическим условиям. К аналогичным выводам пришли и другие исследователи [13]. С развитием селекции и созданием высокоэффективных технологий выращивания в передовых странах Западной Европы резко повысилось урожайность картофеля, которая в настоящее время в среднем составляет 40-50 т на 1 га, что позволило этим странам (Великобритания, Германия, Франция и др.), при том же объеме валового сбора клубней, значительно сократить посевные площади под данную культуру. Фактически неизменными остались посевные площади под картофелем и в странах СНГ, изменилось лишь инфраструктура – снижение посевных площадей в общественном секторе и увеличение их в частном секторе (фермерские хозяйства, личные подсобные хозяйства и т.д). При этом резко снизилось урожайность культур, которая не превышает 10-11 т/га [14]. С целью стабилизации и интенсификации отрасли в странах СНГ разрабатываются программы развития картофелеводства, направленные на повышение эффективности отрасли и ее конкурентоспособности. Предусматривается создание и расширение ассортимента высококачественных сортов картофеля разных групп спелости, с комплексной устойчивостью к наиболее вредоносным патогенам. В Казахстане, из-за низкой урожайности, среднегодовой объем валового производства картофеля не обеспечивает потребность населения в этом продукте питания. Фактический уровень производства картофеля не превышает 2,4 тыс. тонн, что в пересчете на душу населения составляет 30,0% от нормы прожиточного минимума. В тоже время завоз недостающего картофеля из стран ближнего и дальнего зарубежья обходится государства в 1,3 млн. долларов США. В большинстве регионов Казахстана картофель подвержен сильному вырождению – прогрессирующему снижению урожаю клубней с ухудшением их качества в последующих репродукциях. Явление очень сложное по своей природе, которое происходит в результате взаимодействия 3 групп факторов - внешних условий (температура воздуха и почвы, обеспеченность влагой, режим минерального питания и условия хранения клубней); возбудителей болезней (вирусы, вироиды и микоплазмы) сортовых и индивидуальных особенности растений. Поэтому, не случайно, многие известные сорта зарубежной селекции в условиях жаркого и засушливого климата большинства регионов Казахстана и широкого распространения вирусных болезней уже на второй-третий годы репродуцирования резко снижают урожайность и семенные качества. Как отмечал Н.И. Вавилов, поведение одних и тех же сортов в разных условиях может быть различно в зависимости, как от условий среды, так и от наличия различных физиологических рас одного и того же паразита. Таким образом, наличие аналогичных исследований по основным и новым направлениям в картофелепроизводящих странах, диктует необходимость постоянного поиска эффективных методов ускоренного размножения. Оздоровление картофеля от вирусных болезней повышает эффективность органических и минеральных удобрений, вносимых под картофель, обеспечивает длительное сохранение продуктивности и увеличивает урожай на 25-30%[15]. Известно, что вирусы картофеля распространяются по флоэмным элементам, и на этом свойстве основано оздоровление растений invitro. Апикальные меристемы побегов свободны от вирусов, в них нет дифференцированных флоэмных элементов. Поэтому верхушки растений содержат меньшее количество вирусов по сравнению с другими частями. Апикальная меристема представляет собой конус активно делящихся клеток, и она почти свободна от вирусной инфекции. Концентрацию вирусов можно снизить также, выдерживая растения при повышенной температуре (термотерапия), или обрабатывая их веществами, ингибирующими развитие вирусов (хемотерапия). В сочетании с термо- и хемотерапией (обработка растений метод верхушечной меристемы в настоящее время является наиболее эффективным способом оздоровления растений. Современное семеноводство картофеля широко использует биотехнологический метод апикальной меристемы для освобождения от вирусной инфекции. Схема производства безвирусных клубней включает получение микрорастений (клонов) картофеля, затем высадку их в теплицe или под укрытия для избежания контакта с насекомыми, в результате чего получают супер-супер элиту (обычно в виде миниклубней). При высадке микроклубней в полевые условия получают суперэлитный материал в виде клубней обычных размеров. Элитный посадочный материал картофеля сохраняет устойчивость к вирусным заболеваниям и урожайность в течение 5-8 лет. В сельскохозяйственном производстве также используются методы биотехнологии как генная и клеточная инженерия, клеточная селекция, при которой отбор клеточных линий и растений с новыми хозяйственно ценными свойствами проводится на уровне клеток. Получение растений из отработанных в селективных условиях каллусных клеток возможно благодаря уникальному свойству растительной клетки – ее тотипотентности. Приемы культивирования растительных клеток и регенерации из них растений разработаны для многих сельскохозяйственных культур, что позволяет реализовать возможности клеточной селекции для создания новых сортов растений [5]. Мощным источником генетического разнообразия растений является сомаклональная изменчивость, возникающая при прохождении растениями стадии неорганизованного роста или при длительном культивировании в условиях invitro [6, 7]. В настоящее время в Республике Казахстан существует проблема рентабельности элито- и картофелевыращивающих хозяйств, связанная с низким качеством семенного материала и отсутствием высокоурожайных сортов, приспособленным к местным почвенно-климатическим условиям. В создавшейся ситуации отечественные сорта довольно быстро утрачивают конкурентоспособность и могут быть вытеснены зарубежными сортами [10]. Для решения этой проблемы требуется создание банка данных сортообразцов картофеля мировой и казахстанской селекции для создания сортового ресурса. Это позволит создать фонд оздоровленного исходного материала большинства сортов путем проведения тщательного отбора лучших и чистых репродукций, свободных от вирусных инфекций. Это возможно только на основе проведения тотальной оценки на молекулярно-генетическом уровне сортообразцов, которые возделываются в Казахстане. При этом необходимо тщательное тестирование на уровне меристемных микрорастений, мини-клубней, тепличного и полевого клонового материала с применением самых современных и высокочувствительных лабораторных методов диагностики фитопатогенов, что позволит наладить систему эффективного контроля качества и безопасности семенного и товарного картофеля на всех уровнях его производства. Картофель в большинстве регионов республики подвержен сильному вырождению, что приводит к снижению урожая клубней с ухудшением их качества в последующих репродукциях. Это происходит в результате взаимодействия 3-х групп факторов: внешние условия (высокая температура воздуха и почвы, слабая обеспеченность влагой и минеральным питанием, низкий уровень условий хранения); возбудители болезней (вирусы, бактериальные инфекции, вироиды и микоплазмы), а также сортовые особенности растений [11]. Основные задачи селекции картофеля определяются потребностью производства в разнообразных сортах, различающихся по срокам созревания, и хозяйственному назначению. Основу селекции картофеля составляют гибридные популяции и отбор среди них наиболее продуктивных форм с комплексом ценных признаков. Начиная с конца 80-х годов прошлого столетия в селекции картофеля широко используются методы биотехнологии, которые в отличие от традиционной селекции, позволяют сохранить свойства гибридов при ускоренном размножении методом микроклонирования и оценивать их в более короткие сроки, чем предусмотрено схемой селекционного процесса. Тогда как при селекции в поле зачастую идет выщепление признаков, теряется ценность гибридов. Ценные гибриды, как известно, служат исходным материалом для селекции. Семеноводство картофеля обеспечивает фермерские производства качественным семенным материалом районированных сортов для обеспечения товарных посевов. Т.к. картофель размножается вегетативными органами – клубнями, в репродукциях устойчиво сохраняются признаки и свойства сорта. Однако из-за того, что клубни содержат много влаги (60-80%), они легко поражаются грибами, вирусами, бактериями и нематодами, что приводит к снижению их урожайности. Поэтому периодическое обновление семенного материала и использование для посадки качественного материала имеют большое значение в получении хорошего урожая.Правительство Республики Казахстан уделяет большое внимание вопросу развития семеноводства в республике. Так, в 2003 году был принят закон №385-11 РК «О семеноводстве» для обеспечения различных регионов страны районированными сортами картофеля местной селекции с целью постепенного импортозамещения и расширения зоны возделывания новых высокоурожайных отечественных сортов. С применением высокоэффективных технологий в передовых странах Западной Европы резко повысилась урожайность картофеля, которая в настоящее время в среднем составляет 40-50 т/ га, что позволяет этим странам (Великобритания, Германия, Франция и др.), при том же объеме валового сбора клубней, значительно сократить посевные площади под данную культуру. В Голландии же размеры посевных площадей под картофель остаются неизменным: 22% площадей используются для выращиваниясеменного картофеля, 43% -продовольственного и 35% - технического [12, 13 14, 15]. Одним из главных факторов определяющих хронически низкий уровень урожайности картофеля в нашей республике является использование на посадку некачественного семенного материала, зараженного фитопатогенами, что способствует повсеместному распространению и возрастанию тяжелых форм вирусного заражения на картофеле, находящегося в хозяйственном и торговом обороте. Снижение урожая картофеля в результате нарастания вирусного заражения может достичь 50% и более [15]. К числу наиболее важных фитопатогенных вирусов относят ВСЛК, УВК, ХВК, SВК, МВК. При сильном распространении вирусов как ВСЛК, УВК, МВК потери урожая могут достичь 70% и более.Большая вредность ВСЛК, УВК, МВК вызывающие тяжелые и средние формы вирусного заражения на картофеле объясняется, прежде всего, тем, что они быстро распространяются переносчиками. В процессе повышения урожайности картофеля необходимо своевременное проведение его сортообоновления, что обусловлено быстротой его вырождения в любых природно-климатических условиях, особенно в южных и юго-восточных областях страны, где пораженность посадок картофеля нередко достигает до 100%. В этих регионах отмечаются такие вирусные заболевание картофеля, как скручивание листьев (L), морщинистая (Y), полосчатая (У, Х) крапчатая мозаика (S) и закручивание листьев (М). Прежде всего, отмечается отставание куста по росту, хлоротичность листовых долей, листья нижнего и среднего ярусов приобретают ложкообразную форму, утолщаются и грубеют. В год исследований на посевах картофеля были обнаружены вирусные болезни от 2,9 до 21,1 %, то есть все сорта были поражены в той или иной степени вирусными заболеваниями. Во всех регионах Казахстана преобладающим заболеванием является обыкновенная мозаика (2,6-10,5%). Наибольшее поражение этим заболеванием выявлено у сорта «Невский» – 10,5%. У сортов «Аксор» и «Тохтар» морщинистая мозаика на высоте 800-1000 м над уровнем моря) не обнаружена. Установлено, что с повышением высотных уровней поражаемость картофеля заболеваниями уменьшается. Так, у сорта «Тохтар» количество больных растений (450 м над уровнем моря) составило -15,8%, а при 800-1000 м, этот показатель уменьшился на 2,5 раза. Такие же тенденции наблюдаются у сортов «Невский» и «Аксор».Отмеченные болезни в горных районах, особенно на уровне 800-1000 м, относятся к легким формам, и отвечают требованиям, предъявляемым к элите картофеля. По данным ученых центра исследований «КазАгроИнновация» наиболее устойчивыми к вирусным болезням и жарким почвенно-климатическим условиям Казахстана являются отечественные сорта картофеля: «Тохтар», «Аксор», «Невский» и «Тамаша» [13]. жүктеу/скачать 7,32 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|