Научно-исследовательская работа
Микроклональное размножение картофеля сорта "Гранд"
Размножение картофеля в культуре in vitro позволяет получить однородный безвирусный посадочный материал, урожайность которого в 6-7 раз выше классического.
Наша команда
Люди, которые создали этот инновационный проект и продолжают его совершенствовать
  • Илья Жариков
    Автор проекта, обучающийся СП ДТ "Кванториум" МБОУ БГО СОШ №3
    Проводил микроклональное размножение картофеля и анализ полученного материала
  • Надежда Святодух
    Руководитель проекта, идейный вдохновитель, педагог дополнительного образования МБУДО БГО БЦВР
    Осуществляла общий контроль за выполнением проектной задачи

ПРОБЛЕМА
В современном мире проблема размножения растений является глобальной. В частности страдает выращивание картофеля, как наиболее питательного и традиционного для многих народов источника пищи. Несмотря на опережающие темпы возделывания этой сельхозкультуры на территории России, её коэффициент размножения находится на очень низком уровне, так как более 50 % клубней в процессе развития подвергаются заболеваниям.
Актуальность
Микроклональный способ размножения растений имеет много преимуществ по сравнению с классическими способами выращивания:

  1. Высокий коэффициент репродукции
  2. Получение генетически однородного высококачественного посадочного материала
  3. Получение оздоровленного безвирусного материала
Таким образом, микроклональное размножение помогает получить большой качественный урожай, не подвергающийся заболеваниям, с сохранением сорта материнского организма.

Обзор аналогов
Наше решение
Название
Аналоги
Краткое описание
Стоимость размножения
одного организма
Доступность
Микроклональное
размножение картофеля
на среде Геррики
Микроклональное
размножение картофеля
на среде Мурасиге-Скуга
Размножение
фрагментацией клубня
≈33 коп.
≈1 руб. 32 коп.
≈3 руб. 92 коп.
Метод культивирования
адвентивных побегов
картофеля на среде
Геррики
Метод культивирования
адвентивных побегов
картофеля на среде
Мурасиге-Скуга
Деление клубня картофеля
на несколько частей и
высадка в почву
поотдельности
  • Компоненты для
питательной среды
доступны каждому
  • Метод не требует
специальных навыков
  • Некоторых компонентов
нет в открытом доступе
  • Необходимы навыки работы с токсичными веществами
  • Широко используемый
устаревший метод
  • Не требует
дополнительного оборудования, реагентов и навыков
Вывод
Существующие аналоги решают нашу проблему, но делают это нерационально. Наше решение объединяет в себе эффективность первого аналога и простоту второго. Микроклональное размножение на среде Геррики является наиболее выгодным способом клонального размножения из всех, существующих на данный момент.
Итак,
Цель проекта - провести процесс микроклонального размножения картофеля сорта "Гранд" на питательной среде Геррики, провести органолептический и химический анализ полученных образцов.
Задачи
  • 1
    1. Изучить теорию о микроклональном размножении картофеля.
    Изучить имеющиеся методики проведения микроклонального размножения растений на разных субстратах, выявить наиболее подходящую.
  • 2
    2.bПровести микроклональное размножение картофеля по стадиям.
    Стадии:
    1. Элонгация
    2. In vitro
    3. Адаптация
    4. Ex vitro
  • 3
    3.вПроанализировать полученный результат.
    Провести анализ химического состава дочернего картофеля и его органолептические свойства.
Стейкхолдеры проекта

  • Воронежский ГАУ

    Имеющийся стейкхолдер

    Предоставляет материально-техническую и научную базу для промышленного внедрения нашей методики.

  • ОАО Агро-Дубинское

    Потенциальный стейкхолдер

    Компания активно ищет новые способы рационального выращивания растений.

  • ВилСС ГСХУ

    Потенциальный стейкхолдер

    Сортоиспытательная станция готова выкупать методики размножения картофеля in vitro.

  • Русскарт

    Потенциальный стейкхолдер

    Корпорация заинтересована во внедрении передовых методов культивирования картофеля в производственных масштабах.

  • Изучение литературы по теме микроклонального размножения растений.
  • Консультация с селекционерами Воронежского ГАУ.
  • Составление окончательной методики.
Подготовительный
Основной
Заключительный
1
2
3
Этапы разработки
  • Проведение химического анализа дочернего картофеля.
  • Проведение органолептического анализа дочернего картофеля.
  • Обработка полученных данных.
  • Подготовка лаборатории и оборудования: радикальная дезинфекция помещения, оборудования и посуды.
  • Подготовка образцов картофеля сорта "Гранд".
  • Проведение микроклонального размножения по стадиям.
Экономика проекта
Среда Геррики
Наименование
Цена
Количество
Стоимость
Агар-агар
2,2 руб./г
0,4 г
88 коп.
KNO3
Ca(NO3)2
MgSO4
FeSO4
MnSO4
ZnSO4
CuSO4
0,97 руб./г
0,11 г
1,26 руб./г
11 коп.
0,02 г
2 коп.
1,19 руб./г
0,028 г
3 коп.
2,56 руб./г
0,004 г
1 коп.
5,53 руб./г
0,0004 г
1 коп.
0,0002 г
0,0002 г
3,99 руб./г
1,25 руб./г
1 коп.
1 коп.
Амортизация оборудования
Электричество, потраченное на работу стериллизаторов
Наименование
Цена
Количество
Стоимость
2,83 руб./кВт*ч
0,05 кВт*ч
14 коп.
Итог: 1 руб. 32 коп.
Электричество, потраченное на
работу электроплит
2,83 руб./кВт*ч
0,01 кВт*ч
3 коп.
Электричество, потраченное на
работу УФ-ламп
0,025 кВт*ч
7 коп.
2,83 руб./кВт*ч
Итак, для размножения одного организма методом in vitro на среде Геррики необходимо потратить 1 руб. 32 коп.
Результаты
1.рАнализ литературы
В ходе исследования мы проанализировали литературные источники в электронных библиотеках сети Интернет. Были обнаружены 4 запатентованные методики (Омский ГТУ, Красноярский ГАУ, Самарский ГАУ, Воронежский ГАУ) по микроклональному размножению различных сортов картофеля. Данные патенты направлены на проведение микроклонального размножения сортов картофеля путем черенкования побегов на питательной среде Мурасиге – Скуга.
2
Стадия элонгации.
За месяц до начала самого процесса микроклонального размножения мы запустили стадию элонгации. Разрезали опытный образец картофеля сорта Гранд на две части, каждую половину положили в пластиковый контейнер, накрытый льняным ковриком. На протяжении 30 дней раз в двое суток поддерживали материнский организм водопроводной водой. Влажность в помещении – 56%, температура – 220C. Длина стадии 30 дней.

За время стадии доращивания на родительском корнеклубне появились вегетативные органы, подходящие для микроклонального размножения (экспланты), а конкретно:
  • 2 микроклубня
  • 5 адвентивных побегов
аоНа 1-ом этапе, как было ранее указано, остановили свой выбор на среде Герики. Эта среда имеет высокий коэффициент репродукции, размеров побегов и клубней, полученных в процессе микроклонального размножения. Также стоит отметить низкую стоимость компонентов, входящих в состав этой среды, что является большим преимуществом при использовании технологии в промышленных масштабах.
аоВ ламинарном боксе при помощи ультрафиолетового излучения простерилизоваливсе необходимые материалы. Раствор Герикки равномерно распределили в 7 конических колб объемом 25 мл. После застывания раствора в конические колбы поместили части экспланта, пронумеровали колбы, закрыли медицинской ватой и поставили в гидропонную установку под УФ-излучение. Температура воздуха - 23 °C, влажность воздуха - 57%. Колбы с эксплантами пронумеровали от 1 до 7.
Стадия in vitro.
аоНа некоторое время все образцы приостановили свой рост, что является нормальной реакцией эксплантов на среду вне материнского. В процессе акклиматизации экспланты №3, №6 и №7 отмирали, не образовывая отростков или корней, отмирающие участки убирали пинцетом во избежание дальнейшего гниения. По завершении стадии пригодными для пересадки оказались образцы №1, №2, №4, №5.Микроклубни №1 и №4 дали собственные адвентивные побеги, для более рационального использования было принято решение разделить их на часть-побег и часть–микроклубень.
Стадия адаптации.
Все образцы были пересажены в пятилитровые бутылки с заранее продезинфицированным грунтом. Составлены графики роста каждого из образцов. По итогу, образцы №1-побег и №2 не смогли приспособиться к новым условиям окружающей среды и погибли. Образцы №1-микроклубень, №4-побег,
№4-микроклубень, №5 оказались здоровыми и были пересажены на опытный полигон.
Экспланты на 40-й день стадии адаптации
Ex vitro.
На протяжении первых 60-ти дней визуальных изменений с образцами не происходило, затем они стали засыхать. На 90-й день все кусты были выкопаны, образец №4-побег не оставил корнеклубней.
3
аоПолученный картофель был исследован на содержание магния, фосфора, калия и железа, на содержание крахмала при помощи спектрофотометрии. Была вычислена плотность картофеля, определены его органолептические свойства.
аоВ ходе проведения анализов было получено, что в нашем картофеле повышенное содержание железа (7,8 мг/100г при норме до 6,7 мг/100г). Повышенное содержание магния (25 мг/100г принорме 23мг/100г) влияет на количество белка и крахмала в картофеле. Фосфор необходим для работы мышечной системы (57 мг/100г при норме 58 мг/100г). Калий играет роль в поддержании водного баланса организма, поддержании нормального кровяного давления и сахара в крови (420 мг/100г при норме до 586 мг/100г). Вышеперечисленные превышения норм не страшны, так как данные показатели остаются в пределах рекомендуемого потребления того или иного элемента в сутки. аоСодержание крахмала в картофеле – 16%, что является довольно высоким показателем, поэтому он наиболее пригоден для жарки и запекания. Плотность полученного картофеля – 1583 кг/м3, при норме в 1380 кг/м3. Но стоит отметить, что более плотный картофель, как правило, более сочный.
Органолептический анализ
Рассыпчатая структура говорит о высоком содержании крахмала в картофеле. Горчинка во вкусе говорит о присутствии в картофеле незначительного количества натуральных токсинов. Сладость в послевкусии - признак свежего и нежного картофеля, содержащего сахара.
Выводы.
1. Изучили большое количество работ, в том числе и с запатентованными методиками. Выбрали наиболее приоритетный способ микроклонального размножения и питательную среду для эксплантов.
2. Провели процесс микроклонального размножения по стадиям. Общая продолжительность всех стадий – 197 дней. При проведении процесса микроклонального размножения по стадиям большинство эксплантов (55%) не смогло адаптироваться к новым условиям и погибло. В случае с адвентивными побегами это происходит из-за неразвитой корневой системы. Гибель микроклубеньков может быть связана с имеющимся у них слаборазвитым устьичным аппаратом, что влечет за собой повышенную потерю влаги. Стоит отметить, что процент выживаемости эксплантов в нашей методике намного выше, чем в запатентованных.
3. В результате микроклонального размножения получили картофель сорта Гранд, соответствующий всем требованиям ГОСТ (ГОСТ 7176-2017).

Данный проект позволил приобрести hard-skills, такие как работа с биологическими системами, мониторинг и аналитика биологическо информации, работа с международными базами данных. При выполнении данной проектной работы автор всерьёз заинтересовался в выборе профессии в сфере агробиотехнологий.
+7 (993) 294-93-77
izharikov612@mail.ru
МБОУ БГО СОШ №3 СП ДТ "Кванториум", г. Борисоглебск, ЮВМ, д. 19