Способ расчёта площади поверхности корневой системы у меристемной культуры картофеля

Техническое решение относится к области разведения растений из тканевых культур, а именно к способу расчета площади поверхности корневой системы у меристемной культуры картофеля и может быть использовано для оценки качества полученных экземпляров в его селекции, а так же посевного материала в картофелеводстве.

Картофель является одной из основных продовольственных культур в России. Традиционно данная культура размножается вегетативно - клубнями. Но этот способ имеет два основных недостатка. Первый состоит в относительно низком коэффициенте воспроизводства, что не позволяет быстро увеличивать площади посадки при изменении экономических условий или потребительского спроса. Кроме того, картофель весьма восприимчив к вирусным, бактериальным и грибным болезням. При этом труднее всего избавить посадочный материал от вирусов, способных привести к существенному снижению урожая. Доказано, что некоторые из них (PLRV и некоторые варианты PVY) снижают урожай клубней на 50-80%. Единственным известным на сегодня способом избавления посадочного материала картофеля от вирусов является меристемная культура.

Меристемная культура позволяет достаточно быстро получить точные генетические копии растений, не зараженные вирусными, грибными и бактериальными инфекциями, так как в качестве питания для нее в пробирке используется хорошо контролируемая искусственная среда. Корни меристемного растения картофеля представляют собой конусообразные отростки диаметром менее 1 мм и длиной 50-80 мм каждый.

Одним из основных морфологических критериев оценки, которые характеризуют качество полученных меристемной культуры картофеля является листовая площадь растения и площадь поверхности корневой системы. Для расчета листовой площади картофеля успешно применяют универсальные способы, которые используют для различных видов культур в том числе и меристемных. Наиболее важным показателем развития корневой системы является площадь ее поверхности.

Известен способ расчета объема корневой системы. [1]. После разделения корневой массы на фракции определяют объем корней. Если корни уже высохли, их необходимо выдержать в течение 1-2 ч в воде для восстановления ими первоначальной формы и для того, чтобы они при определении объема не впитывали воду. Корни извлекают из воды, отжимают в фильтровальной бумаге или марле и помещают в объемометр Д.А. Сабинина и И.И. Колосова состоящий из цилиндра, дно которого соединяется резиновой трубкой с пипеткой с отрезанным носиком и делениями на 0,01 мл. В цилиндр наливают воду в количестве, достаточном для погружения измеряемой корневой системы, а пипетку устанавливают на такой высоте, чтобы мениск воды показался у края градуированной части пипетки, обращенной к каучуковой трубке. Чувствительность прибора определяется углом наклона пипетки: чем ближе к горизонтальному направлению расположена пипетка, тем чувствительней прибор. При погружении в воду исследуемых корней уровень жидкости в цилиндре повысится, вызвав сдвиг мениска в пипетке. Вынимают корни из цилиндра и определяют их объем по количеству воды, которое нужно долить, чтобы вызвать такой же сдвиг мениска в пипетке. Во время всех операций положение пипетки в приборе должно оставаться постоянным, т.к. малейшее прикосновение к пипетке может изменить ее наклон, что приведет к грубой ошибке при определении. Измерения проводят не менее трех раз, вычислив среднюю величину. По окончании работы снять пипетку, промыть ее хромовой смесью, а затем водой. Вылить воду из цилиндра и вымыть его. Корни перенести в стакан с водой и сохранить для следующей работы.

Недостатком данного способа, принимая во внимание крайне небольшие размеры корневой системы меристемной культуры, является его низкая точность и возможность только косвенно судить о площади корневой системы, что делает его использование у них не эффективным.

Известен способ расчета площади боковой поверхности конуса (S_бок) [2], через число пи (π), радиус (R) и образующую (L):

S_бок=π×R×L, где π - математическая постоянная, равная 3,14, R - радиус основания конуса, L - образующая.

Недостатком данного способа, для расчета размеров площади поверхности корневой системы меристемной культуры является то, что у ней несколько корней с различными радиусами и размерами образующих, поэтому он не позволяет рассчитать размеры площади поверхности всей корневой системы.

Задачей технического решения является совершенствование способа расчета площади поверхности корневой системы (S_{корневой системы}) у меристемной культуры картофеля, направленного на увеличение точности оценки качества полученной меристемной культуры картофеля и снижения уровня его погрешности.

Поставленная задача решается благодаря тому, что способ расчета площади поверхности корневой системы (S_{корневой системы}) у меристемной культуры картофеля включает в себя отдельный расчет площади боковой поверхности (S_{боккорневого отростка}) каждого корневого отростка у оцениваемого экземпляра меристемной культуры картофеля, через число пи (π), радиус основания корневого отростка (R_{корневого отростка}) и образующую корневого отростка (L_{корневого отростка}) по формуле: S_{бок.корневого отростка} = π×R_{корневого отростка}×L_{корневого отростка}, с последующим суммированием полученных результатов.

В предлагаемом способе расчета площади поверхности корневой системы (S_{корневой системы}) у меристемной культуры картофеля, предусмотрены следующие отличие от существующих, а именно проводится отдельный расчет площади боковой поверхности (S_{боккорневого отростка}) каждого корневого отростка у оцениваемого экземпляра меристемной культуры картофеля, через число пи (π), радиус (R_{корневого отростка}) и образующую (L_{корневого отростка}) по формуле: S_{бок.корневого отростка} = π×R_{корневого отростка}×L_{корневого отростка}, с последующим суммированием полученных результатов.

Между совокупностью существенных признаков заявляемого объекта и достигаемым техническим результатом существует причинно-следственная связь, которую можно продемонстрировать на примере 1.

Пример 1.

Нами был проведен эксперимент по определению площади поверхности корневой системы у меристемной культуры Solanum tuberosum сорта «Жуковский ранний», селекции Всероссийского научно-исследовательского института картофельного хозяйства имени А.Г. Лорха. У тридцати единиц меристемной культуры Solanum tuberosum сорта «Жуковский ранний» проводился расчет объема корневой системы по способу Д.А. Сабинина и И.И. Колосова [1] и по предложенному нами способу определения площади поверхности корневой системы с фиксацией времени затраченного на одно измерение. В результате мы получили среднею продолжительность измерения одной единицы меристемной культуры по способу Д.А. Сабинина и И.И. Колосова [1] 52 минуты, а по предложенному нами способу определения площади поверхности корневой системы - 28 минут.

Предлагаемый нами способ «Способ расчета площади поверхности корневой системы у меристемной культуры картофеля» сокращает время определения площади поверхности корневой системы у меристемной культуры Solanum tuberosum большее чем в полтора раза, по сравнению с применяемым сегодня способом.

Нами предлагается следующий "Способ расчета площади поверхности корневой системы у меристемной культуры картофеля":

Проводятся морфометрические измерениярадиуса основания корневого отростка (R_{корневого отростка}) и образующей корневого отростка (L_{корневого отростка}) каждого корневого отростка у оцениваемого экземпляра меристемной культуры картофеля с помощью МОВ-1-16х (Микрометр окулярный винтовой). МОВ-1-16х является принадлежностью микроскопа и предназначается для линейного измерения величины изображения объектов, рассматриваемых в микроскоп. По формуле: S_{бок. корневого отростка} = π×R_{корневого отростка}×L_{корневого отростка}, где π - математическая постоянная, равная 3,14, R_{корневого отростка} - радиус основания корневого отростка, L_{корневого отростка} - образующая корневого отростка выполняется расчет площади боковой поверхности (S_{бок. корневого отростка}) каждого корневого отростка у оцениваемого экземпляра меристемной культуры картофеля. В последующем полученные результаты площади боковой поверхности (S_{бок. корневого отростка}) корневых отростков суммируется и получается площадь поверхности корневой системы у меристемной культуры картофеля.

Следует отметить, что предлагаемый нами способ не требует дорогостоящего оборудования и специальных компетенций у персонала, но позволяет выполнять расчет большей точностью и минимальной погрешностью.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого способа расчета площади поверхности корневой системы у меристемной культуры картофеля, обусловлена сокращением большее чем в полтора раза, по сравнению с применяемым сегодня способом, времени необходимого для ее определения.

Используемые обозначения:

• S_бок - площадь боковой поверхности конуса;

• π - математическая постоянная, равная 3,14:

• R - радиус основания конуса;

• L - образующая конуса;

• S_{бок. корневого отростка} - площадь боковой поверхности одного корневого отростка у оцениваемого экземпляра меристемной культуры картофеля, в мм²;

• R_{корневого отростка} - радиус основания корневого отростка, в мм;

• L_{корневого отростка} - образующая корневого отростка, в мм.

• S_{корневой системы} - площадь поверхности корневой системы у меристемной культуры картофеля, в мм².

Источники информации

1. Сальников, А.И. Физиология и биохимия растений: практикум / А.И. Сальников, И.Л. Маслов, М-во с.-х. РФ, ФГБОУ ВПО Пермская ГСХА - Пермь: Изд-во ФГБОУ ВПО Пермская ГСХА, 2014. - 300 с.

2. Никитин, Н.Н. Геометрия: учебник/ Н.Н. Никитин, Москва: Изд-во Просвещение, 1967. - 217 с.