Влияние почвенной и атмосферной засухи на продуктивность и содержание крахмала и белка в зерне различных сортов пшеницы

ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН _____________________________________2010, том 53, №2_________________________________

ФИЗИОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ

УДК 581.132.633.11

И.А.Сабоиев, Г.Ф.Касымова, член-корреспондент АН Республики Таджикистан А.Абдуллаев, А.Эргашев, академик АН Республики Таджикистан Х.Х.Каримов, М.М.Рахимов

ВЛИЯНИЕ ПОЧВЕННОЙ И АТМОСФЕРНОЙ ЗАСУХИ НА ПРОДУКТИВНОСТЬ И СОДЕРЖАНИЕ КРАХМАЛА И БЕЛКА В ЗЕРНЕ РАЗЛИЧНЫХ СОРТОВ ПШЕНИЦЫ

Институт физиологии растений и генетики АН Республики Таджикистан

Изучены продуктивность и некоторые биохимические показатели, определяющие устойчивость пшеницы к воздействию стрессовых факторов. Структурный анализ созревшего колоса показал, что в условиях почвенной засухи сорт Зафар в сравнении с сортом Алекс по всем показателям имел значительное преимущество. Выявлено, что в условиях недостаточной почвенной влажности содержание крахмала и белка в зерне изученных сортов падает.

Ключевые слова: пшеница - сорта Зафар и Алекс - засухоустойчивость - содержание крахмала и белка.

Стратегия современной селекции направлена на создание сортов и гибридов сельскохозяйственных культур, сочетающих высокую продуктивность и качество урожая с повышенной адаптивностью к неблагоприятным условиям. Успех селекционной работы во многом зависит от наличия исходного материала для селекции, а также от эффективных методов их оценки и знания физиологобиохимических механизмов, определяющих качество урожая и устойчивость к стрессовым факторам различной природы.

Уровень устойчивости растений к абиотическим стрессам обуславливается многими физиоло-го-биохимическими процессами, поддерживающими сохранение жизнеспособности и приводящими к перестройке метаболизма растений в стрессовых условиях [1, 2].

Продуктивность растений определяется скоростью и направленностью биохимических процессов. В основе этих процессов лежит изменение соотношения интенсивности биосинтеза отдельных органических веществ, благодаря чему в общей массе урожая увеличивается доля конечного продукта (запасных веществ). В модификации этих процессов существенная роль принадлежит факторам внешней среды, особенно стрессовым.

Соотношение содержания крахмала и белка в зерне пшеницы является одним из важных генотипических признаков, определяющих биохимическое качество зерна, значительно варьирующее в зависимости от условий произрастания растений [3].

Крахмал является одним из универсальных запасных углеводов растений и играет важную роль в их метаболизме. Синтез и распад крахмала имеет непосредственную связь с восстанови-

Адрес для корреспонденции: Сабоиев Изатшо Айналишоевич. Республика Таджикистан, г.Душанбе, 734063, ул. Айни, 299/2, Институт физиологии растений и генетики АН РТ. E-mail: izatsho@mail.ru

тельным пентозофосфатным циклом Кальвина при фотосинтезе и процессом темнового дыхания. В связи с этим скорость синтеза и распада крахмала в зависимости от физиологического состояния растения может служить одним из критериев устойчивости к воздействию стрессовых факторов. В частности, показано, что при высокотемпературном стрессе, водном дефиците, атмосферной засухе активность многих гидролитических ферментов цитоплазмы резко возрастает, в результате чего происходит распад белков, нуклеиновых кислот и некоторых полисахаридов [4].

В связи с этим нам представлялось интересным провести сравнительные исследования влияния почвенной и атмосферной засухи на продуктивность и содержание крахмала и белка в зерне различных сортов пшеницы.

Материал и методы исследований

Объектами исследования служили сорта пшеницы Зафар и Алекс. Эти сорта отличаются как по происхождению, так и по некоторым морфофизиологическим особенностям. Сорт Зафар выведен и районирован в Таджикистане, а сорт Алекс имеет европейское происхождение, и по результатам госиспытания оба сорта включены в список сортов пшеницы, разрешенных к посеву на территории Республики Таджикистан [5].

Опыты проводились на экспериментальном участке Института физиологии растений и генетики Академии наук Республики Таджикистан (г. Душанбе), расположенном в восточной части Гис-сарской долины на высоте 834 м над ур.моря. Растения выращивались в вегетационных сосудах (22 кг почвы). Посевы были произведены в осенние сроки (28 ноября 2008 г.). Равномерные всходы были получены через 10-12 дней. Сосуды с растениями были разделены на две группы: первая - растения выращивались в условиях почвенной засухи (50-55% от ППВ - предельная полевая влагоемкость), вторая - растения выращивались в оптимальных условиях почвенной влажности (78-80% от ППВ). В другой серии экспериментов часть сосудов с растениями из первой и второй групп подвергались в течение 3-4 дней кратковременному воздействию воздушной засухи (2-3ч) при температуре 40...45°С на фоне почвенной засухи.

Содержание крахмала определяли микрометодом по реакции салициловой кислоты с йодом [6], белка - биуретовым методом. Содержание белка в экстрактах определяли спектрофотометрическим методом при 540 нм по калибровочному графику [7]. Для построения калибровочного графика использовали стандартный сывороточный альбумин фирмы Sigma.

Результаты и их обсуждение

Полученные нами данные показали, что у растений обоих сортов пшеницы под воздействием почвенной и атмосферной засухи в фазе колошения произошли существенные изменения в структуре колоса. Эти различия проявились по следующим признакам: длина колоса, масса колоса, количество зерен в колосе, масса зерна и мякины (табл. 1).

Таблица 1

Структурный анализ колоса сортов пшеницы Зафар и Алекс

в условиях почвенной и воздушной засухи

Сорт Условия выращива- ния Длина колоса, см Масса колоса, г Количество колосков в колосе, шт. Количество зерен в колосе, шт. Масса зерен колоса, г Масса мякины, г

Зафар оптимальная влажность почвы 11.2± 0.5 2.8±0.09 20.0±0.5 59.6±1.2 1.9±0.05 0.9± 0.05

Алекс -//- 10.0±0.6 2.0±0.05 19.0±0.8 43.0±1.0 1.4±0.02 0.5± 0.03

Зафар почвенная засуха 9.8±0.6 1.3±0.08 14.0±0.5 18.0±1.4 0.7± 0.06 0.6± 0.02

Алекс -//- 9.4±0.3 1.0±0.02 16.0±0.6 14.0±1.3 0.5± 0.08 0.5± 0.03

Зафар оптимальная влажность почвы и воздушная засуха (под пленкой) 9.9±0.7 1.2±0.05 17.0±0.8 39.0±1.3 0.7± 0.07 0.5± 0.04

Алекс -//- 8.0±0.8 1.2±0.08 17.0±0.6 11.0±1.0 0.6± 0.06 0.5± 0.04

Зафар почвенная и воздушная засуха(под пленкой 8.3±0.5 0.6±0.03 14.0±0.8 12.0±1.2 0.3± 0.07 0.3± 0.04

Алекс -//- 8.7±0.5 0.5±0.09 17.1±0.6 14.6±1. 0.2± 0.08 0.3± 0.01

Как видно из таблицы, длина колоса у пшеницы в варианте с воздействием почвенной засухи у сорта Зафар была меньше почти на 20%, а у сорта Алекс на 10%. Масса колоса у сорта Зафар в условиях почвенной засухи была меньше более чем в два раза, а у сорта Алекс почти в два раза.

По количеству колосков в колосе между вариантами опыта особо заметных отклонений не наблюдалось. В то же время количество зерен в колосе у обоих сортов в условиях засухи было меньше более чем в три раза. Такая же картина наблюдалась по массе зерна одного колоса. По силе воздействия воздушная засуха на фоне оптимальной влагообеспеченности в период формирования колоса практически вызывала такие же последствия, как и при почвенной засухе.

Вместе с тем, отрицательное воздействие воздушной засухи на фоне низкой влажности почвы значительно усиливалось по сравнению с вариантами с воздушной засухой на фоне оптимального водоснабжения и с почвенной засухой (без воздушной засухи). В итоге все эти негативные последствия сказались на процессе формирования структуры колоса, что привело к существенному снижению хозяйственной продуктивности пшеницы.

Данные табл. 2 показывают, что содержание крахмала в зерне в зависимости от условий водоснабжения заметно изменялось. Наибольшее содержания крахмала было в зерне сорта Зафар при оптимальной влажности почвы. Так, если при оптимальной влажности почвы (78-80% от ППВ) у сорта Зафар содержание крахмала составляло 61%, то в условиях почвенной засухи оно снизилось до 41%. У сорта Алекс этот показатель находился на уровне 59 и 45% соответственно. Под влияниям почвенной засухи содержание белка в зерне у сорта Зафар с 11.4% снизилось до 10%, а у сорта Алекс с 9%

до 8.5%. Исходя из этого, в этих условиях соотношение содержания крахмала к содержанию белка у обоих сортов уменьшилось, а соотношение содержания белка к содержанию крахмала увеличилось.

Расчеты показали, что коэффициент соотношения содержания крахмала и белка у сортов Зафар и Алекс при оптимальной влажности почвы практически одинаковый - 6.3-6.5.

Таблица 2

Влияние засухи на содержание крахмала и белка в зерне пшеницы сортов Зафар и Алекс

Сорт Условия выращивания Содержание крахмала, в % на сухой вес Содержание белка, в % на сухой вес Соотношение содержания крахмала и белка Соотношение содержания белка и крахмала

Зафар оптимальная влажность почвы 61.0 11.4 5.3 0.18

Алекс -//- 59.0 9.0 6.5 0.15

Зафар почвенная засуха 41.0 10.0 4.1 0.24

Алекс -//- 45.0 8.5 5.2 0.18

Зафар оптимальная влажность почвы и воздушная засуха (под пленкой) 52.4 8.3 6.3 0.15

Алекс -//- 50.0 10.5 4.7 0.21

Зафар почвенная и воздушная за-суха(под пленкой) 51.0 9.2 5.5 0.18

Алекс -//- 42.0 11.4 3.6 0.27

Таким образом, почвенная засуха как сильный экологический фактор, обуславливая состояние водного стресса у растений пшеницы, приводит к нарушению синтетической способности растений, снижению содержания запасных веществ, изменению соотношения содержания белка и крахмала в зерне. При этом проявляются генотипические различия в адаптационной способности растений. Выяснилось, что сорт Зафар проявлял большую устойчивость к засухе, чем сорт Алекс.

Работа выполнена при поддержке Международного научно-технического центра

(Проект Т-1635).

Поступило 15.01.2010 г.

ЛИТЕРАТУРА

1. Тарчевский И.А. Метаболизм растений при стрессе. - Казань: ФЭН, 2001, 233 с.

2. Grazyna P. Grain quality of winter wheat cultivars depending on production technology. Abstracts 8th International wheat conference. - St. Petersburg, Russia, 2010, p. 532.

3. Ниязмухамедова М .Б. - ДАН РТ, т 33, №4, 1990, с. 268-272.

4. Кузнецов Вл.В., Дмитриева Г. А. Физиология растений. - М.: Высшая школа, 2006, 742 с.

5. Государственный реестр сортов и гибридов растений, допущенных к использованию на террито-

рии Республики Таджикистан. - Душанбе, 2007, 45 с.

6. Ястрембович Н.И., Калинина Ф.Л. Рост и продуктивность растений. Научные труды. Украинская сельскохозяйственная академия. - Киев, 1962, 118 с.

7. Пыльнева П.Н. - Биохимические методы исследования селекционного материала. - Одесса: ВСГИ, 1979, вып. 15, с. 25-28.

И.А.Сабоиев, Г.Ф.Цосимова, А.Абдуллоев, А.Эргашев, ХД.Каримов, М.М.Рахимов ТАЪСИРИ НОРАСОГИИ НАМНОКИИ ХОК ВА ^АВО БА МА^СУЛНОКЙ, МИЦДОРИ КРАХМАЛ ВА САФЕДА ДАР ДОНИ НАВЪ^ОИ ГАНДУМ

Институти физиологияирастани ва генетикаи Академияи илмх;ои Цум^урии Тоцикистон

Махсулнокй ва нишондихандахои биокимёвие, ки дарачаи устувории навъхои гандумро нишон медихднд, омухта шуд. Ташхиси таркибии хушаи пухтарасидаи гандуми навъхои Зафар ва Алекс вобаста аз таъминоташон бо об нишон медихднд, ки хднгоми речаи оптималии на-мнокии хок (назоратй) ва дар шароити хушкй ё беобй (тачрибавй) навъи Зафар нисбати навъи Алекс афзалияти назаррас дорад. Нишон дода шудааст, ки дар шароити норасогии намнокии хок микдори крахмал ва сафеда дар дони гандум кам мешавад.

Калима^ои калиди: гандум - навъхои Зафар ва Алекс - устуворй ба хушкй - мщдори о^ар ва сафеда.

I.A.Saboiev, G.F.Kasimova, A.Abdullaev, A.Ergashev, Kh.H.Karimov, M.Rahimov INFLUENCE OF A SOIL AND ATMOSPHERIC DROUGHT ON PRODUCTIVITY, CONTENTS OF STARCH AND PROTEIN IN GRAIN OF DIFFERENT SORTS OF WHEAT

Institute ofplant physiology and genetics, Academy of Sciences of the Republic of Tajikistan

The study productivity and biochemical parameters were describing a degree of stability of sorts wheat. The structural analysis spike of the ripened plants wheat of sorts Zafar and Alex depending on conditions of water supply shows, that at an optimum regimen of humidity in ground (control) and in conditions of drought soil (experience) the sort Zafar had appreciable advantage in comparison with a sort Alex. Is shown, that in conditions of a soil drought the contents of starch and protein in a grain decrease.

Key words: wheat - varieties Zafar and Alex - drought resistance - content starch and protein.