Тестирование in vitro яровой мягкой пшеницы на засухоустойчивость

УДК 633.11:632.11:581.143.6 В.М. Россеев,

И.А. Белан, Л.П. Россеева

ТЕСТИРОВАНИЕ IN VITRO ЯРОВОЙ МЯГКОЙ ПШЕНИЦЫ НА ЗАСУХОУСТОЙЧИВОСТЬ

Ключевые слова: яровая мягкая пшеница, тестирование, in vitro, неблагоприятные факторы, засухоустойчивость, сорт, развитие.

Введение

Проведение исследований по оценке селекционного материала на устойчивость к неблагоприятным факторам среды является одним из условий повышения эффективности селекционного процесса при создании сортов, сочетающих высокую хозяйственную продуктивность с повышенной устойчивостью.

Для злаковых культур обычно характерна относительно высокая устойчивость к неблагоприятным абиотическим факторам среды, в частности к засухе [1, 2]. Однако при отсутствии необходимой оценки селекционного материала засухоустойчивость новых сортов может оказаться недостаточной, поэтому оценка по данному показателю исходного материала и новых форм является необходимым условием эффективной селекции. При этом важным звеном селекционного процесса должно быть тестирование растений в лабораторных условиях. Ранее была показана возможность использования метода in vitro для тестирования селекционного материала на устойчивость к неблагоприятным абиотическим факторам среды. Было выявлено наличие связи между реакциями клеточных систем на каллусогенной среде in vitro и засухоустойчивостью растений [3, 4]. Однако используемая при этом методика, в которой показателями устойчивости являются доля каллусных культур

с высокой морфогенной (регенерацион-ной) способностью и доля культур с побегами, не всегда позволяет достаточно точно оценить изучаемые сорта, так как при учете результатов у некоторых форм трудно визуально выявить каллусные культуры с высокой морфогенной способностью, вследствие чего возможны ошибки при оценке. Кроме того, в исследованиях, проведенных ранее, не было установлено количественное выражение связи устойчивости со скоростью развития.

Объекты и методы

Объектом исследований служили сорта яровой мягкой пшеницы. Для оценки устойчивости селекционного материала к неблагоприятным абиотическим факторам, в частности к засухе, была использована модифицированная методика тестирования пшеницы in vitro. В качестве эксплантов использовали зародыши зрелых семян. Семена стерилизовали по 20 мин. сначала в 70%-ном этиловом спирте, затем в 0,1%-ном растворе сулемы. Про-стерилизованные семена промывали 6-кратно по 10 мин. стерильной водой. Затем выдерживали их в стерильной воде еще 3 ч. После этого осуществлялась посадка эксплантов. Перед вычленением зародыша нижнюю его часть, где расположен зародышевый корешок, отрезали и удаляли. Верхние части зародышей, содержащие апикальную меристему, сажали на агаризованную питательную среду перпендикулярно к поверхности среды срезом вниз. Экспланты культивировали на среде В5м. В качестве базовой служи-

ла среда Гамборга В5 [5]. В среде В5м содержание CuSO45H2O увеличено и составляет 0,25 мг/л. Концентрация 2,4-Дихлорфеноксиуксусной кислоты (2,4-Д) в среде изменялась в зависимости от варианта опыта. Экспланты культивировали в пробирках, содержащих по 25 мл питательной среды, закрытых ватно-марлевыми пробками, в течение 80-90 сут. в 16-часовом фотопериоде при температуре 24±1°С. Показателем устойчивости оцениваемых форм к неблагоприятным абиотическим факторам служило проявление побегообразования у культивируемых эксплантов. Индексы устойчивости (ir) рассчитывались по следующей формуле:

ir = [п, / (П,+П2)]"100, где n, — число эксплантов, у которых проявляется побегообразование;

n2 — число эксплантов, у которых индуцируется каллусогенез, а побегообразование подавляется.

Для определения значения жесткости среды (Р), необходимой для тестирования, использовали построенные по опытным данным графики зависимости проявления побегообразования у сортов-стандартов от концентрации в среде 2,4-Д. Устанавливался такой режим тестирования, при котором у сортов с повышенной засухоустойчивостью 50 < ir < 75. При тестировании сортов в соответствующем режиме градация их по устойчивости следующая: 0 < ir < 25 — засухоустойчивость низкая; 25 < ir < 50 — средняя; 50 < ir < 75 — повышенная; 75 < ir < 100 — высокая.

Результаты и их обсуждение

При тестировании in vitro сортов-стандартов с известной засухоустойчивостью было выявлено следующее: чтобы получить результаты, отражающие устойчивость развивающихся растений при оценке их in vitro на среде, которая ограничивает или подавляет процесс развития, для форм, отличающихся по темпу развития, необходимы разные по жесткости режимы тестирования. Эти различия, по-видимому, обусловлены эффектом скорости развития. Как известно, в процессе

развития происходит перестройка биологической системы, переход из одного состояния в другое. При осуществлении перестройки устойчивость системы изменяется [6]. Следовательно, чтобы при тестировании в данных условиях выявить устойчивость развивающихся форм, оценка должна проводиться с учетом связи устойчивости с процессом развития.

Анализ данных, представленных в таблице 1, показывает, что если проводится сравнительная оценка сортов одного и того же вида, но разных по темпу развития, то при тестировании их в соответствующих режимах значения Р/v2 отличаются незначительно, т.е. в пределах вида Р/v2 = К,

где К — константа вида, равная в данных условиях 23;

Р — жесткость среды; v — средняя скорость развития; v= s/t,

где s — число этапов органогенеза в периоде всходы — цветение, т.е. s = 9 [7];

t — продолжительность периода всходы — цветение, сут.

Данный период берется потому, что у злаковых культур в конце девятого этапа органогенеза, когда осуществляется зиго-тогенез, развитие материнского организма практически завершается.

Поскольку согласно опытным данным Р/v2 = К, то Р = Kv2, т.е. чтобы при оценке сортов in vitro получить сопоставимые результаты, отражающие устойчивость форм в процессе развития, режимы тестирования для них по жесткости должны быть пропорциональны квадратам скоростей развития. Связь, выраженная формулой Р = Kv2, объясняется тем, что в зависимости от темпа развития устойчивость форм изменяется обратно пропорционально квадрату скорости развития [8].

Таким образом, полученные результаты показывают, что сравнительная оценка сортов in vitro на устойчивость к неблагоприятным абиотическим факторам, в частности к засухе, должна проводиться с учетом связи устойчивости со скоростью развития.

Режимы тестирования т vitro яровой мягкой пшеницы

Таблица 1

Темп развития v, сут.-1 v2, сут.-2 P Р/v2

Ускоренный 0,20 0,040 0,90 22,5

Средний 0,18 0,032 0,75 23,4

Замедленный 0,16 0,026 0,60 23,1

Вестник Алтайского государственного аграрного университета № 2 (76), 2011

33

Таблица 2

Результаты оценки засухоустойчивости сортов яровой мягкой пшеницы in vitro

и в полевых условиях

Сорт Индекс устойчивости по оценке in vitro (ir) Полевая засухоустойчивость, балл Урожайность, т/га

Ноэ 30 2,5 1,23

Смена 42 3,0 1,42

Иртышанка 10 46 3,0 1,49

Боевчанка 48 3,5 2,42

Памяти Азиева 53 4,0 2,92

Омская 36 56 4,0 3,20

НСР05 4 0,33

Примечание. Изучение сортов в полевых условиях проводилось на опытных полях ГНУ СибНИИСХ.

Для апробации разработанной методики проведено сравнительное изучение сортов in vitro и в полевых условиях. Результаты, представленные в таблице 2, показывают, что индексы устойчивости сортов, определенные путем тестирования in vitro, отражают их засухоустойчивость в полевых условиях.

Так, у сортов Памяти Азиева и Омская 36, которые характеризуются повышенной засухоустойчивостью, индексы устойчивости значительно выше, чем у менее засухоустойчивых форм (Ноэ, Смена, Ирты-шанка 10 и Боевчанка). Анализ полученных данных показывает наличие существенной связи между индексами устойчивости (ir) оцениваемых сортов и их урожайностью при засухе. Коэффициент корреляции составил 0,87 (связь существенна при Р = 0,95).

Путем тестирования селекционного материала in vitro выявлены образцы, которые характеризуются как формы с повышенной засухоустойчивостью. Рекомендации по результатам тестирования in vitro учитывались при передаче новых сортов на Государственное сортоиспытание, в частности, среднеранних сортов Омская 36 и Омская краса, среднеспелого — Омская 38, среднепоздних — Омская 35, Омская 39, Памяти Майстренко и Урало-сибирская.

Заключение

Полученные результаты дают основание утверждать, что тестирование in vitro по разработанной методике позволяет проводить лабораторную оценку селекционного материала на устойчивость к неблагоприятным абиотическим факторам среды, в частности к засухе. Сравнительное изучение сортов яровой мягкой пшеницы показало, что индексы устойчивости форм, определенные путем тестирования

in vitro, отражают их засухоустойчивость в полевых условиях.

Разработанная методика может быть использована в исследованиях по физиологии растений, а также в селекции при создании сортов с повышенной засухоустойчивостью.

Библиографический список

1. Серебрякова Т.Н. Морфогенез побегов и эволюция жизненных форм злаков / Т.Н. Серебрякова. — М.: Наука, 1971. - 360 с.

2. Тахтаджян А.Л. Система и филогения цветковых растений / А.Л. Тахтаджян. — М.; Л.: Наука, 1966. - 611 с.

3. Способ оценки растений in vitro к абиотическим факторам внешней среды: Пат. 2146865. Россия, А01Н4/00, А01Н1/04 / Россеев В.М.; Сиб. НПО «Колос». — № 92002021/13; Заявл. 26.10.92; Опубл. 27.03.00; Бюл. № 9.

4. Россеев В.М. Реакции клеточных систем зерновых культур in vitro и биотестирование селекционного материала на устойчивость к неблагоприятным абиотическим факторам среды: автореф. канд. дис. / В.М. Россеев. - Омск, 2001. - 16 с.

5. Gamborg O.L. Culture methods and detection of gluconases in cultures of wheat and barley / O.L. Gamborg, D.E. Eveleigh // Can. J. Biochem. — 1968. — V. 46. — № 5. — P. 417-421.

6. Веселова Т.В. Стресс у растений (биофизический подход) / Т.В. Веселова, В.А. Веселовский, Д.С. Чернавский. — М.: Изд-во Моск. ун-та, 1993. — 144 с.

7. Куперман Ф.М. Морфофизиология растений / Ф.М. Куперман. — М.: Высшая школа, 1977. — 288 с.

8. Россеев В.М. Тестирование in vitro разных форм яровой мягкой пшеницы / В.М. Россеев // Доклады Россельхозака-демии. — 2007. — № 5. — С. 3-4.