METHOD FOR DETERMINING DROUGHT DENSITY OF VARIETIES OF PLANTS
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЗАСУХОУСТОЙЧИВОСТИ СОРТОВ РАСТЕНИЙ

Предлагаемое изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано как в лабораторных, так и в полевых условиях, в селекционной работе по выведению сортов растений для аридных зон России, подверженных засухе, на различных фазах развития - от проростков (для экспресс-анализа) до взрослых сформировавшихся растений. Нужно отметить, что в большинстве методов определения засухоустойчивости наряду с испытуемыми сортами должны присутствовать и проверенные, известные сорта, свойства которых служат опорными показателями. Это связано с изменчивыми условиями испытаний, такими как погода, освещенность, влажность, температура и т.д.
Известно, что устойчивость растений к неблагоприятным факторам часто имеет генерализованный характер, например, засухоустойчивость коррелирует с солеустойчивостью. Повреждающее влияние этанола на проростки зерновых позволяет разделять сорта по степени засухоустойчивости [2]. Существуют и прямые способы оценки влагоудерживающей способности листьев растений с помощью высушивания или помещения их в гипертонический раствор, который забирает влагу из листьев за счет осмоса [4]. Критерием является способность переносить обезвоживание, т.е. выносливость плазмы к высушиванию при действии экстремальных факторов. Повреждение в этом случае сказывается прежде всего на проницаемости мембран протоплазмы. Проницаемость можно определить по выходу электролитов в гипертонический раствор. Известен способ определения сравнительной засухоустойчивости растений, при котором запас влаги в листьях условно разделяют на свободную и связанную доли [1]. При этом засухоустойчивость относят к наличию связанной влаги. Вырезки из листьев помещают в 1,5 М раствор сахарозы на 2 часа, затем с помощью рефрактометра определяют концентрацию раствора сахарозы, изменившуюся за счет поступления свободной влаги в раствор. Общее содержание влаги находят высушиванием листьев при повышенной температуре. Долю связанной влаги определяют как разницу между общим содержанием влаги в листьях и свободной влагой, удаляемой путем экстракции. Показателем засухоустойчивости служит отношение связанной влаги к общему влагозапасу. Фактически непрерывный процесс экстракции обрывается по истечении 2-х часов. Процесс трудоемок, кроме того, вырезка из листьев открывает дополнительные пути экстракции через поврежденные края вырезок. Известен способ определения засухоустойчивости растений [5], который можно принять за прототип. По этому способу вырезки из листьев выдерживают в гипертоническом растворе в течение 4-18 часов, после чего определяют электросопротивление раствора. Электросопротивление уменьшается тем значительнее, чем хуже водоудерживающая способность растения. Затем раствор прогревают до гибели ткани листьев и вновь определяют электросопротивление раствора. При прогреве клеточное строение образцов разрушается и электролиты из растения в массе своей переходят в раствор. Критерием засухоустойчивости служит процентное соотношение между электропроводностью раствора до прогрева к электропроводности после прогрева (с учетом поправки на электопроводность сахарозы). Чем меньше процентное отношение, тем выше засухоустойчивость данного сорта. Недостатком способа является неопределенность времени выдержки листьев в гипертоническом растворе, которое доходит до 18 часов. Судя по значительной величине отношения сопротивлений до и после прогрева (24÷50,8%), за такое время происходит деструкция ткани листьев и необратимые изменения метаболизма уже до процедуры прогрева. Можно предположить, что в опытах использовалась недостаточно чувствительная аппаратура и требовался длительный процесс экстракции для получения расчетных величин. По нашим наблюдениям, у зерновых культур скорость экстракции очень невелика и не превышает 20 мкСм/см за час. Известный метод не регистрирует начальных значений сопротивления, связанных с качеством закладки исследуемого материала, и не отражает реакцию растения на возникновение стрессовой ситуации.
х
х
Целью предлагаемого изобретения является получение данных о начальном периоде экстракции, повышение точности измерений и сокращение времени на выполнение анализов. Способ основан на определении скорости увеличения электропроводности экстрагирующего раствора по ходу анализа. В предлагаемом способе электропроводность испытуемых растворов определяют путем сравнения с электропроводностью калибровочного раствора. Это позволяет не учитывать влияние температуры. Температурная зависимость испытуемых растворов компенсируется такой же температурной зависимостью калибровочного раствора. Для измерения растворы наливают в вертикально расположенную кювету, в которой находятся токовые электроды А и В и измерительные m и n. Измерительное устройство составлено из генератора, усилителя, синхронного детектора и магазина сопротивлений. Измерение электропроводности возможно на любых приборах, для этого предназначенных. Перед началом опыта в кювету наливают 0,001 молярный калибровочный раствор KCl, имеющий электропроводность 147,6 мкСм/см при 25°С. Записывают показания прибора. Затем определяют электропроводность 1 М раствора сахарозы, сравнивая показания прибора с результатом калибровки. Таким же образом определяют электропроводность экстрагирующих растворов. Подготовку листьев зерновых растений проводят, сберегая листья от загрязнений и повреждений эпидермы. Листья исследуемых сортов срезают, моют в дистиллированной воде, подсушивают на воздухе. 1 г листьев каждого сорта сгибают пополам и с помощью двурогой пластмассовой вилочки вводят в пробирки. Туда же наливают по 10 мл 1 М раствора сахарозы и закрывают пробками. Для проверки чистоты заложенного материала поочередно из каждой пробирки с номером «х» отливают по 5 мл раствора в измерительную кювету, измеряют электропроводность Е. В начале опыта Е не должна существенно отличаться от электропроводности раствора сахарозы, что свидетельствует о чистоте заложенного растительного материала.
В процессе экстракции периодически определяют электропроводность растворов в пробирках. Практика показывает, что достаточно проводить измерения через час для каждого сорта. Одно измерение занимает 3 минуты, и в течение часа можно обработать до 20 образцов различных сортов. Опыт длится до получения отчетливых различий по электропроводности в диапазоне 15-70 мкСм/см между исследуемыми сортами. Обычно для этого достаточно 5 часов. Из полученных результатов вычитают электропроводность раствора сахарозы и строят графики зависимости электропроводности испытуемых растворов от времени. Начальная часть графика иллюстрирует чистоту заложенного материала, среднюю часть используют для оценки скорости изменения электропроводности в мкСм/см⋅час, величина которой обратно пропорциональна засухоустойчивости данного сорта. По сравнению с прототипом в предлагаемом способе отпадает необходимость прогревать образцы для полного разрушения клеточной структуры. Повышается точность измерений, прослеживается динамика выхода электролитов из растений. Можно оценить чистоту проведения эксперимента. По предлагаемому способу были испытаны 4 селекционных сорта ячменя: «Шторм», «Жаворонок», «Эспада» и «Паттерн». Для усреднения флаговые листья в фазе полного колошения срезались с пяти растений каждого сорта. Они помещались в пробирки с 1-молярным раствором сахарозы и в процессе выдержки периодически определялась электропроводность экстрагирующих растворов. Результаты приведены в табл. 1. На фиг. 1 показаны графики изменения электропроводности для указанных сортов.
Отмечено, что в ходе экстракции скорость выхода электролитов постепенно увеличивается у всех сортов. Для количественного определения скорости выбрали время от 2 до 4-х часов. Наименьшую скорость экстракции показал сорт «Жаворонок», как наиболее засухоустойчивый, наибольшую скорость - «Паттерн» - наихудший сорт по засухоустойчивости. Сорта ячменя располагаются в таблице сверху вниз по уменьшению засухоустойчивости. На фиг. 2 и в табл. 2 приведены результаты испытаний 3-х селекционных сортов пшеницы.
Наиболее хорошие результаты показал сорт «Линия 18741».
Дополнительные опыты показывают, что у 12-дневных проростков растений наблюдается такое же различие между сортами, как и у взрослых растений. Это позволяет проводить экспресс-анализ засухоустойчивости, не дожидаясь полного развития растений.
Источники информации
1. Кожушко Н.Н. Оценка засухоустойчивости полевых культур // Сб. Диагностика устойчивости растений к стрессовым воздействиям (Методическое руководство). Л. ВНИИ растениеводства - 1988. С. 17, 19, 20.
2. Маймистов В.В. Способ оценки засухоустойчивости пшеницы // Патент России №1833132(51) М. Кл. А01Н 1/04. Бюллетень изобретений, 1993 г., №29, с. 97.
3. Максимов Н.А., Сойкина Г.С. О влиянии засухи на проницаемость протоплазмы растительных клеток // Ученые записки Саратовского университета. 1940. Т. 15. Вып. 1. С. 229-248.
4. Удовенко Г.В. (под ред.) Методы оценки устойчивости растений к неблагоприятным условиям среды // Л. 1976. С. 318.
5. Федулов Ю.П., Чуваева А.Д., Маймистов В.В. Способ определения засухоустойчивости растений // Авторское свидетельство на изобретение СССР №719559 М. Кл. A01G 7/00. Бюллетень изобретений, 1980 г., №9.