Способ оценки селекционного материала гороха посевного на интенсивность фотосинтеза листьев
METHOD OF ASSESSING SELECTION MATERIAL OF PEA BY LEAF PHOTOSYNTHESIS RATE

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к области растениеводства и селекции.
Одной из актуальных задач современного растениеводства является повышение урожайности сельскохозяйственных растений. Селекционная работа по созданию новых высокоурожайных сортов должна базироваться на глубоких знаниях внутренней физиолого-биохимической природы продукционного процесса (Николаева Е.К. Особенности первичных реакций фотосинтеза у высокопродуктивных сортов озимой пшеницы: автореф. дис … канд. биол. наук: 03.00.12. Николаева Елена Констатиновна. - Москва, 1983) [1]. Величина продуктивности, определяемая интенсивностью и длительностью интегрального процесса накопления сухого вещества, зависит от множества внешних и внутренних факторов и в первую очередь тесно связана с эффективностью фотосинтеза - важнейшего звена метаболизма зеленых растений (Ничипорович А.А. Энергетическая эффективность фотосинтеза и продуктивность растений / А.А. Ничипорович // Пущино: НЦ БИ АН СССР. - 1979. - 37 с.) [2].
Кроме того, фотосинтез является энергетической основой адаптации растений к неблагоприятным внешним условиям (Рахманкулова З.Ф. Соотношение фотосинтеза и дыхания как энергетическая основа адаптации растений к неблагоприятным внешним условиям: автореф. дис … док. биол. наук: 03.00.12 Рахманкулова Зульфира Фаузиевна. - Москва, 2002) [3].
2
Известен способ определения интенсивности фотосинтеза растений в культивационном сооружении и установка для его осуществления. Способ основан на оценке скорости снижения концентрации СО в сооружении при отключении его подачи, причем эта скорость зависит от интенсивности фотосинтеза и величины утечек через неконтролируемые выходы сооружения. Способ реализуется в установке для определения интенсивности фотосинтеза, снабженной установленным снаружи культивационного сооружения дополнительным измерителем концентрации углекислого газа, измерителем временных интервалов и задатчиком максимального и минимального значений концентрации (патент РФ №2030855, опубл. 20.03.1995) [4].
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
Известен способ определения параметров НО- и СО- газообмена листьев растений, согласно которому проводят одновременное и дифференцированное определение кинетических параметров НО- и СО-газообмена верхней и нижней сторон амфистоматических листьев (листьев, имеющих устьица на верхней и нижней сторонах) растений. С помощью известной газометрической установки измеряют в стационарном режиме скорости транспирации и ассимиляции СО верхней и нижней сторон листа при контролируемых концентрациях НО- пара и СО в воздухе над обеими сторонами листа. Затем над одной из сторон листа изменяют произвольно концентрацию НО-пара и СО, а изменившиеся при этом суммарные скорости транспирации и ассимиляции СО компенсируют до их исходных значений увеличением или уменьшением концентраций соответственно НО-пара и СО в воздухе над другой стороной листа. Измеряют вторые значения скоростей транспирации и ассимиляции СО верхней и нижней сторон листа и соответствующих концентраций НО-пара и СО в воздухе над обеими сторонами, а искомые кинетические параметры вычисляют по формулам (патент РФ №2012193, опубл. 15.05.1991) [5].
Недостатком известных способов является то, что они предназначены для использования в стационарных условиях и не приспособлены для оценки селекционного и коллекционного материала в полевых условиях.
Известен способ дистанционного определения функционального состояния фотосинтетического аппарата растений, заключающийся в том, что посылают лазерные импульсы излучения в темное время суток, возбуждая тем самым излучение флуоресценции хлорофилла, измеряют уровни флуоресценции F0 и Fm, и определяют максимальный квантовый выход первичного разделения зарядов в фотосистеме ФСII (патент РФ №2453829, Бюл. №17, опубл. 20.06.2012) [6].
Известен способ оценки фотосинтетической интенсивности растительных организмов, который включает измерение оптических показателей фотосинтезирующих тканей растений и плодов, путем фиксирования изменений интенсивности светорассеяния фотосинтезирующих тканей растений или плодов под действием квазимонохроматического излучения видимой области спектра (патент РФ №2352104, Бюл. №11, опубл. 20.04.2009) [7].
Недостатком известных способов является использование сложной и дорогостоящей аппаратуры.
Известен способ определения интенсивности фотосинтетического аппарата различных сортов растений, путем измерения показателей, отражающих физиологическое состояние хлоропластов (патент РФ №2098948, опубл. 20.12.1997) [8].
Недостатком данного способа является трудоемкая и длительная подготовка растений к анализу, что не позволяет оценить состояние растительного организма в момент отбора проб у большого количества коллекционных и селекционных образцов.
Задачей изобретения является определение интенсивности фотосинтеза листьев для оценки селекционного материала гороха посевного в полевых условиях с сохранением растений при снижении трудоемкости измерений.
Техническим результатом изобретения является сокращение затраченного времени и повышение точности по сравнению с известными способами.
Поставленная задача и указанный технический результат достигается за счет того, что в заявляемом способе оценки селекционного материала гороха посевного на интенсивность фотосинтеза листьев, включающем измерение интенсивности поглощения молекул углекислого газа на единицу поверхности листьев первого плодоносящего узла в фазу плодообразования, при этом измерения проводят с 9:00 до 11:00 часов дня с помощью переносного газоанализатора марки LI-6400 XT, который фиксирует и показывает значение интенсивности фотосинтеза на цифровом экране, при этом измерительную камеру прикрепляют к листу растения и в течение 1,5-2 минут ожидают стабилизации газообмена в измерительной камере.
Сущность предлагаемого решения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен график интенсивности фотосинтеза растений гороха посевного в зависимости от фазы развития, а на фиг. 2 представлен генотипический интервал варьирования интенсивности фотосинтеза растений гороха посевного в фазу плодообразования.
Экспериментально установлено, что современные высокопродуктивные генотипы гороха посевного обладают высокой интенсивностью фотосинтеза листьев на первом плодоносящем узле в фазу плодообразования (фиг. 1). В данную фазу растениям гороха характерна максимальная потребность в ассимилянтах для формирования семян, что позволяет оценить интенсивность фотосинтеза у генотипов и выделить перспективные из них для вовлечения в селекцию культуры на высокую интенсивность фотосинтеза (фиг. 2).
В измерения включали листья, расположенные на первом плодоносящем узле. Это связано с тем, что они являются физиологически наиболее зрелыми и вносят наибольший вклад в формирование урожайности растений (Бартков, Б.И. Распределение ассимилянтов в период плодоношения бобовых растений (о принципе дублирования в фотосистемах) / Б.И. Бартков, Е.Г. Зверева // Физиология и биохимия культурных растений. - 1974. - Т. 6. - Вып. 5. - С. 502-505) [9].
Ассимилянты образованные в данных листьях за счет фотосинтеза, используются растением в первую очередь для формирования плодов и семян (табл.).
Оптимальное время проведения измерения с 9:00 до 11:00 часов дня, так как в это время суток интенсивность фотосинтеза листьев достигает у растений максимального значения, и на нее не оказывает влияния повышение температур воздуха в полуденное время, а также обезвоживание и перегрев листа и растения.
Способ осуществляется следующим образом.
В полевых условиях на интактных растениях генотипов гороха посевного с помощью переносного газоанализатора оценивают интенсивность фотосинтеза. Измерения проводятся на листьях, расположенных на первом плодоносящем узле в фазу плодообразования с 9:00 до 11:00 часов. К листу растения прикрепляют измерительную камеру переносного газоанализатора (марки LI-6400 XT или аналога) (LI-6400 XT Portable Photosynthesis System, LI-COR: Biosciences, www.licor.com) [10]. В течении 1,5-2 минут ожидают стабилизации газообмена в измерительной камере. После чего фиксируют значение интенсивности фотосинтеза, которое отображается на цифровом экране компьютера прибора, нажатием кнопки.
Пример
2
2
2
2
2
2
Оценку селекционного материала проводят на современных перспективных линиях гороха посевного, когда растения достигли фазы развития плодообразования. В поле на интактных растениях в селекционном посеве измерения начинают в 9:00 по местному времени и продолжают до 11:00. На опытной делянке отмечают здоровые, типичные растения для оцениваемого сорта или линии гороха посевного, без видимых повреждений листьев, расположенных на первом плодоносящем узле. Прикрепляют к листу растения измерительную камеру переносного газоанализатора марки LI-6400 XT. В течение 1,5-2 минут ожидают стабилизации газообмена в измерительной камере. После чего фиксируют значение интенсивности фотосинтеза, которое отображается на цифровом экране компьютера прибора, нажатием кнопки. Открепляют измерительную камеру и переходят к измерению интенсивности фотосинтеза следующего растения. Последовательность действий повторяется. По результатам статистической обработки полученных экспериментальные данных оценки селекционного материала (сортов и линий) (фиг. 2) выделяют сорта и линии с высокой интенсивностью фотосинтеза листьев. В наших исследованиях перспективными для селекции гороха посевного оказались Рас 657/7 - 16,57 μмоль СО м/с, Орловчанин - 11,56 μмоль СО м/с и Лу Д-60 - 11,24 μмоль СО м/с.
Техническим результатом изобретения является то, что с высокой точностью и минимальными затратами времени можно проводить оценку интенсивности фотосинтеза гороха посевного в полевых условиях экспресс-методом с сохранением растений для последующей оценки по хозяйственно-полезным признакам: урожайности, качеству зерна, устойчивости к биотическим и абиотическим стрессорам; а благодаря широкому диапазону варьирования признака (фиг. 2) выделять высокоурожайные сорта и линии с высокой интенсивностью фотосинтеза растений для включения их в селекционный процесс культуры.