УДК 575.1;575.2;631
Способ ускоренного
размножения селекционных образцов зерновых культур
1Бекузарова С.А., 2Боме
Н.А., 3Вайсфельд Л.И., 4Цомартова Ф.Т., 4Лущенко
Г.В.
1ФГУ ВПО Горский
государственный аграрный университет, Владикавказ, РСО-Алания;
2ГОУ ВПО Тюменский
государственный университет, Тюмень;
3Учреждение Российской
академии наук Институт биохимической физики им.
Н.М. Эмануэля РАН,
Москва;
4Северо-Кавказский
научно-исследовательский институт горного и предгорного сельского хозяйства,
село Михайловское РСО-Алания
Введение
В процессе селекции постоянно приходится оценивать материал. Оценка селекционных образцов и сортов сельскохозяйственных культур довольно сложна и трудоемка, поскольку одновременно приходится изучать большое число растений (гибридов или линий) при ограниченном количестве семян, особенно на начальном этапе селекции. У зерновых культур отбирают соцветия со зрелыми семенами от каждого растения, высевая их по-отдельности для дальнейшей оценки. Для ускоренного изучения селекционного материала необходимо получать в кратчайшие сроки достаточное количество семян. С этой целью в данной работе проводили посев соцветий без обмолота от отобранных растений злаковых культур.
Метод посева
колосьями предварительно был опробован в течение двух лет в Тюменском опорном
пункте ВНИИ растениеводства им. Н.И. Вавилова более чем на 100 образцах озимой
пшеницы из мировой коллекции. Продуктивность озимых форм
зерновых культур находится в зависимости от ряда биотических (патогенные
микроорганизмы) и абиотических (температура, количество осадков и др.)
факторов. Получены
положительные результаты по показателям зимостойкости, устойчивости растений к
поражению снежной плесенью, основным возбудителем которой
является Microdochium nivale (Fr.) Samuels and I.C. Hallett (= Fusarium nivale Ces. ex Berl. and Voglino).
В качестве
регулятора роста и развития мы остановили свое внимание на пара-аминобензойной
кислоте (ПАБК), которая была открыта И.А. Рапопортом как модификатор еще в 40-е
годы 20-го века. На примере развития модельного объекта – дрозофиле он показал,
что ПАБК вызывает положительные изменения в развитии организма
ненаследственного характера (т.е. не является мутагеном) [1]. Рапопорт [2]
предложил схему отношений между генотипом, ферментами и фенотипом: «гены
→ гетерокатализ их (субстрат: молекулы РНК) → иРНК → иРНК
катализ (субстрат аминокислоты) → ферменты → их катализ
(разнообразные субстраты) → фенотип». Им и его сотрудниками показано, что
ПАБК активирует действие ферментов и их катализ [2]. В серии работ,
осуществленных под руководством Рапопорта и опубликованных в 1989 году [3],
было показано на разных сельскохозяйственных культурах в модельных и
производственных опытах, что ПАБК положительно влияет на всхожесть семян, устойчивость
растений к неблагоприятным факторам среды, морозостойкость у озимых, улучшает
адаптивные свойства растений, повышает устойчивость к ряду фитопатогенов,
положительно влияет на комплекс признаков, определяющих урожайность.
Работы по
применению ПАБК в сельском хозяйстве продолжаются и углубляются. Опыты,
проведенные в РСО-Алания [4], показали, что добавление ПАБК перед посевом в
смесь с гуматом калия и ирлитами стимулирует всхожесть семян гороха и медоносного
растения свербига восточная в большей степени, чем каждое составляющее по-отдельности.
При предпосадочной обработке ростков клубней картофеля ПАБК
растворяли в этиловом спирте и вносили в талую снежную воду. Этот метод
приводил к повышению урожая картофеля и снижению заболевания фузариозом [5].
В совместных
исследованиях Института биохимической физики и Северо-Кавказского НИИ горного и
предгорного сельского хозяйства показано, что обработка ПАБК, клубней картофеля
[6], семян и рассады овощных культур приводит к повышению урожаев [7].
В условиях
северной лесостепи Тюменской области, где наряду с плодородными почвами
встречаются засоленные, совместное воздействие солевых растворов и ПАБК
(0,01%-ный раствор) на семена трех сортов ячменя с низкой устойчивостью к
засолению существенно повышало солеустойчивость проростков независимо от
концентрации NaCl [8]. Получены положительные результаты при опрыскивании
соцветий материнских растений ячменя растворами ПАБК при проведении
скрещиваний. В ряде гибридных комбинаций отмечалось превышение над контролем по
длине и ширине флагового листа, числу листьев на растении, высоте растения [9].
Опрыскивание растворами ПАБК соцветий четырех образцов амаранта повышало семенную
продуктивность, наиболее эффективной была концентрация 0,02% [9].
В настоящей
работе исследовали влияние ПАБК на всхожесть, энергию прорастания семян и
зимостойкость злаковых культур – колосьев озимых зерновых и метелок видов проса.
В отличие от большинства упомянутых работ, где ПАБК растворяли в горячей воде
по методике, разработанной Рапопортом и его сотрудниками [3], в настоящей
работе ПАБК растворяли в уксусной кислоте. Смесь ПАБК и уксусной кислоты
создает кислую среду и позволяет предотвратить ряд грибных заболеваний с
одновременным сохранением генотипа размножаемых образцов.
Ниже
представлены результаты опытов, проведенных на экспериментальной базе
Северо-Кавказского научно-исследовательского института горного и предгорного
сельского хозяйства, где в качестве предшественника служили посевы многолетних
бобовых трав.
Материал и методика
Материалом
служили культуры, наиболее широко применяемые в производстве и селекции.
Испытывали культуры урожая 2009 года: озимая пшеница — сорта
Айвина, Васса, Батько, Дон 107, Коллега, Калым, озимый ячмень - сорт Бастион,
предназначенные для Северо-Кавказского региона, и интродуцированные в Северную
Осетию селекционные образцы видов проса: пайза (Echinochloa frumentacea), могар (Setaria italica Panicumitalicum), чумиза
(Setaria italica) урожая 2010 года.
ПАБК
представляет собой мелкокристаллический порошок, легко и полностью растворяется
в 3%-ной уксусной кислоте без нагревания. Одну чайную ложку сухого порошка ПАБК
(10 г) растворяли в небольшом объеме (20-25 мл) 3%-ной уксусной кислоты.
Полученную смесь растворяли в 1 литре водопроводной воды комнатной температуры.
Получаем концентрацию ПАБК 0,1%. Для получения концентрации 0,2% растворяем 20
г сухого порошка.
Не обмолоченные соцветия злаковых культур – колосья зерновых
и метелки видов проса со зрелыми семенами – по 10 экземпляров каждого образца
замачивали в растворах ПАБК (0,1 или 0,2%) при экспозиции 2—2,5 или 3—4 часа. После чего соцветия высаживали
в открытый грунт. Соблюдали расстояние между обработанными образцами 20-25 см.
Контролем служили необработанные соцветия, замоченные в воде в течение 3-4
часов (контроль I). В контроле II ПАБК, растворяли в
горячей воде, соцветия замачивали в течение 2—2,5
часов.
Параллельно в чашках Петри проращивали обмолоченные семена
при растворении ПАБК в горячей воде (контроль I) и в уксусной кислоте
(контроль II) в тех же концентрациях. По контролю II
представлены средние данные при концентрациях ПАБК 0,1% и 0,2%, поскольку их
различия были незначительны.
Результаты
Концентрация
раствора ПАБК 0,1% или 0,2% в уксусной кислоте была достаточной для
проникновения вещества в зародыш при обработке соцветий злаков. Высокие
концентрации (0,9—1,1 мг/л) ингибируют рост и развитие растений [10].
В чашках
Петри проращивали семена из обмолоченных соцветий. Всходы семян, замоченных в
растворе ПАБК, растворенной в уксусной кислоте, появлялись на 3-4 дня раньше,
чем в обоих контрольных вариантах. На проростках
из обмолоченных семян при проращивании в водном растворе ПАБК развивалась
плесневая микрофлора. При растворении ПАБК в уксусной кислоте проростки
длительно сохранялись, продолжали расти.
Всхожесть
семян соцветий (таблица 1) при замачивании в ПАБК, растворенной в уксусной
кислоте, значительно превышала всхожесть в контрольных вариантах. Эффективность
обработки растворами ПАБК была связана с ее длительностью и концентрацией
растворов. Та же тенденция наблюдалась и при оценке энергии прорастания семян
всех пяти исследуемых культур.
Таблица 1. Всхожесть семян озимых злаков и видов проса при разных способах
обработки соцветий злаковых культур пара-аминобензойной кислотой
|
Вариант
опыта |
Озимая пшени-ца |
Ози-мый ячмень |
Пайза |
Могар |
Чумиза |
||||||
|
% |
+ |
% |
+ |
% |
+ |
% |
+ |
% |
+ |
||
|
Контроль
I без обработки: замачи-вание соцветий в воде 3-4 часа |
62 |
0 |
75 |
0 |
67 |
0 |
72 |
0 |
68 |
0 |
|
|
Контроль
II: замачивание соцветий в ПАБК (0,1-0,2%), растворенной в
горячей воде, 2-2,5 часа |
74 |
12 |
84 |
9 |
76 |
9 |
82 |
10 |
72 |
4 |
|
|
Замачивание
соцветий в ПАБК (0,1%), растворенной в уксусной кислоте, 2-2,5 часа |
82 |
20 |
93 |
18 |
87 |
20 |
92 |
20 |
84 |
16 |
|
|
Замачивание
соцветий в ПАБК (0,2%), растворенной в уксусной кислоте, 2-2,5 часа |
86 |
24 |
95 |
20 |
92 |
25 |
92 |
20 |
87 |
19 |
|
|
Замачивание
соцветий в ПАБК (0,2%), растворенной уксусной кислоте, 3-4 часа |
96 |
34 |
98 |
23 |
95 |
28 |
95 |
23 |
92 |
24 |
|
|
Замачивание
соцветий в ПАБК (0,2%), растворенной в уксусной кислоте, 5-6 часов |
82 |
20 |
86 |
11 |
90 |
23 |
90 |
18 |
86 |
18 |
|
|
НСР05 |
4,5 |
|
2,4 |
|
2,8 |
|
2,1 |
|
2,2 |
4,5 |
|
Определяли
также энергию прорастания семян в соцветиях при данных способах их обработки
(таблица 2).
Таблица 2. Энергия прорастания семян при разных способах обработки соцветий
злаковых культур пара-аминобензойной кислотой
|
Вариант опыта |
Озимая пшеница |
Озимый ячмень |
Пайза |
Могар |
Чумиза |
||||||
|
% |
+ |
% |
+ |
% |
+ |
% |
+ |
% |
+ |
||
|
Контроль
I без обра-ботки: замачивание в воде 3-4 часа |
53,5 |
0 |
68,1 |
0 |
52,5 |
0 |
60,4 |
0 |
54,2 |
0 |
|
|
Контроль
II: замачива-ние соцветий в ПАБК (0,1-0,2%), растворен-ной в
горячей воде, 2-2,5 часа |
65,4 |
11,9 |
73,3 |
5,2 |
61,8 |
9,3 |
72,8 |
12,4 |
62,6 |
8,4 |
|
|
Замачивание
соцветий в ПАБК (0,1%), раство-ренной в уксусной кислоте, 2-2,5 часа |
72,0 |
55,4 |
81,2 |
13,1 |
75,3 |
22,8 |
81,2 |
21,8 |
72,8 |
18,6 |
|
|
Замачивание
соцветий в ПАБК (0,2%), раство-ренной в уксусной кислоте, 2-2,5 часа |
80,0 |
26,5 |
84,3 |
16,2 |
78,9 |
26,4 |
86,5 |
26,1 |
76,1 |
21,9 |
|
|
Замачивание
соцветий в ПАБК (0,2%), раство-ренной в уксусной кислоте, 3-4 часа |
85,6 |
32,1 |
89,4 |
21,3 |
82,6 |
30,1 |
89,3 |
28,9 |
79,4 |
25,2 |
|
|
Замачивание
соцветий в ПАБК (0,2%), раство-ренной в уксусной кислоте, 5-6 часов |
78,2 |
24,7 |
79,5 |
11,4 |
78,4 |
25,9 |
84,4 |
24,0 |
75,0 |
20,8 |
|
|
НСР05 |
|
3,4 |
|
2,1 |
|
2,6 |
|
2,9 |
|
2,5 |
|
Определяли
также зимостойкость озимых культур – пшеницы и ячменя в вариантах с
замачиванием колосьев ПАБК, растворенной в уксусной кислоте (таблица 3)
Таблица 3. Зимостойкость (% выживших растений) озимых культур при разных способах
обработки колосьев пара-аминобензойной кислотой
|
Вариант
опыта |
Озимая пшеница |
Озимый ячмень |
|||
|
% |
+ |
% |
+ |
||
|
Контроль
I без обработки: замачивание в воде 3-4 часа |
78 |
0 |
84 |
0 |
|
|
Контроль
II: замачивание колосьев в ПАБК (0,1-0,2%), растворенной в
горячей воде, 2-2,5 часа |
82 |
4 |
88 |
4 |
|
|
Замачивание
колосьев в ПАБК (0,1%), растворенной в уксусной кислоте, 2-2,5 часа |
86 |
8 |
95 |
11 |
|
|
Замачивание
колосьев в ПАБК (0,2%), растворенной в уксусной кислоте, 2-2,5 часа |
90 |
12 |
97 |
13 |
|
|
Замачивание
колосьев в ПАБК (0,2%), растворенной уксусной кислоте, 3-4 часа |
98 |
20 |
98 |
14 |
|
|
Замачивание
колосьев и метелок в ПАБК (0,2%), растворенной в уксусной кислоте, 5-6 часов |
88 |
10 |
92 |
8 |
|
|
НСР05 |
|
3,1 |
|
0,8 |
|
Обсуждение
Отмечены
более высокие показатели всхожести, энергии прорастания семян в вариантах с
обработкой ПАБК, растворенной в уксусной кислоте, по сравнению с контрольными
вариантами - без обработки ПАБК (контроль I) и при растворении ПАБК
в горячей воде (контроль II) (см. таблицы 1 и 2) и
зимостойкости озимых культур – озимой пшеницы и ячменя в аналогичных вариантах
(см. таблицу 3). Всхожесть семян имеет тенденцию снижаться при замачивании в
ПАБК, растворенной в уксусной кислоте, наиболее длительное время – 5-6 часов по
сравнению с аналогичной обработкой в течение 3-4 часов (см. таблицу 1).
Возможно, имеет место торможение роста проростков [10]. Наибольший эффект
достигался при замачивании в ПАБК (0,2%) в течение 3-4 часов (см. таблицу 1).
Имеется определенная тенденция к повышению всех показателей в среднем по всем
пяти культурам (таблица 4). Однако энергия прорастания была хотя и не намного,
но всё же выше, чем в контроле II.
Таблица 4. Средние величины
всхожести и энергии прорастания семян и зимостойкости при разных способах
обработки колосьев озимых культур и метелок видов просо пара-аминобензойной кислотой
|
Вариант
опыта |
Всхожесть, % |
Энергия прорастания, % |
Зимостой-кость озимых
культур, % |
|||||
|
% |
+ |
% |
+ |
% |
+ |
|||
|
Контроль I
без обработки: замачивание соцветий в воде 3-4 часа |
68,8 |
0 |
46,0 |
0 |
81,0 |
0 |
||
|
Контроль II:
замачивание соцветий в ПАБК (0,1-0,2%), растворенной в горячей воде, 2-2,5
часа |
77,6 |
8,8 |
67,2 |
21,2 |
85,0 |
4,0 |
||
|
Замачивание соцветий в
ПАБК (0,1%), растворенной в уксусной кислоте, 2-2,5 часа |
87,6 |
18,8 |
68,5 |
22,5 |
90,5 |
9,5 |
||
|
Замачивание соцветий в
ПАБК (0,2%), растворенной в уксусной кислоте, 2-2,5 часа |
90,4 |
21,6 |
66,8 |
22,8 |
97,5 |
16,5 |
||
|
Замачивание соцветий в
ПАБК (0,2%), растворенной в уксусной кислоте, 3-4 часа |
95,2 |
26,4 |
85,3 |
39,3 |
98,0 |
17,0 |
||
|
Замачивание соцветий в
ПАБК (0,2%), растворенной в уксусной кислоте, 5-6 часов |
86,8 |
18,0 |
79,1 |
33,1 |
90,0 |
9,0 |
||
|
НСР05 |
|
2,4 |
|
1,9 |
|
2,6 |
||
Данная работа выполнена в связи с необходимостью ускоренного создания новых сортов, устойчивых к экологически разнообразным горным условиям и условиям предгорья степной зоны, одновременно отзывчивых на подкормку. Работа важна с экономической точки зрения. Посев соцветий без обмолота значительно упрощает работу селекционера как в научном плане, так и в организационном: упрощаются методы отбора, ускоряется размножение лучших растений для селекции и формирования новых сортов, уменьшаются трудозатраты. Обычно при неблагоприятных условиях выращивания, при интродукции растений, при высоких дозах мутагена или при отдаленной гибридизации культурных растений с дикими видами понижаются озерненность соцветий, всхожесть семян, жизнеспособность растений. При посеве соцветий – колосьев или метелок со зрелым зерном появляется возможность выделять наиболее перспективные семьи по числу проросших семян в них. От каждого отдельного соцветия можно собирать больше семян для получения потомства, сокращаются сроки оценки материала и сроки размножения ценных образцов. Метод особенно касается свежеубранного материала, когда при подготовке к посеву озимых культур в год сбора урожая недостаточно времени для обмолота колосьев и подработки зерна. Такое нередко случается в тех районах, где короткий вегетационный период, например, в Тюменской области.
Выводы
1.
Предложен
способ ускорения селекционного процесса при проращивании зрелых семян в
соцветиях злаковых культур – колосьев зерновых и метелок проса.
2.
Способ
включает замачивание соцветий в ПАБК (концентрации 0,1% и 0,2%), растворенной в
уксусной кислоте.
3.
Предложенный
метод обработки семян ПАБК положительно влияет на всхожесть и энергию
прорастания семян, морозостойкость и зимостойкость растений.
4.
Замачивание
соцветий в течение 3-4 часов в ПАБК, растворенной в уксусной кислоте, дает
наилучший результат для всех культур по указанным параметрам. Более длительное
замачивание – 5-6 часов несколько снижает всхожесть семян и зимостойкость
растений.
5.
При
растворении ПАБК в горячей воде (контроль II) все показатели также
превышают показатели контроля I (вода), но в меньшей
степени, чем в остальных вариантах, где ПАБК растворяли в уксусной кислоте.
6.
При
обработке соцветий со зрелыми семенами для высева в почву используется ПАБК в
концентрации более высокой, чем при обработке семян или соцветий для
гибридизации в цитируемых работах.
Список литературы
1.
Рапопорт И.А. Феногенетический анализ зависимой и
независимой дифференцировки // Труды Института цитологии, гистологии, эмбриологии АН СССР.
1948.Т 2, вып. 1. С. 3-128.