doi: 10.15389/agrobiology.2016.1.68rus
УДК 633.11:58.056:[581.1+575.1/.2
Работа по получению корневых экссудатов поддержана грантом Российского фонда фундаментальных исследований (15-04-09023-а). Хроматографический анализ корневых экссудатов выполнен при поддержке гранта Российского научного фонда (14-26-00094). Эксперимент в CIMMYT поддержан CRP WHEAT и Министерством продовольствия, сельского хозяйства и животноводства Турции.
СРАВНИТЕЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КОРНЕВЫХ
СИСТЕМ И КОРНЕВОЙ ЭКССУДАЦИИ У СИНТЕТИЧЕСКОГО,
ПРИМИТИВНОГО И СОВРЕМЕННОГО СОРТОВ ПШЕНИЦЫ
А.И. ШАПОШНИКОВ1, А.И. МОРГУНОВ2, Б. АКИН2, Н.М. МАКАРОВА1,
А.А. БЕЛИМОВ1, И.А. ТИХОНОВИЧ1, 3
Поиск способов повышения адаптации пшеницы к засухе в настоящее время считается важнейшей задачей в селекции новых сортов этой культуры. В представляемой работе проведена сравнительная оценка генотипических различий для основных характеристик корневой системы пшеницы, способных влиять на адаптацию растений к неблагоприятным условиям окружающей среды, в том числе к засухе. Использовали три генотипа пшеницы, воспроизводящие основные этапы эволюции гексаплоидной мягкой пшеницы (Triticum aestivum L.): синтетическую пшеницу, полученную скрещиванием сорта LEUCURUM 84693 твердой пшеницы (Triticum durum Desf., геном АВ, Украина)и дикого злака эгилопса Тауша (Aegilops tauschii Coss., геном D, Турция); традиционный местный турецкий сорт мягкой пшеницы Albostan (геном ABD, Турция, провинция Невшехир); сорт современной селекции Karahan (геном ABD, Турция). Между сортами выявлены различия по диаметру корней растения, биомассе стеблей и соотношению биомассы побега и корня. Удаление побега вызывало увеличение длины корней, объема и ветвления корневой системы и соотношения биомассы побег:корень у синтетической пшеницы и в меньшей степени у сорта Albostan, но снижало величину этих показателей у сорта Karahan. Средние значения десяти измеренных ростовых параметров у растений пшеницы с удаленным побегом относительно контрольных составили +28 % для синтетической пшеницы, 0 % для сорта Albostan и -37 % для сорта Karahan. Эти результаты свидетельствуют о более высокой способности к ревегетации у синтетической пшеницы по сравнению с сортом Karahan. Впервые проведен сравнительный анализ корневой экссудации аминокислот, сахаров и органических кислот у генотипов пшеницы различных уровней эволюции. Показано, что сорт Karahan наиболее активно выделяет в ризосферу триптофан (0,05 мг/г сухих корней в сутки), гистидин (0,12 мг/г сухих корней в сутки), фенилаланин (0,45 мг/г сухих корней в сутки). Общее количество выделяемых корнями сахаров (в основном фруктозы, глюкозы и мальтозы) у сорта Karahan составило 55 мг/г сухих корней в сутки и было соответственно в 5 и 3 раза выше, чем у синтетического генотипа и сорта Albastan. Количество органических кислот в экссудатах всех изучаемых генотипов оказалось примерно одинаковым и составляло около 1,8 мг/г сухих корней в сутки. Эти данные отражают низкую способность сорта Karahan контролировать выделение фотосинтатов в окружающую среду через транспортные системы корней. Возможно, что высокая активность корневой экссудации аминокислот, особенно триптофана (предшественника в биосинтезе ауксинов), и сахаров может приводить к дефициту указанных веществ и замедлять регенерацию побегов у сорта Karahan. Полученные результаты указывают на различия в функционировании корневой системы у изученных генотипов пшеницы, связанные с ревегетацией побега и корневой экссудацией. Выяснение природы обнаруженных различий требует дальнейших исследований.
Ключевые слова: пшеница, корневая экссудация, ревегетация, устойчивость к засухе.
A.I. Shaposhnikov1, A.I. Morgounov2, B. Akin2, N.M. Makarova1,
A.A. Belimov1, I.A. Tikhonovich1, 3
Finding ways to increase the wheat adaptation to drought is now considered as a major problem in breeding new varieties of this crop. This study was conducted to evaluate genotypic differences in fundamental root traits which may have effect on wheat adaptation to unfavorable environments, including drought. Three wheat genotypes representing various evolution levels of hexaploid bread wheat (Triticum aestivum L.) were used: synthetic wheat developed by crossing variety LEUCURUM 84693 of durum wheat (Triticum durum Desf., genome АВ, Ukraine) with wild Tausch's goat grass (Aegilops tauschii Coss., genome D, Turkey), landrace of bread wheat Albostan (genome ABD, Turkey, province Nevsehir), and a modern cultivar Karahan (genome ABD, Turkey). The varieties differed in root diameter, shoot biomass and shoot/root ratio. The removal of above ground biomass caused increase in the root length, number of tips, number of forks, number of crosses and shoot/root biomass ratio of synthetic wheat and Albostan, but decreased these parameters in Karahan. Averaged values of ten measured growth parameters of the plants with removed above ground biomass relatively to the control plants were +28 % for synthetic wheat, 0 % for landrace Albostan and -37 % for cultivar Karahan. These results showed a higher ability of synthetic wheat but lower ability of Karahan to recover from cutting stress and to revegetate. For the first time a comparative analysis of root exudation (amino acids, sugars and organic acids) by wheat genotypes having different levels of evolution was performed. It was shown that Karahan was characterized by high exudation of tryptophan (0.05 mg/g dry roots per day), histidine (0.12 mg/g dry roots per day) and phenylalanine (0.45 mg/g dry roots per day). Total amount of sugars (mostly fructose, glucose and maltose) exuded by Karahan was 55 mg/g dry roots per day, that was 5 and 3 times higher as compared to synthetic genotype and Albastan. The quantum of organic acids in exudates of all studied genotypes was approximately similar and amounted to about 1.8 mg/g of dry roots per day. The results suggested low ability of Karahan to control the flow rate of carbohydrates from roots to the environment. We propose that high root exudation of tryptophane (precursor in biosynthesis of auxins) and sugars may result in deficit of these compounds and involved in impaired shoot regeneration of Karahan. The results demonstrated differences in the functioning of the root system of primitive hexaploid wheat (synthetic) compared to landrace and modern cultivated variety. The nature of these differences requires more investigation.
Keywords: wheat, root exudation, revegetation, drought stress adaptation.
1ФГБНУ Всероссийский НИИ |
Поступила в редакцию |
Оформление электронного оттиска
