doi: 10.15389/agrobiology.2018.5.927rus
УДК 633.521:581.15:575.167(571.12)
О ПРИМЕНЕНИИ МОРФОФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ МАРКЕРОВ
В ИССЛЕДОВАНИИ ВНУТРИВИДОВОГО ПОЛИМОРФИЗМА
ЛЬНА ОБЫКНОВЕННОГО (Linum usitatissimum L.)
К.П. КОРОЛЕВ, Н.А. БОМЕ
Генетическое разнообразие растений и увеличения набора используемых культур необходимы для повышения устойчивости сельскохозяйственного производства при ухудшении условий окружающей среды и обеспечения качественными экологически безопасными продуктами. Эти задачи требуют быстрой оценки получаемых форм растений и обработки информации о биологии их развития. Лен — одна из перспективных сельскохозяйственных культур, однако в Тюменской области он сейчас практически не выращивается, здесь не проводятся государственные сортоиспытания культуры. В выполненном нами исследовании для группы российских и иностранных сортов льна выявлены наиболее информативные морфометрические критерии, определяющие адаптивный потенциал генотипов в условиях региона, впервые дополненные экспресс-оценкой динамики накопления и деградации хлорофилла в листьях, выполненной неинвазивно с использованием оптического счетчика SPAD 502. Целью работы было изучение реакции генотипов Linum usitatissimum L. на воздействие факторов окружающей среды и выявление признаков для использования в качестве индикаторов адаптационных свойств. В качестве объекта исследования взяты 20 коллекционных образцов льна различного эколого-географического происхождения из России (6 образцов), Беларуси (7 образцов), Чехии (2 образца), по одному образцу из Украины, Франции, Канады, Австралии, Германии. Лабораторные и полевые опыты проводили в 2016-2017 годах. Семена проращивали в чашках Петри на увлажненной дистиллированной водой фильтровальной бумаге при 20 °С. Определяли энергию прорастания, лабораторную всхожесть, морфометрические параметры и биомассу проростков. Для тестирования растений на начальных этапах онтогенеза в вегетационные сосуды высевали по 20 семян в 4-кратной повторности. Полевое изучение коллекционных образцов льна проводили на экспериментальном участке биостанции Тюменского государственного университета «Озеро Кучак» (Нижнетавдинский р-н, Тюменская обл.). Высевали по 200 семян каждого образца на делянках с учетной площадью 1 м2 в 3-кратной повторности. Содержание хлорофилла в листьях определяли с использованием оптического счетчика SPAD 502 («Minolta Camera Co, Ltd», Япония). В лабораторном эксперименте измерения делали 3 раза с интервалом 5 сут, в полевых условиях — 7 раз (по времени наступления фенологических фаз — полные всходы, елочка, быстрый рост, бутонизация, цветение, зеленая спелость, ранняя желтая спелость). Семена изученных образцов льна имели два типа окраски (коричневая и желтая), различались по длине (3,0-5,4 мм), ширине (2,1-8,2 мм), массе 1000 семян (6,57-4,36 г), форме (удлиненно-эллиптическая, яйцевидная сплюснутая), что указывает на гетерогенность исходного материала. Особенности роста и развития растений на начальных этапах онтогенеза в ряде случаев подтвердились в полевых условиях. Например, длина побега у сортов Маяк, Рубин, Ива в лабораторном опыте была наибольшей из всей экспериментальной группы образцов (соответственно 13,1; 12,5; 12,1 см). В полевых условиях эти же сорта по высоте растений оказались в группе высокорослых (96,1-100,2 см). Урожайность тресты была больше (166,6-171,7 г/м2) у тех сортов, в структуре биомассы которых значительно преобладали побеги (Грант, Маяк, Bertelsdorfer). Показатели полевой всхожести семян (62,3-77,3 %) и выживаемости растений в течение вегетационного периода (70,6-85,8 %) мы относим к числу информативных критериев, характеризующих ряд взаимосвязанных процессов онтогенеза. Предлагается оценивать взаимодействие генотип × среда на основании показателей оптического счетчика хлорофилла SPAD 502 (SPAD ед.). Выявлены положительные корреляции между результатами измерений с помощью SPAD 502 и признаками, характеризующими ассимиляционную поверхность растений (линейные размеры, площадь и число листьев, высота растений), а также выживаемостью растений в период вегетации. Существенные различия между изученными образцами были обнаружены по среднесуточному накоплению хлорофилла в листьях до фазы цветения и его деградации в фазах зеленой и ранней желтой спелости. Значительное преимущество по урожайности тресты и семян имели образцы с относительно быстрым увеличением показателей SPAD 502 в первой половине вегетации и их равномерным снижением в период наступления спелости. Выделены сорта, сочетающие высокие адаптивные и продуктивные свойства: Грант, Маяк (Беларусь), Bertelsdorfer (Германия), Svalof (Чехия), Ottava 770 B See (Канада).
Ключевые слова: Linum usitatissimum L., лен культурный, коллекционный образец, счетчик хлорофилла SPAD 502, моделируемые и естественные условия.
K.P. Korolev, N.A. Bome
In worsen environmental conditions sustainable agriculture and high quality food production rely on crop diversity and adaptiveness that requires the improved estimates of plant parameters. Flax which is among the recognized promising crops is presently rare in the Tyumen region. Our paper shows the most informative morphometric criteria of adaptiveness for several domestic and foreign flax varieties studied under local conditions. The criteria are for the first time improved by a rapid noninvasive method of chlorophyll measurement in leaves with a SPAD 502 optical counter. The purpose of this work was to estimate response of Linum usitatissimum L. genotypes to the environmental factors and to identify signs for use as indicators of adaptability. A total of 20 collection samples of flax of different ecological and geographical origin from Russia (6 samples), Belarus (7 samples), Czechia (2 samples), Ukraine (1 sample), France (1 sample), Canada (1 sample), Australia (1 sample), and Germany (1 sample) were used. Laboratory and field tests were conducted in 2016-2017. Seeds were germinated in Petri dishes on a filter paper moistened with distilled water at 20 °C, germination energy, laboratory germination rate, morphometric parameters and biomass of seedlings were determined. To test the plants at the initial stages of ontogenesis, 20 seeds were sown in 4-fold repeat in the vegetation pots. For field study (Biological station of the Tyumen state university «Biostation Kuchak», Tyumen Region, Nizhnetavdinsky District), 200 seeds of each sample were sown on 1 m2 plots in 3-fold repetition. Chlorophyll content in leaves was determined using an optical counter SPAD 502 («Minolta Camera Co., Ltd», Japan), three times with a 5 day interval in the laboratory test and seven times (according to the phenological phases — full shoots, herringbone, rapid growth, budding, flowering, green ripeness, and early yellow ripeness) in the field test. As per results obtained the seeds of the studied flax samples had two types of color (brown and yellow), differed in length (3.0-5.4 mm), width (2.1-8.2 mm), weight of 1000 seeds (6.57-4.36 g), shape (elongated-elliptic, ovoid flattened), which indicates sample heterogeneity. Features of plant growth and development at the initial stages of ontogenesis in some cases were confirmed in the field. For example, the length of the shoot in plants of varieties Mayak, Rybin, and Iva in the laboratory test is the largest of the entire experimental group (13.1; 12.5; 12.1 cm, respectively), and in the field, these varieties are in the ‘tall’ group according to plant height (96.1-100.2 cm). The yield of the flax straw was more (166.6-171.7 g/m2) in the varieties having shoots substantially predominating in the plant biomass (Grant, Mayak, Bertelsdorfer). Field germination rate (62.3-77.3 %) and plant survival during the growing season (70.6-85.8 %) we refer to the informative criteria that characterize a number of ontogenetic interrelated processes. Also, we propose SPAD 502 readings (SPAD index) to evaluate the genotype × environment interactions. Our results show positive correlations between SPAD index and parameters of plant assimilation surface (linear size, area and number of leaves, and plant height), as well as plant survival during the growing season. Significant differences are revealed between the studied samples in the average daily chlorophyll accumulation in the leaves before flowering and chlorophyll degradation at green and early yellow ripeness phases. Significant advantage in flax straw and seed yields have samples with a relatively rapid increase in SPAD index during the first half of the growing season with further uniform decrease towards maturity phase. Thus, Grant, Mayak (Belarus), Bertelsdorfer (Germany), Svalof (Czech Republic), Ottava 770 B See (Canada) are the varieties that combine high adaptive and productive properties.
Keywords: Linum usitatissimum L., flax, collection sample, chlorophyll counter SPAD 502, simulated and natural conditions.
ФГАОУ ВО Тюменский государственный университет, |
Поступила в редакцию |
