Способ отбора генотипов растений зерновых культур, устойчивых к лимитирующим факторам среды

 

Использование: изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к селекции на устойчивость к лимитирующим факторам среды (жара, засуха, соль, холод). Сущность: при выращивании растений на ранних этапах развития на них осуществляют сопряженное воздействие лимитирующими факторами, характерными для заданного региона. Оценку генотипов проводят в фазе третьего листа по критерию сопряженной устойчивости К_су, определяемому по формуле где а - сухая масса проростков, мг; б - сырая масса тех же проростков, мг. Генотипы растений зерновых культур, К_су которых более 50%, выделяют в качестве устойчивых к сопряженному воздействию экологически обусловленных лимитирующих факторов. 6 ил., 5 табл.

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности, к селекции на устойчивость к лимитирующим факторам среды (жара, засуха, соль, холод).

В настоящее время разработаны и используются методы для диагностики засухо-, соле-, холодоустойчивости растений зерновых культур [1 3] С их помощью можно оценивать коллекционный и селекционный материал на устойчивость к факторам среды с целью выделения устойчивых сортов, линий, гибридов. Эти методы позволяют оценивать генотипы по устойчивости только к одному виду неблагоприятного фактора.

Однако, в природных условиях часто наблюдается различное сочетание лимитирующих факторов среды. Проявление их может быть последовательным или сопряженным, т. е. на различных этапах развития растений возможно чередование воздействия стресс-факторов или совместное их проявление в зависимости от экологических условий среды.

Известен способ отбора адаптивных форм растений, принятый авторами за прототип [4] включающий выращивание растений в различных экологических условиях, измерение значений внешних лимитирующих факторов по фазам онтогенеза и селектируемого признака, оценку их взаимосвязи и отбор. На основании конкретизации доли влияния лимитирующего фактора на формирование конкретных признаков продуктивности строят множественное регреcсионное уравнение связи селектируемого признака с лимитирующими факторами и по параметрам этого уравнения выделяют формы, адаптированные к лимитирующим факторам в процессе всего онтогенеза или его отдельных фаз.

Недостатком способа является то, что отбор адаптированных форм трудоемок, предусматривает выращивание растений до урожая в полевых условиях в различных экологических зонах, его осуществление требует обширных метеорологических наблюдений и квалифицированного математического подхода.

Цель изобретения повышение эффективности за счет ускорения и упрощения отбора.

Поставленная цель достигается тем, что в способе отбора генотипов растений зерновых культур, устойчивых к лимитирующим факторам среды, заключающемся в выращивании растений в лабораторных условиях, воздействии на них лимитирующими факторами, оценке и выделении устойчивых генотипов, осуществляют сопряженное воздействие на I III этапах органогенеза растений лимитирующими факторами, которые моделируют в соответствии с экологически обусловленными параметрами среды данного региона возделывания культуры, проводят оценку генотипов в фазе третьего листа по критерию сопряженной устойчивости (К_су) выделяют в качестве устойчивых генотипы, у которых К_су > 50% Авторами разработаны режимы проращивания семян, выращивания проростков с учетом экологически обусловленных лимитирующих факторов среды региона возделывания, а также экспериментально установлен критерий оценки генотипов, устойчивых к нескольким лимитирующим факторам критерий сопряженной устойчивости К_су.

Показатель К_су обеспечивает проведение более объективной и углубленной оценки отбираемых на устойчивость генотипов. При одинаковых значениях количества проросших семян или выживших растений у двух сортов устойчивость будет выше у того сорта, значение К_су которого больше.

Заявляемое изобретение характеpизуется следующими существенными признаками, отличающими его от прототипа: осуществляют сопряженное воздействие на первых двух этапах органогенеза растений комплексом экологически обусловленных лимитирующих факторов, моделируя их с учетом условий региона возделывания культуры; проводят оценку генотипов по критерию сопряженной устойчивости (К_су) в фазе третьего листа; выделяют в качестве устойчивых генотипы, у которых К_су > 50% Поскольку не выявлен ни один аналог, характеризующийся признаками, идентичными отмеченным выше существенным признакам заявляемого изобретения, то последнее можно признать соответствующим требованию новизны.

Заявляемое решение соответствует изобретательскому уровню, т.к. разработанный способ не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники.

Выявленная совокупность существенных признаков заявляемого изобретения обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в ускорении и упрощении способа отбора генотипов растений, устойчивых к лимитирующим факторам среды, т.к. уже в фазе третьего листа отбирают устойчивые генотипы, причем отбор не зависит от сезонных условий и его можно проводить в течение круглого года благодаря моделированию в климатических камерах экологически обусловленных лимитирующих факторов.

Кроме того, указанная совокупность существенных признаков придает заявляемому объекту новые свойства возможность отбирать генотипы устойчивые, к нескольким стрессовым факторам в одном поколении, и возможность получать семена данных генотипов с целью использования их в селекции.

Предлагаемый способ предназначен для использования в сельском хозяйстве, в частности в селекции: при оценке нового исходного материала на селекционную ценность; при прогнозировании признаков устойчивости; при отборе генотипов, устойчивых к лимитирующим факторам среды.

Использование предлагаемого способа обеспечивает по сравнению с существующими способами следующие преимущества:
1. Отбор генотипов, устойчивых к сопряженному воздействию экологически обусловленных лимитирующих факторов.

2. Упрощение и ускорение отбора за счет проведения работы на ранних этапах развития растений в лабораторных условиях круглогодично с использованием климатических камер.

3. Ускорение селекционного процесса и повышение его эффективности.

4. Использование показателя К_су, являющегося универсальным, при оценке устойчивости к любому лимитирующему фактору и их комплексу и обеспечивающего проведение более объективной и углубленной оценки отбираемых генотипов.

Способ позволяет проводить отбор генотипов растений, устойчивых к сопряженному воздействию лимитирующих факторов среды (засуха, жара, холод, соль), обусловленному проявлением этих факторов для конкретного региона возделывания зерновых культур. В природных условиях возможны различные сочетания этих факторов по комплексности (сопряженное или последовательное) и по фазам развития растений.

Заявляемый способ отбора предусматривает моделирование всех возможных вариантов условий среды (см. фиг.1 4). Он включает как сопряженное, так и последовательное воздействие лимитирующих факторов на ранних этапах развития растений семя, всходы, третий лист.

Исследования проводили на примере сорго и яровой пшеницы для условий Актюбинской и Саратовской областей.

П р и м е р 1. Для Актюбинской области характерно засоление почвы. В период посева и прорастания семян запас влаги в почве часто недостаточен, а температура воздуха значительно выше нормы; в период роста и развития проростков в ночное время суток характерно снижение температуры воздуха ниже 0^oС.

Для осуществления способа отбора растений сорго моделируют воздействие лимитирующих факторов согласно следующим вариантам (см. фиг.5):
на стадии семени (А) вариант (жара + засуха + соль), т.е. (Ж + З + С);
в фазе всходов (Б) вариант (Ж + З + С);
в фазе третьего листа вариант (засуха + соль + холод), т.е. (З + С + Х).

Предложенные режимы представлены в табл.1.

Опыт проводят в трехкратной повторности по 100 семян в каждой для испытываемых сортов. Контролем служат не подвергаемые воздействию семена, которые выращивают в оптимальных условиях до конца опыта.

На стадии семени. Прогревают семена в ультратермостате при повреждающей температуре в течение 15 25 мин, проращивают их на влажной фильтровальной бумаге, имитируя почвенную засуху с помощью осмотика, а засоление с помощью растворов NaCl в камере искусственного климата при повреждающей температуре в течение 6 8 дней.

В фазе всходов. Проросшие семена продолжают выращивать в тех же условиях в течение 6 8 дней.

В фазе третьего листа. Партии проростков 12 16 дневного возраста подвергают действию засухи, засоления и холода. Для этого прекращают снабжение растений растворами осмотиков (подсушивают) при пониженных температурах воздуха. Затем растения помещают в условия достаточного водоснабжения и оптимальных температур, т.е. подвергают репарации.

По показателям сухой и сырой биомассы проростков раccчитывают коэффициент сопряженной устойчивости (К_су), который определяют по формуле

где: а сухая масса проростков, мг;
б сырая масса тех же проростков,мг.

По К_су проводят оценку устойчивости образцов и отбор устойчивых генотипов. Экспериментальные данные для условий Актюбинской области сведены в таблице 2.

Примеры определения критерия сопряженной устойчивости сорго.

1. Сорт к-1677 Кубанское красное 1677

2. Сорт к-9382 Зерноградское 53

3. Сорт к-9968 Камышинское 31

Установлено, что если К_су сорта составляет >50% то этот сорт является устойчивым (I группа), 30 50% среднеустойчивым (II группа) и <30% слабоустойчивым (III группа).

Способ апробирован на сортах с известной полевой устойчивостью, получена высокая положительная корреляция с результатами агрономической оценки в данной климатической зоне.

П р и м е р 2. Для Саратовской области характерно действие засухи и высоких температур воздуха в период посева и начала прорастания семян, в начальный период развития проростков в некоторые годы продолжается действие высоких температур и засухи, в другие снижение температуры воздуха в ночные часы ниже 0^oС на фоне засухи.

Для осуществления предлагаемого устройства отбора растений сорго в данных экологических условиях моделируют воздействие лимитирующих факторов согласно вариантам (см. фиг.6):
на стадии семени вариант(Ж + З);
в фазе всходов вариант (Ж + З);
в фазе третьего листа варианты либо (Ж + З), либо (З + Х).

Разработанные режимы воздействия лимитирующих факторов для рассматриваемого региона представлены в таблице 3.

На стадии семени и фазе всходов опыт проводят аналогично тому, как указано в примере 1, исключая воздействие растворами NaCl.

В фазе третьего листа 12 16 дневные проростки подвергают действию засухи и жары (вариант I), либо засухи и холода (вариант II). Для этого прекращают снабжение растений водой (подсушивают) при повышенных температурах (+33) (+36^oС), либо при пониженных температурах (0) (-2^oС). Затем растения подвергают репарации.

По показателям сухой и сырой биомассы раcсчитывают К_су, оценивают образцы по устойчивости и отбирают устойчивые генотипы. Экспериментальные данные для условий Саратовской области сведены в таблице 4.

П р и м е р 3. Опыты проводили на примере сортов яровой пшеницы. Моделировали действие лимитирующих факторов согласно экологическим условиям Саратовской области и особенностям культуры. Результаты приведены в таблице 5.

Результаты экспериментов, проведенных на зерновых культурах 25 сортах сорго и 15 сортах яровой пшеницы, подтвердили возможность отбора генотипов, обладающих сопряженной устойчивостью к нескольким лимитирующим факторам среды (засуха, жара, соль и холод) на ранних этапах развития растений, пригодных для дальнейшего использования в селекционном процессе.

Формула изобретения

Способ отбора генотипов растений зерновых культур, устойчивых к лимитирующим факторам среды, включающий выращивание растений, воздействие на них лимитирующими факторами, оценку и выделение устойчивых генотипов, отличающийся тем, что при выращивании растений на ранних этапах развития на них осуществляют сопряженное воздействие лимитирующими факторами, характерными для заданного региона, оценку генотипов проводят в фазе третьего листа по критерию сопряженной устойчивости Ксу, определяемому по формуле

где а сухая масса проростков, мг;
б сырая масса тех же проростков, мг,
и в качестве устойчивых выделяют генотипы, у которых Ксу > 50%

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11