Морфотопографический способ оценки устойчивости сельскохозяйственных растений к ионной токсикации алюминием

Изобретение относится к области селекции зерновых культур. Способ включает асептическое культивирование проростков на голодном агаре (2%) (контроль) и агаре с добавлением 15 мг/л ионов алюминия и водорода (pH 4) (стрессовые условия). Изобретение представляет собой способ оценки устойчивости зерновых культур к ионной токсикации алюминием, включающий культивирование асептически полученных проростков на голодном агаре 2,0% в обычных (контроль) и стрессовых условиях, создаваемых добавлением в подкисленный до рН 4,0 голодный агар 15 мг/л ионов алюминия в форме Al2(SO4)3⋅18H2O, где процесс оценки осуществляется с использованием специальной шкалы, путем визуального сравнения корневой системы проростков по комплексу морфотопографических признаков и деформаций корневой системы в стрессовых условиях, с соответствующей им балльностью, и группой устойчивости, и дифференциацией генотипов на высокоустойчивые - 5 баллов, устойчивые - 3-4 балла, чувствительные - 0-2 балла:

высокоустойчивые - 5 баллов - снижение длины главного корня не более чем на 50% высоты агарового столбика; наличие корней второго порядка; общее количество корней составляет не менее 60-80% от контроля; сохранение пространственной ориентации корня; отсутствие корневых деформаций;

устойчивые - 4 балла - снижение длины главного корня не более чем на 50% высоты агарового столбика; отсутствие корней второго порядка; общее количество корней составляет не менее 50-60% от контроля; сохранение пространственной ориентации корня; отсутствие корневых деформаций;

устойчивые - 3 балла - снижение длины главного корня более чем на 50% высоты агарового столбика; общее количество корней составляет не менее 50% от контроля; сохранение пространственной ориентации корня; отсутствие корневых деформаций;

чувствительные - 2 балла - снижение длины главного корня более чем на 70% высоты агарового столбика; общее количество корней составляет менее 50% от контроля; нарушение пространственной ориентации и деформации корня;

чувствительные - 1 балл - снижение длины главного корня более чем на 70% высоты агарового столбика; общее количество корней составляет менее 30% от контроля; нарушение пространственной ориентации и деформации корня;

чувствительные - 0 баллов - корни отсутствуют.

Изобретение позволяет приблизить условия проведения оценки к естественным условиям роста растений, снизить производственные затраты, упростить процесс оценки и получить объективные данные без привлечения статистического аппарата. 2 ил., 3 табл.

 

Изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно к селекции зерновых культур, и может быть применено при лабораторном скрининге устойчивых к ионной токсикации генотипов с целью дальнейшего использования их в качестве исходного селекционного материала для создания новых сортов, отличающихся толерантностью к повышенной кислотности почвы и токсичности ионов алюминия.

Известно, что в условиях стресса, обусловленного токсичностью ионов, в первую очередь, страдает корневая система растений [Климашевский Э.Л. Генетический аспект минерального питания растений. М.: Агропромиздат. 1991. 415 с.]. Существует ряд способов лабораторной оценки устойчивости к ионам, в качестве тест-объекта в которых используется корень, в частности степень подавления его роста в ответ на стрессовый фактор [Карманенко Н.М., Ниловская Н.Т. Оценка устойчивости различных сортов зерновых культур к ионам водорода, алюминия и низким температурам // Доклады РАСХН. 2010. №2. С. 8-11; Косарева И.А., Семенова Е.В. Лабораторный скриннинг видов пшеницы на алюминий // Доклады РАСХН. 2005. №5. С. 5-7; Samac D.A., Tesfaye М. Plant improvement for tolerance to aluminum in acid soils - a review // Plant Cell, Tissue and Organ Culture. 2003. V. 75. P. 189-207].

Известен способ оценки устойчивости ячменя к алюминию, заключающийся в выращивании проростков в водной культуре. Семена предварительно проращивают 3-5 дней, отбраковывают недоразвитые и непроросшие зерновки, нормальные проростки пересаживают на пластиковый носитель, установленный в 5-литровый стеклянный контейнер с разбавленным вдвое питательным раствором Кнопа, с внесением дополнительно 20 мг/л ионов алюминия при рН 4,0. Контролем считают вариант раствора без алюминия с нейтральным рН. Спустя 10 дней от начала культивирования проростков под светоустановкой измеряют длину корней и побегов. На основании полученных данных рассчитывают индекс длины корней (ИДК) - отношение длины корней под воздействием стрессового фактора и в контроле [Родина Н.А., Солодянкина М.М. Скрининг генотипов ячменя, толерантных к Al3+, в условиях водной культуры // Научные основы стратегии адаптивного растениеводства северо-востока европейской части России. Ч. 2. Селекция и семеноводство: Матер. науч.-прак. конф. 9-10 октября 1996, г.Киров. 1999. С. 31-39].

Недостатками известного способа являются сложность, обусловленная необходимостью постоянного контроля расстояния от семян до поверхности жидкости, искажение ростовых показателей, связанное со снижением активности ионов алюминия при добавлении их в питательный раствор Кнопа, значительные производственные затраты, связанные с использованием специального оборудования и расходом больших объемов растворов. Формирование корневой системы тестируемых растений в жидких средах приводит к ряду нарушений, не связанных с действием токсичного агента, в частности к отсутствию корневых волосков. Снижает объективность оценки учет лишь полноценных проростков. Возможно также повреждение корней при пересадке проростков в контейнеры.

Известен способ оценки устойчивости овса к алюминию, отличающийся от предыдущего заменой раствора Кнопа для культивирования проростков на закисленную (стрессовые условия) и обычную (контроль) дистиллированную воду. Об устойчивости генотипа к ионной токсичности также судят по величине ИДК [Косарева И.А., Давыдова Г.В., Семенова Е.В. Диагностика устойчивости растений овса посевного к повышенному содержанию ионов алюминия в почвенном растворе // Сельскохозяйственная биология. 1998. №5. С. 73-76].

Недостатки и этого способа и его оценки остаются те же, что и для предыдущего, за исключением искажения ростовых показателей, вызванных снижением вызываемого алюминием стресса в присутствии экзогенных элементов питания.

Известен способ оценки кислотоустойчивости растений, включающий размещение зерен в чашках Петри, выращивание их в дистиллированной воде с низкой (стресс-фактор) и нейтральной (контроль) рН, ежедневную смену воды и коррекцию кислотности. По окончании 7-10-дневной экспозиции под светоустановкой замеряют ростовые показатели проростков: массу корней, массу побегов, общую массу растения, длину побегов. Оценку проводят по коэффициентам редукции, равным отношению среднего значения ростового показателя в стрессовых условиях к его среднему значению в контрольных. При этом чем ближе значение к единице, тем более устойчиво растение к кислотности [Зобова Н.В., Ступко В.Ю. Способ оценки кислотоустойчивости сельскохозяйственных растений // Патент РФ №2505958, опубликован 10.02.2014, Бюл. №4].

Недостатком известного способа является трудоемкость, связанная с необходимостью ежедневной смены воды и корректировкой кислотности в чашках в одно и то же время, а также с замерами большого количества ростовых показателей для формирования выборок данных достаточного объема для статистических расчетов, по которым делается заключение о степени устойчивости того или иного генотипа.

Наиболее близким способом оценки к заявляемому (прототип) является способ оценки алюмоустойчивости зерновых культур в водно-бумажной культуре, когда семена раскладывают на плотный носитель в виде полос фильтровальной бумаги, сворачивают полосы в рулон, помещают нижнюю часть рулона в дистиллированную воду (контроль) или в раствор соли алюминия (стрессовые условия) и инкубируют в термостате в течение 5-7 дней. По окончании экспозиции замеряют длину наибольшего корня каждого проростка, используют средний показатель для расчета ИДК [Лисицын Е.М. Методика лабораторной оценки алюмоустойчивости зерновых культур // Доклады РАСХН. - 2003. - №3. - С. 5-7].

К недостаткам известного способа относятся искажение ростовых показателей проростков, обусловленное снижением степени токсичности ионов водорода и алюминия вследствие их иммобилизации волокнами фильтровальной бумаги, а также общая для всех описанных способов необходимость статистических расчетов с привлечением выборок данных большого объема.

Задачей предлагаемого способа оценки устойчивости к ионной токсикации является приближение условий проведения способа к естественным условиям роста растений, упрощение процесса оценки и повышение ее достоверности.

Поставленная задача решается тем, что в предлагаемом способе оценки устойчивости растений к ионной токсикации используют плотный носитель (агаровый гель), обладающий прозрачностью и позволяющий визуализировать картину роста корней. Об устойчивости растения судят по характеру морфотопографических изменений и деформаций его корневой системы в стрессовых условиях по сравнению с контролем, используя разработанную и впервые прилагаемую для этого балловую шкалу оценки.

Сущность изобретения

Отличием предлагаемого способа от ранее известных является замена жидкой среды для выращивания проростков на плотную агаризованную среду с рН 6,0 (контроль) с добавлением дифференцирующей концентрации (15 мг/л) ионов алюминия при рН 4,0 (стрессовые условия). Агаровый гель представляет собой очень удобную поддерживающую среду для роста корней, а благодаря своей прозрачности позволяет легко и быстро визуализировать картину корневой системы проростков. Плотная консистенция среды, соизмеримая с плотностью почвы, фиксирует характерное расположение корней при стрессовом воздействии и делает условия проведения оценки сходными с естественными. Об устойчивости судят по комплексу морфотопографических изменений (деформаций) корневой системы проростков при обусловленном токсичными ионами стрессе по сравнению с контролем. Разработана балловая шкала оценки степени деформации корней, позволяющая дифференцировать генотипы по степени устойчивости к воздействию токсичных ионов на три группы (высокоустойчивые - 5 баллов, устойчивые - 3-4 балла, чувствительные - 0-2 балла) без выполнения замеров и проведения громоздких статистических расчетов.

Условиями достижения технического результата являются: использование голодного агара (2%) в качестве инертного плотного носителя; визуализация тест-объекта - корневой системы проростков; применение для оценки устойчивости балловой шкалы, разработанной с учетом комплекса морфотопографических признаков корневой системы при стрессе.

Технический эффект, достигаемый при использовании предлагаемого изобретения, заключается в создании условий проведения оценки, максимально приближенных к естественным; в упрощении, благодаря визуализации учитываемых признаков тест-объекта, процесса оценки и повышении его объективности.

Объективность предлагаемого способа балловой оценки устойчивости растений к ионной токсикации подтверждена тесной положительной корреляцией получаемых результатов с данными по продуктивности генотипов в почвенной культуре при стрессе, обусловленном токсичностью ионов водорода и алюминия (табл. 1 и 2).

Осуществление способа

Для оценки устойчивости к ионной токсикации проростки ячменя выращивают асептически на голодном агаре с рН 6 (контроль) и агаре с рН 4,0, содержащем 15 мг/л ионов алюминия в форме Al2(SO4)3⋅18H2O (стрессовые условия). Агаровый гель (2,0%) разливают по пробиркам на высоту столбика 12 см и укупоривают фольгой или ватно-марлевыми пробками. Пробирки стерилизуют автоклавированием при 1 атм в течение 25 мин.

Зерновки ячменя поверхностно стерилизуют 2%-ным раствором препарата Виркон С в течение 15 мин, трехкратно промывают дистиллированной водой и помещают в пробирки на поверхность агарового столбика. Пробирки с зерновками инкубируют под светоустановкой в течение 7 суток. По окончании инкубации пробирки просматривают в проходящем свете, обращая внимание на следующие морфотопографические признаки корневой системы у проростков, выращенных в стрессовых условиях:

1) снижение длины корней по сравнению с длиной корней в контроле (фиг. 1);

2) уменьшение общего количества корней по сравнению с контролем;

3) наличие/отсутствие корней второго порядка;

4) изменение/сохранение пространственной ориентации корня;

5) наличие/отсутствие корневых деформаций (фиг. 2).

В соответствии с разработанной нами балловой шкалой оценки устойчивости генотипов к ионной токсикации относят генотип к одной из трех групп устойчивости (табл. 1).

Важным преимуществом морфотопографического способа оценки устойчивости растений к ионной токсикации является высокое соответствие (r=0,952) полученных с его применением результатов результатам оценки устойчивости генотипов по снижению семенной продуктивности на фоне стресса.

Далее приводится пример, показывающий хорошую сходимость результатов оценки устойчивости 5 генотипов ячменя предлагаемым способом с результатами определения продуктивности растений, выращенных на фоне стресса, обусловленного токсичностью ионов алюминия, в почвенных условиях.

Пример. Растения ячменя пяти различных генотипов выращивали в вегетационных сосудах, заполненных кислой почвой (рН 3,8), содержащей 12,78 мг Al3+/100 г почвы, до получения семенного потомства и учитывали массу зерна с 1 растения.

Зерновки ячменя того же набора сортов помещали в пробирки с агаризованным раствором сульфата алюминия и проращивали их в течение 7 суток под светоустановкой. Оценивали устойчивость различных генотипов по комплексу морфотопографических признаков в соответствии с балловой шкалой (табл. 2).

Ранжирование набора сортов ячменя различными способами - по массе зерна с 1 растения и по количеству баллов - показало их практически полную сходимость (табл. 3).

Таким образом, заявленное изобретение обеспечивает технический эффект, заключающийся в приближении условий проведения способа к естественным условиям роста растений, упрощении процесса оценки и достижении ее объективности без проведения трудоемких замеров и использования статистического аппарата.

Способ оценки устойчивости зерновых культур к ионной токсикации алюминием, включающий культивирование асептически полученных проростков на голодном агаре 2,0% в обычных (контроль) и стрессовых условиях, создаваемых добавлением в подкисленный до рН 4,0 голодный агар 15 мг/л ионов алюминия в форме Al2(SO4)3⋅18H2O, отличающийся тем, что процесс оценки осуществляется с использованием специальной шкалы, путем визуального сравнения корневой системы проростков по комплексу морфотопографических признаков и деформаций корневой системы в стрессовых условиях, с соответствующей им балльностью и группой устойчивости, и дифференциацией генотипов на высокоустойчивые - 5 баллов, устойчивые - 3-4 балла, чувствительные - 0-2 балла:

высокоустойчивые - 5 баллов - снижение длины главного корня не более чем на 50% высоты агарового столбика; наличие корней второго порядка; общее количество корней составляет не менее 60-80% от контроля; сохранение пространственной ориентации корня; отсутствие корневых деформаций;

устойчивые - 4 балла - снижение длины главного корня не более чем на 50% высоты агарового столбика; отсутствие корней второго порядка; общее количество корней составляет не менее 50-60% от контроля; сохранение пространственной ориентации корня; отсутствие корневых деформаций;

устойчивые - 3 балла - снижение длины главного корня более чем на 50% высоты агарового столбика; общее количество корней составляет не менее 50% от контроля; сохранение пространственной ориентации корня; отсутствие корневых деформаций;

чувствительные - 2 балла - снижение длины главного корня более чем на 70% высоты агарового столбика; общее количество корней составляет менее 50% от контроля; нарушение пространственной ориентации и деформации корня;

чувствительные - 1 балл - снижение длины главного корня более чем на 70% высоты агарового столбика; общее количество корней составляет менее 30% от контроля; нарушение пространственной ориентации и деформации корня;

чувствительные - 0 баллов - корни отсутствуют.



 

Похожие патенты:

Изобретения относятся к области сельского хозяйства. Способ производства семян сои в условиях орошения предусматривает широкорядный посев семян сои, полив, уход за растениями и уборку.

Изобретение относится к области сельского хозяйства и селекции. Способ включает посев оцениваемых культур и отбор.

Изобретение относится к генетике и репродуктивной биологии растений. Изобретение представляет собой способ получения фертильных линий сорго, являющихся восстановителями фертильности для ЦМС типа 9Е, включающий выращивание гибридных растений, полученных от скрещивания ЦМС-линий и фертильных линий, оценку их восстановительной способности в тест-кроссах с ЦМС-линиями, где гибридные растения выращивают в условиях теплицы, способствующих реверсии к мужской фертильности, а их потомство выращивают в полевых условиях, где производят отбор фертильных растений, способных к восстановлению фертильности гибридов F1.

Изобретение относится к сельскому хозяйству и биотехнологии. Изобретение представляет собой способ создания линий озимой мягкой пшеницы с комплексной устойчивостью к бурой и стеблевой ржавчине и мучнистой росе, включающий скрещивание коммерческих сортов мягкой пшеницы, самоопыление гибридов первого поколения F1 для получения гибридов второго поколения F2, среди которых отбирают растения с комплексной устойчивостью к грибным болезням, содержащие рецессивные аллели генов озимого образа жизни, повторное самоопыление отобранных растений для получения поколения F3 и тестирование последних на устойчивость к грибным болезням и выживаемость в условиях подзимнего посева, где сорт мягкой пшеницы «Тулайковская 10» (донор), содержащий комплекс генов Lr-Sr-Pm, скрещивают с коммерческим сортом озимой мягкой пшеницы «Бийская озимая», среди гибридов поколения F2 проводят отбор озимых растений, содержащих комплекс генов Lr-Sr-Pm, с помощью молекулярного маркера Xicg6Ai#2, состоящего из прямого F:5′-GATGTCGAGGAGCATTTTC-3′ и обратного R:5′-GTGGTAGATTACTAGAGTTCAAGTG-3 праймеров, и отобранные растения F2 анализируют с помощью маркеров к рецессивным аллелям генов озимого образа жизни VRN1AF/VRN1-INT1R, Intr1BF/Intr1BR4 и Intr1DF/Antr1DR4 для отбора растений с озимым образом жизни.
Изобретение относится к сельскому хозяйству. Изобретение представляет собой способ размножения растений ирги зелеными черенками в условиях искусственного тумана с применением подогрева субстрата, включающий нарезку черенков, предварительную обработку и укоренение, где предварительно, за 2 дня до черенкования, проводят обильный полив маточных растений, нарезают черенки с боковых побегов длиной 10-15 см, с последующей обработкой их водным раствором регулятора роста «Корнерост П» 2 г на литр воды, с экспозицией обработки 16 ч - в полной темноте, а укоренение проводят при относительной влажности воздуха 85%, температуре воздуха 21-24°C и температуре субстрата выше температуры воздуха на 5°C в кассетах с ячейками, наполненными субстратом, который состоит из нейтрального торфа и песка в соотношении 2:1, причем каждый обработанный черенок помещают в отдельную ячейку на глубину 3,5-4,5 см, после высадки проводят двукратную обработку черенков Фитоспорином-М, ПС.

Изобретение относится к области лесного хозяйства, в частности к лесной селекции. Способ заключается в том, что для выращивания ели финской Picea×fennica (Regel) Kom.

Изобретение относится к области биохимии, в частности к молекулярному маркеру типа RBIP для идентификации растений гороха Pisum sativum L., несущих аллель гена гороха PsMLO1. Также изобретение относится к применению вышеуказанного маркера для использования в селекции растений гороха, устойчивых к мучнистой росе.

Изобретение относится к области биохимии, в частности к способу отбора образцов подсолнечника с высокой продуктивностью, предусматривающему: отбор растительных и почвенных проб, определение с их помощью запасов почвенной влаги горизонта почвы 0-100 см, площади листовой поверхности, содержания сухого вещества в растениях подсолнечника, расхода влаги растениями за учетный период и чистой продуктивности фотосинтеза, определение коэффициента расхода почвенной влаги на единицу чистой продуктивности фотосинтеза, а также отбор высокопродуктивных образцов растения подсолнечника.

Изобретение относится к сельскому хозяйству. Изобретение представляет собой способ определения урожайных свойств семян пшеницы, включающий проращивание семян, удаление не проросших, загнивших и дефектных проростков, расчет средней длины ростков и корешков, подсчет коэффициента симметрии, где дополнительно определяют среднее количество корешков проросших семян, а коэффициент симметрии подсчитывают по формуле где Lрост.

Изобретение относится к области сельского хозяйства. Изобретение представляет собой способ отбора in vitro кислотоустойчивых генотипов клевера лугового, включающий культивирование морфогенной культуры клевера лугового на питательной среде Гамборга В5, где морфогенную культуру получают путем проращивания семян и культивированием полученных проростков на питательной агаризованной среде Гамборга В5 с 2,0 мг/л 6-бензиламинопурина и 100 мг/л Al3+ при субкультивировании на среду того же состава, но без добавления Al3+ эпикотилей проростков, образовавших корешки не менее 4-5 мм на селективной среде с 100 мг/л Al3+, при этом в качестве кислотоустойчивых растений клевера лугового отбирают растения с длиной корней не менее 50 мм.

Изобретение относится к области сельскохозяйственного машиностроения. Малогабаритный станок для предпосевной обработки семян содержит шлифовальный барабан, внутренняя поверхность которого покрыта слоем резины, бункер-дозатор и выгрузной лоток.

Изобретение относится к средствам обработки семян. Технический результат заключается в оптимизации параметров обработки в точке розничной продажи семян.

Изобретения относятся к области сельского хозяйства. Способ производства семян сои в условиях орошения предусматривает широкорядный посев семян сои, полив, уход за растениями и уборку.

Изобретение относится к сельскому хозяйству. Способ повышения урожайности картофеля включает опрыскивание надземной части вегетирующих растений картофеля раствором нанопрепарата «Нано Гро» в поливной воде, причем рабочий раствор готовят путем растворения 25 гранул нанопрепарата «Нано Гро» в 250 л поливной воды, а опрыскивание растений картофеля осуществляют однократно в стадии бутонизации мелкодисперсным орошением при норме его расхода 250 л/га.

Группа изобретений относится к области сельского хозяйства, в частности к семеноведению, и может найти применение при подготовке семян бобовых и твердо-семенных растений к посеву.

Изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности к семеноводству. Способ отделения скрытотравмированных семян зерновых культур включает первичную очистку и сушку.

Изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности к области контроля качества и подготовки к заложению в почву семенного материала сельскохозяйственных растений и может быть использовано в отрасли полевого растениеводства.

Изобретение относится к биотехнологии. Способ включает выращивание растений в теплице с использованием при поливе легкой воды, вентиляцию этого помещения с извлечением из удаляемого воздуха воды, повторное использование ее для выращивания растений.

Область использования: изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно к способу предпосевной обработки семян зерновых культур. Способ предпосевной обработки семян зерновых культур включает модификацию препаратов гумусовых веществ и обработку водным раствором препаратов семян.

Изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно к выбору семян зерновых культур для посева. Одинаковые навески сравниваемых семян помещают в стаканчики, засыпают песком в количестве, в 4 раза превышающем вес семян, и добавляют к ним одинаковые навески раствора соли, выдерживают и измеряют концентрацию углекислоты в емкостях со сравниваемыми семенами.
Наверх