Способ отбора генотипов пшеницы озимой с повышенным содержанием в зерне белка и клейковины по эффективности использования воды



Способ отбора генотипов пшеницы озимой с повышенным содержанием в зерне белка и клейковины по эффективности использования воды
Способ отбора генотипов пшеницы озимой с повышенным содержанием в зерне белка и клейковины по эффективности использования воды
Способ отбора генотипов пшеницы озимой с повышенным содержанием в зерне белка и клейковины по эффективности использования воды
Способ отбора генотипов пшеницы озимой с повышенным содержанием в зерне белка и клейковины по эффективности использования воды
Способ отбора генотипов пшеницы озимой с повышенным содержанием в зерне белка и клейковины по эффективности использования воды

Владельцы патента RU 2720426:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Орловский государственный аграрный университет имени Н.В. Парахина" (RU)

Изобретение относится к области биотехнологии. Изобретение представляет собой способ отбора генотипов пшеницы озимой с повышенным содержанием в зерне белка и клейковины по эффективности использования воды, заключающийся в расчете отношения интенсивности фотосинтеза к интенсивности транспирации, включающий измерение интенсивности фотосинтеза и интенсивности транспирации флаговых листьев, которое проводят в фазу налива зерновок с 8:00 до 10:00 часов дня по местному времени с помощью переносного газоанализатора марки GFS-3000 FL, измерительную камеру которого прикрепляют к листу растения, при этом в измерительной камере устанавливают режим освещения - 1000 мкмоль/м2с, при этом генотипами с повышенным содержанием в зерне белка и клейковины признаются сорта и селекционные образцы со значением эффективности использования воды на 30% больше от средней по оцениваемой выборке. Используя данный способ, можно уже на ранних этапах селекции (питомники отбора 1-го и 2-го годов) с высокой точностью и минимальными затратами времени проводить в полевых условиях массовую оценку (за 3 часа 50-60 образцов) генотипов пшеницы озимой по эффективности. 4 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к области растениеводства и селекции.

Одной из основных задач современной селекции является создание сортов сельскохозяйственных растений, формирующих не только высокий и стабильный, но и высокого качества урожай зерна в разных условиях выращивания. Важное значение в данном случае имеет эффективное использование растениями воды в процессе своего роста и развития.

Доступность воды, является одним из основных факторов, определяющих производство сельскохозяйственных культур и качество урожая (Chandler J.W., Bartels D., Drought avoidance and drought adaptation, Encyclopedia Water Sciense. 2003. P. 163-165.) [1].

Отмечено, что у растений эффективность водопотребления существенно зависит как от технологии их культивирования и экологических условий произрастания, так и наследственных особенностей (Zhang S.Q., Shan L. The research advance of water use efficiency in plants // Agricultural Research Arid Areas. 2002. N.20. P. 1-5) [2].

Поэтому целенаправленная селекция в этом направлении позволит получать высокий и качественный урожай зерна за счет более эффективного использования биологического потенциала культуры и биоклиматических ресурсов зоны ее производства.

По отбору генотипов по показателям качества зерна известен способ внутрисортового отбора семян пшеницы на качество белка включающий замачивание семян в воде, измерение разности потенциалов между зародышем и эндоспермом семени и выделение семян с наиболее высокими показателями разности потенциалов, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности способа, замачивание семян в воде ведут в течении 5,0 5,5 ч, а измерение разности потенциалов между зародышем и эндоспермом осуществляют через воду (Патент РФ №2075913 А01Н 1/04 и А01С 1/02, опубл. 27.03.1997) [3].

Известен способ определения хлебопекарных качеств зерна, включающий размол зерна с получением муки 70% выхода, определение водопоглотительной способности и валориметрической оценки муки, отличающийся тем, что для проведения определения водопоглотительной способности и валориметрической оценки муки производят микроснимки размола зерна методом оптического микроскопирования, на которых из центра тяжести фигуры, ограниченной контуром частицы муки, проводят не менее 300 отрезков к контуру частицы во все стороны, определяют среднеарифметическое значение длин получившихся отрезков X, мкм, и коэффициент вариации длин получившихся отрезков К, %, затем определяют водопоглотительную способность муки, ВПС, %. (Патент РФ №2433398 G01N 33/10, опубл. 10.11.2011 бюл. №31) [4].

Недостатком известных способов является их трудоемкость, а главное они не позволяют провести отбор в полевых условиях и сохранить семенной материал отобранных растений.

Так же известен способ прогноза содержания белка в зерне будущего урожая озимой пшеницы во время ее вегетации, содержащий отбор пробы растительной биомассы с исследуемого участка в фазу весеннее кущение - начало выхода в трубку и определение в ней валового содержания азота в процентах от абсолютно сухого вещества, отличающийся тем, что, дополнительно определяют валовое содержание фосфора и калия в пробе, учитывают дозы внесения азота и фосфора в удобрениях, внесенных с осени, а содержание белка в зерне определяют по формуле (Патент РФ №2149534 A01G 7/00, опубл. 27.05.2000) [5].

Недостатком известного способа является то, что он трудоемкий, отбор растений в полевых условия и последующие определения валового содержания азота в процентах от абсолютно сухого вещества не позволяет выделить перспективные и сохранить семенной материал перспективных генотипов с высокими показателями белка в зерне. К тому же он не учитывает такие важные физиологические процессы растений, как транспирацию и фотосинтез, значимо влияющие на урожай и качество зерна.

Известно, что за счет фотосинтеза образуется до 95% сухого вещества урожаев. При этом на данный результат существенно влияет транспирация растений, поскольку она не только уберегает растение от перегрева, защищая хлоропласты от разрушения, но и создает непрерывный ток воды из корневой системы к листьям, с помощью которого передвигаются из корневой системы растворимые минеральные и, частично, органические питательные вещества - чем интенсивнее транспирация, тем быстрее идет этот процесс (Fischer R.A., Rees D., Sayre K.D. et al. Wheat yield progress is associated with higher stomatal conductance, higher photosynthetic rate and cooler canopies // Crop Science. 1998. Vol. 38. P. 1467-1475) [6].

Но, на транспирацию растения, иногда, затрачивают до 60-70% преобразованной солнечной энергии фотосинтезом (Слейчер Р. Водный режим растений. М.: Мир, 1970. 367 с.) [7]. К.А. Тимирязев называл транспирацию «необходимым злом» растений (Тимирязев К.А. Избранные сочинения Т. 1. М.: Государственное издание сельскохозяйственной литературы, 1957. 274 с.) [8]. Поэтому эффективность использования воды растениями является важным показателем, который необходимо учитывать и применять на современном этапе селекции сельскохозяйственных культур.

Известен показатель эффективности использования воды растениями который определяется методом расчета соотношения интенсивности фотосинтеза к интенсивности транспирации. Данный показатель используют для выделения сортов с повышенной засухоустойчивостью (Li Y., Li Н., Li Y., Zhang S. Improving water-use efficiency by decreasing stomatal conductance and transpiration rate to maintain higher ear photosynthetic rate in drought resistant wheat // The Crop Journal. 2017. N. 5. P. 231-239.) [9] и в изучении этапов эволюции фотосинтеза (Рахманкулова З.Ф., Шуйская Е.В., Воронин П.Ю., Веливецкая Т.А., Игнатьев А.В., Усманов И.Ю. Роль фотодыхания и циклического транспорта электронов в эволюции С4 фотосинтеза на примере промежуточного С3-С4 вида Sedobassia sedoides / Физиология растений. Т. 65. №3. 2018. С. 232-240) [10].

Однако, данный способ оценки эффективности использования воды растениями не предполагает выделение сортообразцов пшеницы с повышенными показателями качества зерна - содержанием белка и клейковины, содержание которых в продовольственном зерне 3 класса согласно ГОСТу (ГОСТ Р 52554-2006) [11] должно составлять: белка 12,0% и более, клейковины - 23% и более.

Задачей данного изобретения является разработка эффективного способа, позволяющего оценивать в массовом количестве исходный селекционный материал и отбирать перспективные для селекции генотипы пшеницы озимой с повышенным содержанием в зерне белка и клейковины.

Техническим результатом изобретения является оценка генотипов озимой пшеницы по эффективности использования воды методом расчета соотношения интенсивности фотосинтеза к интенсивности транспирации и отбор генотипов с повышенным содержанием в зерне белка и клейковины по показателю эффективности использования воды.

Поставленная задача и указанный технический результат достигается за счет того, что в заявляемом способе отбора генотипов пшеницы озимой с повышенным содержанием в зерне белка и клейковины по эффективности использования воды, заключающимся в расчете отношения интенсивности фотосинтеза к интенсивности транспирации, включающем измерение интенсивности фотосинтеза и интенсивности транспирации флаговых листьев, которое проводят в фазу налива зерновок с 8:00 до 10:00 часов дня по местному времени с помощью переносного газоанализатора марки GFS-3000 FL, измерительную камеру которого прикрепляют к листу растения, при этом в измерительной камере устанавливают режим освещения - 1000 мкмоль/м2с, при этом генотипами с повышенным содержанием в зерне белка и клейковины признаются сорта и селекционные образцы со значением эффективности использования воды на 30% больше от средней по оцениваемой выборке.

Сущность предлагаемого решения поясняется чертежами, где представлена эффективности использования воды в зависимости: фиг. 1 - от фазы роста; фиг. 2 - яруса листьев; фиг. 3 - времени суток; фиг. 4 - интенсивности освещения у разных сортов пшеницы озимой в фазу налива зерновки.

Экспериментально установлено, что наиболее значимые генетические различия эффективности использования воды фиксируются в фазу налива зерновки (фиг. 1).

В годы исследований эффективность использования воды флагового листа у сортов пшеницы озимой была в 1,3 раза выше предфлагового, и в 3 раза у - ниже расположенного (фиг. 2).

Поэтому отбор предлагается проводить на флаговых листьях, прежде всего, в фазу налива зерновок по результатам измерения значений эффективности использования воды у флагового листа, на который ложится основная нагрузка в обеспечении зерновок фотоассимилятами (Sanchez-Bragado R. Photosynthetic contribution of the ear to grain filling in wheat: a comparison of different methodologies for evaluation // R. Sanchez-Bragado [et. al.] / Journal of Experimental Botany, Vol. 67, No. 9 pp. 2787-2798, 2016. doi: 10.1093/jxb/erw116) [12].

При этом установлено высокая зависимость эффективности использования воды листьев растений от интенсивности их освещения (фиг. 3) - насыщенность интенсивности фотосинтеза наблюдается при освещенности в 1000 мкмоль/м2с.

Учет интенсивности фотосинтеза и интенсивности транспирации для последующих расчетов осуществляют в утренние часы - с 8 до 10, когда погодные условия наиболее благоприятны для максимального проявления активности фотосинтеза: интенсивность освещения достигает насыщающего уровня, а температура воздуха не оказывает на растения стрессового воздействия - не наблюдается обезвоживания и перегрева клеток листа, как это происходит в полуденное и послеполуденное время (Ma С.С., Gao Y.B., Guo H.Y., Wang J.L. Photosynthesis, transpiration, and water use efficiency of Caragana microphylla, C. intermedia, and C. korshinskii // Photosynthetica. 2004. N42(1). P. 65-70) [13].

Способ осуществляется следующим образом.

Измерение интенсивности фотосинтеза и интенсивности транспирации листьев пшеницы озимой проводят в полевых условиях с помощью переносного газоанализатора марки GFS-3000 FL (или аналога), при уровне освещения в измерительной камере 1000 мкмоль/м2с, которую прикрепляют к флаговому листу растения, и после стабилизации ее рабочего режима (1-1,5 минуты) фиксируют на цифровом экране прибора значения интенсивности фотосинтеза и интенсивности транспирации. Для измерения отбирают 5-7 типичных для генотипа растений, произрастающих в середине делянки, у которых листья не имеют повреждений вредителями и поражений болезнями.

Оценку генофонда пшеницы озимой и отбор на повышенное содержание в зерне белка и клейковины по эффективности использования воды проводят в фазу налива зерновок, когда отмечается наибольшая разница по интенсивности фотосинтеза между генотипами. Установлено, что в эту фазу роста растений сорта с высокой эффективностью использования воды на 50% превосходили сорта со средней эффективностью использования воды и на 83% - с низкой. В другие фазы преимущество сортов с высокой эффективности использования воды не превышала 8% над другими сортами (фиг. 1). Для оценки используют флаговый лист растений пшеницы озимой, на который ложится основная нагрузка в обеспечении зерновок фотоассимилятами, что и проявляется в большей его эффективности использования воды: на 33% по сравнению с предфлаговыми листями и 3 раз по сравнению с нижними (фиг. 2).

Оценку и отбор перспективных генотипов по отношению к свету следует проводить с 8 до 10 часов по местному времени, когда погодные условия наиболее благоприятны для фотосинтеза и транспирации растений, а между сортами отмечается наибольшие различия (фиг. 3).

При этом также отмечается высокая зависимость эффективности использования воды от режима освещения (фиг. 4). Так у сортов пшеницы озимой при увеличении интенсивности освещения до 1000 мкмоль/м2с эффективность использования воды флагового листа увеличивается, в среднем по сортам на 47%, а при более интенсивном освещении отмечается спад - на 5%.

Оценка 15 генотипов по эффективности использования воды позволила установить широкий диапазон варьирования признака (табл.). Среднее значение эффективности использования воды по оцениваемой выборке составила 2,54 СО2/Н2О. Исследования позволили установить между эффективности использования воды и качеством зерна высокую, существенную положительную корреляционную связь: 0,60 - с белком и 0,41 - с клейковиной (существенна при Р=0,05). Оценка позволила выявить сорта с повышенным содержанием белка и клейковины: Московская 39 (14,5% и 24,1%, соответственно), Московская 40 (15,0% и 24,8%, соответственно), которым свойственно высокое значение эффективности использования воды: от 3,41 до 4,19 СО2/Н2О. Что позволяет сделать вывод о том, что сорта с повышенным содержанием белка и клейковины, характеризуются и высоким значением эффективности использования воды, которое превышает среднюю по выборке на 30%.

При этом между эффективностью использования воды и урожайностью не выявлено значимой связи. Что позволяет рекомендовать признак «эффективности использования воды», как показатель для отбора перспективных генотипов пшеницы озимой с повышенным содержанием в зерне белка и клейковины при сохранении высокого уровня урожайности.

Используя данный способ, можно уже на ранних этапах селекции (питомники отбора 1 и 2-го годов) с высокой точностью и минимальными затратами времени проводить в полевых условиях массовую оценку (за 3 часа 50-60 образцов) генотипов пшеницы озимой по эффективности использования воды и отбирать из них перспективные с повышенным содержанием в зерне белка (не менее 12,0%) и клейковины (не менее 23%), сохраняя семенной материал для последующего включения в селекционный процесс культуры. Это позволит создать сорта озимой пшеницы, формирующие не только высокий, но и качественный урожай зерна для продовольственного использования.

Способ отбора генотипов пшеницы озимой с повышенным содержанием в зерне белка и клейковины по эффективности использования воды, заключающийся в расчете отношения интенсивности фотосинтеза к интенсивности транспирации, включающий измерение интенсивности фотосинтеза и интенсивности транспирации флаговых листьев, которое проводят в фазу налива зерновок с 8:00 до 10:00 часов дня по местному времени с помощью переносного газоанализатора марки GFS-3000 FL, измерительную камеру которого прикрепляют к листу растения, при этом в измерительной камере устанавливают режим освещения - 1000 мкмоль/м2с, при этом генотипами с повышенным содержанием в зерне белка и клейковины признаются сорта и селекционные образцы со значением эффективности использования воды на 30% больше от средней по оцениваемой выборке.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области биохимии, в частности к способу идентификации растения канолы, обладающего резистентностью к черной ножке. При этом способ включает детекцию в растении канолы по меньшей мере одного маркера, сцепленного с резистентностью к черной ножке.

Изобретение относится к сельскому хозяйству применительно к селекции винограда на иммунитет к патогенным грибам. Способ индуцированного мутагенеза при селекции винограда на устойчивость к милдью и оидиуму осуществляют путем обработки семян электроактивированной водой кислой реакции, когда семена находятся в электролитической ячейке и подвергаются воздействию постоянного электрического тока напряженностью 65 вольт, при экспозиции 8 часов.

Изобретение относится к области биохимии, в частности к способу идентификации растения канолы, обладающего резистентностью к черной ножке. При этом способ включает детекцию в растении канолы по меньшей мере одного маркера, сцепленного с резистентностью к черной ножке.
Изобретение относится к области биотехнологии. Изобретение представляет собой способ оценки селекционного материала, состоящий из маркирования устойчивых и толерантных к ржавчине растений в фазу молочной, молочно-восковой спелости.

Изобретение относится к области биотехнологии. Изобретение представляет собой способ отбора материнских деревьев Betula pendula, продуцирующих семенное потомство с разной стабильностью генетического материала соматических клеток, по биохимическим параметрам (количество общего белка в семенах и проростках, активность пероксидазы), включающий выделение не менее пяти учетных фенотипически здоровых деревьев березы повислой, достигших генеративного возраста, на каждой исследуемой территории, срез трех побегов с каждого дерева с распускающимися листьями или почками длиной не менее 30 см, сбор и проращивание семян Betula pendula от каждого материнского растения в отдельности не менее 300 штук, определение активности пероксидазы в распускающихся листьях и количества общего белка в семенах и проростках, при этом вычисляют активность пероксидазы материнского растения, полученное значение сравнивают со значением 0,28 мкмоль/мин/мг, выше которого материнский экземпляр продуцирует мутабильное семенное потомство, в противном случае - слабомутабильное, а вычисленное количество общего белка в семенах и проростках сравнивают со значениями 0,180 мг/мл и 0,160 мг/мл соответственно, ниже которых материнский экземпляр продуцирует мутабильное семенное потомство, характеризующееся низкой всхожестью и ростовой способностью, в противном случае - слабомутабильное с высокой всхожестью и ростовой способностью.

Изобретение относится к области биотехнологии. Изобретение представляет собой способ отбора материнских растений Betula pendula, продуцирующих семенное потомство с разной стабильностью генетического материала соматических клеток, по уровню флуктуирующей асимметрии листовой пластинки, отличающийся тем, что выделяется не менее пяти учетных фенотипически здоровых деревьев березы повислой, достигших генеративного возраста, на каждой исследуемой территории собирается не менее 50 листьев примерно одинакового размера с максимального количества доступных укороченных побегов нижней части кроны, относительно равномерно вокруг дерева, определяется флуктуирующая асимметрия как среднее арифметическое отношение разности к сумме промеров листа слева и справа, отнесенное к числу признаков; анализируется флуктуирующая асимметрия по пяти параметрам каждого листа (ширина левой и правой половинок листа, длина жилки второго порядка, второй от основания листа, расстояние между основаниями первой и второй жилок второго порядка, расстояние между концами этих же жилок, угол между главной жилкой и второй от основания листа жилкой второго порядка), при этом вычисляют величину флуктуирующей асимметрии листа материнского растения, полученные значения сравнивают со значением 0,020, выше которого материнский экземпляр продуцирует мутабильное семенное потомство, в противном случае – слабомутабильное.

Изобретение относится к области биотехнологии. Изобретение представляет собой способ отбора in vitro кислотовыносливых форм клевера лугового, включающий культивирование на питательной среде Гамборга В5 морфогенной культуры клевера лугового, полученной путем проращивания семян и культивирования проростков на питательной агаризованной среде Гамборга В5 с 2 мг/л 6-бензиламинопурина и 100 мг/л Al3+, где морфогенную ткань получают путем субкультивирования эпикотилей проростков без корней и с корнями менее 4-5 мм с селективной питательной агаризованной среды Гамборга В5 с 2 мг/л 6-бензиламинопурина и 100 мг/л Al3+ на среду того же состава, но без Al3+, а оценку кислотовыносливости морфогенной ткани проводят по индексу роста (не ниже 5,0) через 3-4 недели повторного культивирования эксплантов (кусочки морфогенной ткани) на селективной среде с 100 мг/л Al3+ и способности образовавшихся из морфогенной ткани растений-регенерантов выживать после 3-4 скашиваний в грунтовой теплице в течение не менее 3 лет вегетации.

Изобретение относится к области биотехнологии. Изобретение представляет собой способ отбора растений яровой мягкой пшеницы с укороченным сроком колошения, включающий скрещивание родительских образцов мягкой пшеницы, самоопыление гибридов первого поколения F1 для получения гибридов второго поколения F2, среди которых с помощью молекулярных ПЦР-маркеров отбирают растения с генами, определяющими сроки колошения, повторное самоопыление отобранных растений для получения поколения F3 и тестирование последних в полевых условиях на оценку сроков колошения, где сорт яровой мягкой пшеницы «Тулун 15», содержащий аллель нечувствительности к фотопериоду Ppd-D1a, а также аллели Vrn-A1a, Vrn-B1c и Vrn-В3а, определяющие ранние сроки колошения, скрещивают с коммерческим сортом мягкой пшеницы «Обская 2», отбирают из поколения F2 с помощью молекулярных ПЦР-маркеров 1а и 1б растения, содержащие в гомозиготном состоянии аллель Ppd-D1a, анализируют растения F2, отобранные с помощью молекулярных маркеров 1а и 1б, с помощью аллель-специфичных маркеров 2а, 3а, 3б, 4а, 4б, отбирают растения, содержащие в гомозиготном состоянии аллели Vrn-A1a, Vrn-B1c и Vrn-В3а, определяющие ранние сроки колошения.

Изобретение относится к области биотехнологии. Сущность изобретения заключается в том, что высокопродуктивные селекционные образцы выделяют по максимальному показателю индекса продуктивности растений (ИПР), который определяется в фазу полного созревания по длине колоса, числу зерен в колосе и массе зерна с колоса, по формуле: ИПР=(ЧЗ × ВЗ)/ДК, где ЧЗ - число зерен, шт.; ВЗ - масса зерна с колоса, г; ДК - длина колоса, см.

Изобретение относится к области биотехнологии. Изобретение представляет собой способ отбора дигаплоидных растений капусты белокочанной Brassica oleracea, устойчивых к сосудистому бактериозу, включающий межвидовую гибридизацию с последующим беккроссированием и отбором растений с устойчивостью к сосудистому бактериозу, где межвидовую гибридизацию проводят между амфидиплоидным видом горчицы эфиопской В.
Изобретение относится к области биотехнологии. Изобретение представляет собой способ ускорения получения линии-донора устойчивости подсолнечника к расе G заразихи, включающий сбор семян заразихи на посевах гибрида подсолнечника, частично устойчивого к расе G заразихи, идентификацию расовой принадлежности семян заразихи и отбор образцов, представляющих расу G, посев в теплице семян перспективного гибрида подсолнечника, восприимчивого к расе G заразихи, на инфицированном семенами этой расы фоне, отбор устойчивых растений через 25 дней от их всходов, пересадку отобранных устойчивых растений на инфицированный семенами расы G заразихи фон в теплице, доращивание их до фазы «цветение», самоопыление и доращивание до сбора урожая, прохождение собранными семенами подсолнечника периода покоя, посев прошедших период покоя семян на инфицированный семенами расы G заразихи фон в теплице, далее осуществляют такие же операции и в той же последовательности, какие были выполнены после посева семян восприимчивого к расе G заразихи гибрида подсолнечника - от «отбора» и до сбора урожая и прохождения собранными семенами периода покоя, посев прошедших период покоя семян подсолнечника на инфицированный семенами расы G заразихи фон в теплице, отбор не пораженных (устойчивых) заразихой растений через 25 дней после их всходов, пересадка их в поле, доращивание до фазы «цветение», изолирование корзинок подсолнечника, самоопыление, доращивание до сбора урожая, использование собранных семян подсолнечника в качестве линии-донора устойчивости к расе G заразихи. Изобретение позволяет в течение полутора лет получать линии, константные по признаку устойчивости к расе G заразихи. 3 з.п. ф-лы, 1 пр.
© Патентный поиск, поиск патентов на изобретения - FindPatent.RU 2012-2024
Политика конфиденциальности 2019-09-02 2020-04-29T17:00:03
Наверх