Способ отбора генотипов гречихи и сои, отзывчивых на повышенное содержание углекислого газа в воздухе
Владельцы патента RU 2740216:
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 гречихи и сои, отзывчивых на повышенное содержание углекислого газа в воздухе, заключающийся в измерении интенсивности фотосинтеза листьев, при этом измерения проводят с 9:00 до 11:00 часов дня с помощью переносного газоанализатора марки LI-6400 XT или аналога, измерительную камеру которого прикрепляют к листу растения, для измерения выбирают листья первого плодоносящего узла в фазу плодообразования, согласно изобретению, в измерительной камере переносного газоанализатора устанавливают поочередно нормальную концентрацию углекислого газа, соответствующую среднегодовому значению в земной атмосфере, и повышенную в 4 раза концентрацию углекислого газа, при этом отзывчивыми признают генотипы гречихи и сои, у которых при повышенной в 4 раза концентрации углекислого газа интенсивность фотосинтеза увеличивается не менее чем в 2,3 раза. Используя данный способ, можно с высокой точностью и минимальными затратами времени проводить оценку генотипов гречихи и сои по реакции их растений на концентрацию углекислого газа в воздухе и выделять среди них наиболее отзывчивые на повышенное содержание углекислого газа в воздухе. 1 табл., 2 ил.
Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к области растениеводства и селекции.
Одной из основных задач современной селекции и растениеводства является создание сортов сельскохозяйственных растений, формирующих высокий и стабильный урожай в разных условиях выращивания. Важное значение в данном случае имеет эффективность использования растениями углекислого газа из воздуха.
За последние полвека в связи с глобальным потеплением климата отмечено быстрое увеличение содержания углекислого газа в атмосфере (Kerr, R.A.: It's official: humans are behind most of global warming. Science. 2001. Vol. 291, Issue 5504, pp. 566. Doi: 10.1126/science.291.5504.566A) [1], что положительно сказывается на увеличение фотосинтеза и продуктивности большинства сельскохозяйственных культур (Jablonski, L.M., Wang, X. And Curtis, P.S. Plant reproduction under elevated CO2 conditions: a meta-analysis of reports on 79 crop and wild species. New Phytologist. 2002, 156: 9-26. doi:10.1046/j.1469-8137.2002.00494.x) [2].
В настоящее время разработаны системы по обогащению углекислым газом воздуха в посевах сельскохозяйственных культур как в защищенном грунте (Патент РФ №2402 898 A01G 31/00, опубликован 10.11.2010 бюл. №31) [3], так и на производственных посевах в естественных условиях среды (Ainsworth Е.А. & Long S.P. What have we learned from 15 years of free-air CO2 enrichment (FACE)? A meta-analytic review of the responses of photosynthesis, canopy properties and plant production to rising CO2. New Phytologist. 2005. 165, 351-371. Doi: https://doi.org/10.1111/j.1469-8137.2004.01224.x) [4].
Поэтому целенаправленная селекция, направленная на создание генотипов сельскохозяйственных культур, отзывчивых на повышенное содержание углекислого газа в воздухе, позволит более эффективно использовать биологический потенциал культуры в условиях происходящего глобального изменения климата.
Наиболее близким к заявленному способу является способ оценки селекционного материала гороха посевного на интенсивность фотосинтеза (Патент РФ №2626586 А01Н 1/04, опубликован 28.07.2017 бюл. №22) [5].
Недостатком известного способа является то, что он не позволяет оценивать и отбирать генотипы сельскохозяйственных культур (в частности гречихи и сои), отзывчивых на повышенное содержание углекислого газа в воздухе.
Задачей данного изобретения является разработка способа, позволяющего оценивать и отбирать генотипы гречихи и сои, отзывчивые на повышенное содержание углекислого газа в воздухе.
Техническим результатом изобретения является определение предельных значений интенсивности фотосинтеза растений гречихи и сои в зависимости от концентрации углекислого газа в воздухе.
Поставленная задача и указанный технический результат достигается за счет того, что в заявляемом способе отбора генотипов гречихи и сои, отзывчивых на повышенное содержание углекислого газа в воздухе, заключающимся в измерении интенсивности фотосинтеза листьев с 9:00 до 11:00 часов дня с помощью переносного газоанализатора марки LI-6400 XT или аналога, измерительную камеру которого прикрепляют к листу растения, для измерения выбирают листья первого плодоносящего узла в фазу плодообразования, согласно изобретению, в измерительной камере переносного газоанализатора устанавливают поочередно нормальную концентрацию углекислого газа, соответствующую среднегодовому значению в земной атмосфере, и повышенную в 4 раза, при этом отзывчивыми признают генотипы гречихи и сои, у которых при повышенной в 4 раза концентрации углекислого газа интенсивность фотосинтеза увеличивается не менее чем в 2,3 раза.
Сущность предлагаемого решения поясняется чертежами, где представлена интенсивность фотосинтеза в зависимости концентрации углекислого газа в измерительной камере: фиг. 1 - у разных сортов гречихи; фиг. 2 - у разных сортов сои.
Ранее экспериментально было установлено, что наиболее значимые генетические различия фиксируются в фазу плодообразования (Патент РФ №2626586 А01Н 1/04, опубликован 28.07.2017 бюл. №22) [5], поэтому отбор предлагается проводить, прежде всего, в фазу плодообразования по интенсивности фотосинтеза листьев первого плодоносящего узла, на который ложится основная нагрузка в обеспечении растений фотоассимилятами (Бартков, Б.И. Распределение ассимилятов в период плодоношения бобовых растений (о принципе дублирования в фотосистемах) / Б.И. Бартков, Е.Г. Зверева //Физиология и биохимия культурных растений. - 1974. - Т.6. - Вып. 5. - С. 502-505) [6].
Экспериментально установлена высокая зависимость интенсивности фотосинтеза листьев растений от концентрации углекислого газа в измерительной камере у растений гречихи и сои (фиг. 1, 2). Коэффициент корреляции между ИФ и концентрацией углекислого газа в воздухе составлял у изученных культур от 0,78 до 0,87.
Учет интенсивности фотосинтеза осуществляют в утренние часы - с 9 до 11, 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. Способ осуществляется следующим образом.
Измерение интенсивности фотосинтеза листьев проводят при разных уровнях концентрации углекислого газа в измерительной камере: среднегодовое значение в земной атмосфере и повышенное в 4 раза, с помощью переносного газоанализатора марки LI-6400 XT или аналога, позволяющим устанавливать требуемый уровень концентрации углекислого газа в измерительной камере, которую прикрепляют к листу первого плодоносящего узла растения, и после стабилизации ее рабочего режима (1-1,5 минуты) фиксируют на цифровом экране прибора значения интенсивности фотосинтеза. Для измерения отбирают 5-7 типичных для генотипа растений, произрастающих в середине делянки, у которых листья не имеют повреждений вредителями и поражений болезнями.
По результатам оценки при последующем анализе полученных экспериментальных данных, опытные сорта ранжируют по увеличению значений интенсивности фотосинтеза при повышенной в 4 раза концентрации углекислого газа по сравнению с концентрацией в естественных условиях (среднегодовое значение в земной атмосфере). Отзывчивыми считаются генотипы культуры, у которых при повышенной в 4 раза концентрации углекислого газа интенсивность фотосинтеза увеличивается не менее чем в 2,3 раза.
В опытах подтверждено, что интенсивность фотосинтеза растений гречихи и сои имеет ярко выраженную реакцию на изменение концентрации углекислого газа в воздухе. При искусственном увеличении содержания углекислого газа в измерительной камере интенсивность фотосинтеза возрастает как у сортов гречихи, так и у сортов сои, при этом генотипы культур по-разному реагируют на изменение концентрации углекислого газа, а наибольшая дифференциация отмечается при повышенной в 4 раза концентрации углекислого газа (фиг. 1, 2).
Оценка генотипов гречихи и сои по интенсивности фотосинтеза при разной концентрации углекислого газа в измерительной камере позволила установить их реакцию на изменение данного фактора и дифференцировать их по увеличению интенсивности фотосинтеза при повышенной (в 4 раза) концентрации углекислого газа (табл.).
В 2011, 2014-2015 годах проведения исследований, среднегодовое значении в земной атмосфере концентрации углекислого газа 250 ppm.
В результате было выделено 2 сортообразца культуры гречихи (К-406 и «Дождик»), у которых при повышенной в 4 раза концентрации углекислого газа интенсивность фотосинтеза увеличилась в 2,34 и 2,30 раза соответственно, и 2 сорта у культуры сои («Магева» и «Ланцетная»), у которых при повышенной в 4 раза концентрации углекислого газа интенсивность фотосинтеза увеличилась в 2,47 и 2,57 раза соответственно, которые можно рекомендовать селекции в качестве источников отзывчивых на повышенное содержание углекислого газа в воздухе.
Используя данный способ, можно: с высокой точностью и минимальными затратами времени проводить оценку генотипов гречихи и сои по реакции их растений на концентрацию углекислого газа в воздухе и выделять среди них наиболее отзывчивые на повышенное содержание углекислого газа в воздухе.
Способ отбора генотипов гречихи и сои, отзывчивых на повышенное содержание углекислого газа в воздухе, заключающийся в измерении интенсивности фотосинтеза листьев, при этом измерения проводят с 9:00 до 11:00 часов дня с помощью переносного газоанализатора марки LI-6400 XT, измерительную камеру которого прикрепляют к листу растения, для измерения выбирают листья первого плодоносящего узла в фазу плодообразования, отличающийся тем, что в измерительной камере переносного газоанализатора устанавливают поочередно нормальную концентрацию углекислого газа, соответствующую среднегодовому значению в земной атмосфере, и повышенную в 4 раза, при этом отзывчивыми признают генотипы гречихи и сои, у которых при повышенной в 4 раза концентрации углекислого газа интенсивность фотосинтеза увеличивается не менее чем в 2,3 раза.
