close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

22.Сельскохозяйственная биология №5 2010

код для вставкиСкачать
???????????????????? ????????
ISSN 0131-6397
????????????????????
????????
?5/2010
(1-128)
?????? 70804
ISSN 0131-6397
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
??????????
????????
????????????????????
????
????????????????????
????????
?????
????????
????????
?5/2010
?5
2010
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
РЕФЕРИРУЕМЫЙ ЖУРНАЛ. ВНЕСЕН В ПЕРЕЧЕНЬ ВЕДУЩИХ
РЕЦЕНЗИРУЕМЫХ НАУЧНЫХ ЖУРНАЛОВ И ИЗДАНИЙ ВАК
ВЫХОДИТ 2 РАЗА В ГОД
ПОДПИСНОЙ ИНДЕКС — 14800
ПРИНИМАЮТСЯ К ПУБЛИКАЦИИ НАУЧНЫЕ
И ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ СТАТЬИ, А ТАКЖЕ
РЕКЛАМА НА ВЫГОДНЫХ УСЛОВИЯХ
ПОДРОБНАЯ ИНФОРМАЦИЯ НА САЙТЕ http://www.vniimk.ru
В РАЗДЕЛЕ «ПУБЛИКАЦИИ»
ТЕЛЕФОН РЕДАКЦИИ: +7 (861) 275-88-65, ФАКС: (861) 254-27-80
E-mail: vniimk-center@yandex.ru
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
??????????
????????
????????????????????
????
????????????????????
????????
??????-?????????????
??????
???????
? ??????
1966 ????
?????
????????
????????
????? ??????? ??? ???? ? ???
?
5
???????? – ???????
2010 ??????
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
РЕДАКЦИОННЫЙ СОВЕТ
А.А. ЖУЧЕНКО — председатель
В.М. АНАНЬИНА, Н.Н. БАЛАШОВА, Л.А. БЕСПАЛОВА, А.А. ГОНЧАРЕНКО,
П.Л. ГОНЧАРОВ, И.В. ГОРБАЧЕВ, Н.И. ДЗЮБЕНКО, В.А. ДРАГАВЦЕВ,
С.С. ЛИТВИНОВ, В.М. ЛУКОМЕЦ, К.В. НОВОЖИЛОВ, В.Ф. ПИВОВАРОВ,
И.В. САВЧЕНКО, Б.И. САНДУХАДЗЕ, Е.Н. СЕДОВ, И.А. ТИХОНОВИЧ,
И.Е. УГРЮМОВА (зам. главного редактора), Л.М. ФЕДОРОВА (главный редактор), Е.М. ХАРИТОНОВ, Л.В. ХОТЫЛЕВА, А.К. ЧАЙКА
EDITORIAL BOARD
A.A. ZHUCHENKO — Chairman of the Editorial Board
V.M. ANANYINA, N.N. BALASHOVA, L.A. BESPALOVA, A.A. GONCHARENKO,
P.L. GONCHAROV, I.V. GORBACHEV, N.I. DZYUBENKO, V.A. DRAGAVTSEV,
S.S. LITVINOV, V.M. LUKOMETS, K.V. NOVOZHILOV, V.F. PIVOVAROV,
I.V. SAVCHENKO, B.I. SANDUKHADZE, E.N. SEDOV, I.A. TIKHONOVICH,
I.E. UGRYUMOVA (assistant editor-in-chief), L.M. FEDOROVA (editor-in-chief),
E.M. KHARITONOV, L.V. KHOTYLEVA, A.K. CHAIKA
Журнал входит в Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий в Российской Федерации (Перечень ВАК), в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученой
степени доктора и кандидата наук (по агрономии и лесному хозяйству, а
также по биологическим наукам).
Научные редакторы Е.В. КАРАСЕВА, Л.М. ФЕДОРОВА
Заведующая редакцией И.Н. БЕЛОЗЕРОВА
Корректор М.Л. ГЕНИНГ
Адрес редакции:
127434 г. Москва, Дмитровское ш., д. 11, офис 343,
журнал «Сельскохозяйственная биология»
Телефон/факс: + 7 (495) 977-88-19, + 7 (495) 976-32-73
E-mail: agr.biologia@mtu-net.ru Сайт в Интернете: www.agrobiology.ru
Учредитель — Российская академия сельскохозяйственных наук
Рег. № 01019 от 23 апреля 1992 года Министерства печати и информации РФ
Типография Россельхозакадемии: 115598 г. Москва, ул. Ягодная, д. 12
Формат 70Ч108 1/16. Печать офсетная. Заказ
© «Сельскохозяйственная биология», 2010
Цена 400 р.
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ БИОЛОГИЯ, 2010, № 5
Итоги, проблемы
УДК 635.1/.8:631.52
К 90-ЛЕТИЮ ВСЕРОССИЙСКОГО НИИ СЕЛЕКЦИИ И
СЕМЕНОВОДСТВА ОВОЩНЫХ КУЛЬТУР: ИСТОРИЯ,
ДОСТИЖЕНИЯ, ПРИОРИТЕТЫ
В.Ф. ПИВОВАРОВ
Представлена краткая история создания ВНИИССОК как ведущего научного учреждения, научно-методического и селекционного центра для Нечерноземной зоны России, координатора по селекции, семеноводству овощных культур, новых нетрадиционных растений, биотехнологии. Описаны научные и селекционные достижения института. Обсуждаются перспективы
развития селекции и семеноводства и приоритетные направления научных исследований.
Ключевые слова: ВНИИССОК, селекция и семеноводство, сорта, гибриды, овощные
культуры.
Key words: All-Russian Research Institute of Vegetable Breeding and Seed Production,
breeding, seed production, varieties, hybrids, vegetable crops.
Первый период опытнической работы по селекции и семеноводству овощных культур в СССР и история Всероссийского НИИ селекции и
семеноводства овощных культур (ВНИИССОК) начались с организации в
1920 году питомника сортовых семян — Грибовского селекционного отдела Осорьинского куста огородно-семенных хозяйств, где было развернуто
значительное для того времени направление исследований — завоз и испытание лучших сортов огородных культур.
В стране придавалось особое значение развитию семеноводства: в
1921 году выходит декрет «О семеноводстве», который послужил основой
для плановой работы по селекции всех сельскохозяйственных культур, в том
числе овощных. К концу 1921 года Грибовский селекционный отдел, переименованный в Грибовскую овощную селекционную опытную станцию, вошел в состав селекционного отдела Московской областной сельскохозяйственной опытной станции (МОСХОС). Первым директором и научным руководителем этой станции стал профессор Московской сельскохозяйственной
академии имени К.А. Тимирязева Сергей Иванович Жегалов. Перед возглавляемой им небольшой группой молодых исследователей-селекционеров
(среди них — В.В. Ордынский, Е.М. Попова, В.К. Соловьева и др.) была поставлена непростая задача: в кратчайший срок улучшить сорта и обеспечить
получение элитных семян по основным овощным культурам.
В первые же годы благодаря упорному труду коллектива удалось
выделить лучшие местные и иностранные сорта овощных культур, провести поисковые исследования исходного материала, разработать эффективные методы улучшения имеющихся и создания новых отечественных сортов, началось выращивание семенного материала, вовлечение в селекцию
нетрадиционных для средней полосы России овощных растений. В 1930
году станция выпустила селекционные семена 45 сортов по 14 культурам,
в 1935-1940 годах — 64 сортов по 24 культурам, а в 1936 году импорт семян овощных был прекращен.
Селекционная работа на Грибовской станции не прерывалась и в
годы Великой Отечественной войны, когда основной задачей было сохранение генофонда и снабжение семенами хозяйств, производящих овощи
для фронта и тыла. Значительная часть мужчин (не только рабочие, но и
ученые) были мобилизованы, все тяготы военного времени легли на плечи
3
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
женщин. В этот период станцию возглавляла Елизавета Ивановна Ушакова, ставшая позднее первой женщиной-академиком ВАСХНИЛ.
Е.И. Ушакова всегда уделяла большое внимание организации семеноводства овощных и бахчевых культур, получению высококачественной семенной элиты, считая производство семян любого сорта завершающим этапом селекционного процесса. Селекционеры, внесшие основной
вклад в создание сортов овощных культур, — А.И. Каменская, Т.В. Смолина, А.Д. Плинка, И.И. Ершов, О.В. Юрина, Н.А. Рабунец, Ю.И. Муханова, И.Е. Китаева и многие другие. В 1946 году за высокие достижения в
области селекции и семеноводства академикам Е.И. Ушаковой, А.В. Алпатьеву, селекционерам С.П. Агапову и Е.М. Поповой присвоили звание
лауреатов Государственной премии СССР.
В основу научной и практической деятельности плеяды великих
ученых того времени была положена задача разрабатывать и применять более совершенные и эффективные методы селекции для создания сортов и
гетерозисных гибридов с измененными биологическими свойствами — более скороспелых, холодостойких, урожайных, обладающих высокими вкусовыми и пищевыми качествами, приспособленных к механизированной
уборке урожая. Характерно, что первые в России исследования по гетерозису
овощных культур также начаты на Грибовской станции Г.В. Тотмаковым,
Р.Е. Химичем и др. В результате усилиями селекционеров созданы сорта, составляющие «золотой фонд России» и широко распространенные до настоящего времени: капусты белокочанной — Номер Первый 147, Амагер 611,
Слава Грибовская 231, моркови — Нантская 4, свеклы столовой — Бордо
237, репы — Петровская 1, огурца — Муромские 36, Вязниковские 37, редиса — Розово-красный с белым кончиком, кабачка — Грибовские 37, томата — Грунтовый Грибовский 1180, Штамбовый Алпатьева 905-А и др.
Указанные выше задачи селекции не утратили актуальности до настоящего времени и решаются на более высоком методическом уровне с
использованием современных методов и оборудования. Во ВНИИССОК особое внимание уделяется проблемам генетики, экологии, иммунитету, физиологии и биохимии растений, разработке современных технологий возделывания, вопросам адаптивного растениеводства с рациональным размещением овощных культур применительно к агроэкологическим условиям. В последние годы возрастает значимость таких перспективных направлений,
как молекулярная генетика (выявление и картирование генов хозяйственно
ценных признаков), биотехнологические исследования (создание и размножение ценных растений). Наиболее важным остается расширение спектра
генетической изменчивости, поиск и сохранение биоразнообразия генофонда как источника генов и генных сочетаний. В связи с этим очевидна необходимость развития исследований по межвидовой гибридизации. Более
100 лет для улучшения сортов по ряду признаков (устойчивость к вредителям и болезням, к неблагоприятному воздействию абиотических факторов, цитоплазматическая мужская стерильность и восстановление фертильности при получении гибридов, качественные характеристики сортов, более стабильная урожайность) в селекционный процесс широко вовлекаются дикие виды. В настоящее время в мире на основе межвидовых гибридов получены ценные коммерческие сорта основных овощных культур.
В 1930-е годы на Грибовской станции А.А. Кривенко провел первые эксперименты по отдаленной гибридизации лука, которые в дальнейшем были продолжены: под руководством Н.И. Тимина в лаборатории генетики и цитологии разработаны методы межвидовой гибридизации и совместно с лабораторией селекции и семеноводства луковых культур созданы
формы лука Allium cepa Ѕ A. fistulosum, A. cepa Ѕ A. оschaninii, A. cepa Ѕ A. vavilovii, на основе которых получены сорта Изумрудный, Сигма, Золотые
4
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
купола с высокой устойчивостью к пероноспорозу и стабильно высокой
урожайностью (1). Установлена возможность получения апомиктичных семян у лука репчатого посредством опыления растений пыльцой тетраплоидного вида A. nutans. Методом эмбриокультуры in vitro получены растения-апомикты матроклинного типа, изучается природа этого апомиксиса.
В роде Lactuca применение межвидовой гибридизации позволило
выделить оригинальные формы — генетические источники разной продолжительности вегетационного периода, рассеченности и окраски листьев, высокой теневыносливости растений в условиях теплицы, повышенного содержания витамина С, низкого содержания нитратов. На их основе созданы сорта Новогодний, Изумрудный, Творец, Алекс, Коралл, Малахит. С использованием межвидового гибрида физалиса овощного создан
сорт Десертный, характеризующийся повышенной урожайностью и устойчивостью к болезням, высоким содержанием сахаров, пектина, отсутствием горечи, что позволяет использовать плоды в свежем виде (2). Начаты
исследования по вовлечению диких видов баклажана (Solanum sisimbrifolium, S. integrifolium и S. aethiopicum) в селекционный процесс с целью передачи признаков устойчивости к абиотическим стрессорам.
На основе межвидовой гибридизации разработана технология создания исходного материала перца, устойчивого к вирусным заболеваниям,
включающая проведение межвидовой гибридизации с применением методики преодоления спорофитной несовместимости, культивирование in vitro изолированных зародышей для преодоления гаметофитной несовместимости, молекулярный контроль наличия генов резистентности (R-генов)
у диких видов и межвидовых гибридов RGA-маркированием (resistance
gene analogs), оценку межвидовых гибридов разных поколений на инфекционном фоне для выделения устойчивых генотипов. В результате созданы линии перца сладкого, толерантные к вирусу бронзовости томата
(TSWV): Л-(Здоровье Ѕ Capsicum frutescens), Л-(Здоровье Ѕ C. chinense), Л[Чаймс Ѕ (C. annuum Ѕ С. frutescens)], Л-(C. annuum Ѕ C. chinense), Л-[C. annuum Ѕ C. frutescens) Ѕ Здоровье] (3).
С использованием различных типов генотипической изменчивости
разработаны методы выведения форм и линий овощных растений и в результате созданы линии моркови — генетические источники высокой комбинационной способности по продуктивности, раннеспелости, устойчивости к альтернариозу, с интенсивно-оранжевой окраской корнеплода и высоким содержанием каротина, линии А с цитоплазматической мужской стерильностью двух
типов (браун и петалоид), а также фертильные инбредные линии В и С, на основе которых получены гетерозисные гибриды F1 (Грибовчанин, Дарунок и др.).
В последние годы в институте усилены исследования по разработке
современных инновационных методов и методов экспресс-оценки для ускорения селекционного процесса и повышения эффективности отбора.
Активно совершенствуются традиционные и предлагаются новые технологии селекции: индукция рекомбиногенеза, комбинационная и экотипическая селекция по микрогаметофиту, селекция репродуктивных структур,
гаплоидия, андро- и гиногенез в культуре in vitro, хромосомная инженерия, трансгеноз, применение молекулярных, экологических методов и др.
Так, в лаборатории биотехнологии разработана технология культивирования пыльников моркови in vitro. Методика апробирована на ряде сортообразцов моркови европейского происхождения — НИИОХ 336, Витаминная, Московская зимняя А-515, Лосиноостровская 13, Леандр, Шантанэ
2461, сортотип Амстердамская, Напе, Рондо, а также на гибридах F1 Каратан, Калисто. Среди растений-регенерантов прослеживалась гаметоклональная изменчивость, что визуально проявляется в окраске и форме листовой
пластинки и корнеплодов, а также подтверждается результатами RAPD5
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
анализа (random amplified polymorphic DNA) (4). Предложена методика получения дигаплоидных растений в культуре неопыленных семяпочек моркови, лука, огурца (5, 6). По эффективности выхода дигаплоидных растений огурца эта методика превосходит зарубежные аналоги в несколько
раз. Разработаны методы клонального микроразмножения основных овощных и цветочных культур: моркови, чеснока, лука, свеклы, различных видов капусты, огурца, салата листового, перца сладкого, ревеня, якона и др.
В сотрудничестве c учеными ФИБХ РАН (г. Пущино, Московская
обл.) получены трансгенные растения моркови с генами GUS, дефензина
Rs и тауматина II и выявлена экспрессия гена тауматина II в листьях и
корнеплодах. Проростки из семян, полученных от самоопыления трансгенных растений, на искусственном инфекционном фоне обладали устойчивостью к возбудителю альтернариоза. Растения семей RТ2-Т4 проявляли устойчивость к Fusarium avenaceum (4).
Благодаря значительному прогрессу в молекулярной генетике технология молекулярного маркирования превратились в одно из важнейших научных направлений, призванных ускорить и усовершенствовать селекционный процесс. Во ВНИИССОК используются современные молекулярные методы и подходы, позволяющие идентифицировать гены или локусы, отвечающие за устойчивость растений к заболеваниям, и разрабатывать SCAR
(sequence-characterized amplified region), CAPS (сleaved amplified polymorphic
sequences) и другие молекулярные маркеры, которые широко применяются в
маркер-ассоциированной селекции (MAS). Так, для выявления полиморфизма по локусу pvr4 гена устойчивости к Y-вирусу картофеля у родительских
форм C. annuum и C. chinense был проведен молекулярный анализ растений
из расщепляющихся популяций, позволивший выявить как гомозиготные,
так и гетерозиготные генотипы. Таким образом, использование полученного
кодоминантного аллель-специфического CAPS-маркера позволит ускорить
селекционный процесс, поскольку уже на раннем этапе (на стадии проростка) возможен отбор генотипов, несущих аллель pvr4 гена, отвечающий за устойчивость к Y-вирусу картофеля. Проведено исследование генетической изменчивости капустных культур с использованием ДНК-маркеров. RAPD-технология была применена для анализа образцов с геномом С и А (7, 8).
С помощью cDNA-AFLP (amplified fragment length polymorphism)
было показано, что холодостойкость у томата контролируется полигенно и
экспрессия генов устойчивости к холоду у резистентного образца при холодовом стрессе выше, чем у восприимчивого (7).
В 1937 году впервые в стране на Грибовской станции академик
А.В. Алпатьев использовал методы гаметной селекции для отбора холодоустойчивых форм пасленовых культур, что позволило выращивать их в более северных районах. В институте и в настоящее время широко применяются методы гаметной селекции для получения форм овощных культур,
устойчивых к различным неблагоприятным абиотическим и биотическим
стрессорам. Успешно апробированы экспресс-оценка на уровне микрогаметофита и гаметный отбор на устойчивость к фитопатогенам и абиотическим факторам среды — температурным и водным стрессорам (9). В результате массового отбора по комплексу хозяйственно ценных признаков
и анализа пыльцы из сортопопуляции репы сорта Гейша выделена холодостойкая форма, ставшая исходной при создании сорта Снегурочка (10). На
основе селекции по спорофиту и микрогаметофиту разработана методология отбора перца сладкого на холодостойкость и получен сорт Памяти Жегалова для открытого грунта с урожайностью 5,6 кг/м2 (10). С применением гаметных методов селекции при искусственном моделировании стрессовых условий в фитопатологическом боксе на томате показано, что холодостойкие генотипы могут обладать устойчивостью к вирусной инфекции
6
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
и, наоборот, генотипы, устойчивые к вирусам, — холодостойкостью (9).
На Грибовской станции и во ВНИИССОК исключительно большое
внимание уделяется иммунитету растений. Ежегодно проводится фитопатологический мониторинг и скрининг, а также оценка устойчивости овощных культур к фитопатогенам (капусты белокочанной — к киле, фузариозному увяданию, сосудистому и слизистому бактериозу, альтернариозу и
вредителям; моркови, пастернака, гороха, фасоли — к группе патогенов;
лука — к пероноспорозу; перца сладкого — к вирусной инфекции) и выделяются эффективные источники устойчивости. Изучается внутривидовая
дифференциация возбудителей наиболее вредоносных болезней на уровне
штаммов и рас по признаку патогенности. Идентифицирован видовой состав патогенов, ранее не зафиксированных на овощных культурах в условиях Московской области: на корнеплодах моркови — Sclerotinia nivalis,
Pseudocercosporidium carotae; на листьях и бобах фасоли — Fusarium proliferatum, F. subglutinans ; на листьях бобов овощных — Gliocladium roseum; выделен возбудитель тифулеза Tiphula ishikariensis, ранее не зарегистрированный в России на корнеплодах свеклы (11). Выявлены основные болезни
чеснока озимого Allium sativum L. в различных областях возделывания и
проведена видовая идентификация возбудителей (12). С использованием
недавно предложенной тест-системы экспресс-анализа Agdia (Франция)
подтвержден ранее идентифицированный состав вирусных патогенов на
перце, а также показана устойчивость выделенных образцов.
Ежегодный скрининг селекционного материала на наличие источников устойчивости и толерантности способствовал созданию ряда сортов
и гибридов овощных культур с групповой устойчивостью к болезням:
огурца — F1 Катюша, F1 Дебют, F1 Кумир, F1 Крепыш, F1 Брюнет, Коротышка и др.; бахчевых культур — тыквы Россиянка, Улыбка, Веснушка,
Конфетка, Ольга; кабачка — Фараон, Русские спагетти, Уголек и др.; томата — Дубрава, Челнок, Отрадный, Патрис, Гранд, Тотошка, Светлячок
и др.; перца сладкого — F1 Адепт, F1 Сибиряк, F1 Княжич, Желтый букет,
Памяти Жегалова, Казачок, Сластена; лука репчатого — Ботерус, Золотничок, Спутник, Тэрвин, Сигма, Золотые купола и др.; моркови — F1 Грибовчанин, Супернант и др.; капусты белокочанной — Парус, F1 Снежинка; капусты китайской — Веснянка, Ласточка и др.
Успешно ведется селекция на высокое содержание биологически активных веществ (БАВ) и микронутриентов, на антиоксидантную (АО) активность. В основе исследований лежит так называемая антиоксидантная концепция, согласно которой овощные растения с высокоэффективной антиоксидантной системой — это пища и лекарство. Разработаны системы оценки и
отбора овощных культур с высокоэффективной антиоксидантной системой,
базирующиеся на использовании инновационных технологий. Цель этих исследований — повышение качества и урожайности овощей и семян для создания социально и экономически значимых пищевых продуктов. Впервые установлены физиолого-биохимические закономерности формирования высокоэффективной антиоксидантной системы в овощных растениях, определен
состав и содержание антиоксидантов — биофлавоноидов, бетацианинов, аскорбиновой кислоты, их физико-химические свойства, активность и молекулярные механизмы протекторного действия. Отобраны формы с высоким содержанием кверцетина, рутина, кемпферола для получения функциональной
овощной продукции, а также высококачественного сырья, используемого при
создании продуктов функционального назначения на основе традиционных
(капустные, луковые) и нетрадиционных (амарант, якон, дайкон и др.) овощных культур. Результатам этой работы была дана высокая оценка: коллектив сотрудников ВНИИССОК и Всероссийского НИИ овощеводства (ВНИИО, Раменский р-н, Московская обл.) (П.Ф. Кононков, В.Ф. Пивоваров,
7
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
В.К. Гинс, М.С. Гинс, С.С. Литвинов и др.) в 2004 году получил Государственную премию в области науки и техники.
Итак, за годы существования Грибовской станции, а затем Всероссийского НИИ селекции и семеноводства овощных культур получены выдающиеся результаты: создано более 750 сортов и гибридов, из которых 486
включены в Государственный реестр селекционных достижений на 2010 год.
Это стало возможным благодаря использованию разработок классиков отечественной селекции и современного мирового научного опыта, тесному сотрудничеству специалистов разных направлений — биологов, генетиков, биохимиков, молекулярных биологов. В связи с 90-летним юбилеем хочется пожелать замечательному коллективу института дальнейших успехов в решении
научных и практических задач селекции сортов и гибридов овощных культур.
ЛИТЕРАТУРА
1.
Т и м и н Н.И., А г а ф о н о в А.Ф., Ш м ы к о в а Н.И., Т и т о в а И.В. и др. Межвидовая гибридизация в роде Allium L. и ее использование в селекции: Метод. реком. М., 2007.
2. П и в о в а р о в В.Ф., С к в о р ц о в а Р.В., К о н д р а т ь е в а И.Ю. Частная генетика пасленовых культур (томат и физалис). М., 2002.
3. Б у н и н М.С., М а м е д о в М.И., Ш м ы к о в а Н.А., С у п р у но в а Т.П., Е нг а л ы ч е в а И.А., К о ч и е в а Е.З., Р ы ж о в а Н.Н. Межвидовая гибридизация в
роде Capsicum L. и ее использование в селекции (методика). М., 2008.
4. Т ю к а в и н Г.Б. Основы биотехнологии моркови. М., 2007.
5. Т ю к а в и н Г.Б., Ш м ы к о в а Н.А. Разработка методов биотехнологии растений
для создания исходного материала в селекции овощных, малораспространенных и цветочных культур во ВНИИССОК. Мат. Межд. симп. по селекции и семеноводству овощных культур. М., 1999: 362-371.
6. Ш м ы к о в а Н.А., С у п р у н о в а Т.П. Индукция гиногенеза в культуре in vitro неопыленных семяпочек Cucumis sativus L. Гавриш, 2009, 4: 40-44.
7. Б а л а ш о в а И.Т., У р с у л Н.А., С у п р у н о в а Т.П., К о з а р ь Е.Г., П и в ов а р о в В.Ф., В е д а д е в а г е С у н и л а П р а д и п а К у м а р и, Г у ж о в Ю.Л.
Предбридинговая селекция томата на основе отбора по спорофиту и микрогаметофиту.
Картофель и овощи, 2007, 5: 30.
8. D o m b l i d e s E., D o m b l i d e s A., S t a r t s e v V., B o n d a r e v a L. Revealing
of genetic polymorphism among breeding accessions of the Brassica rapa L. and Brassica oleraceae L. by RAPD markers. In: Book of Abstracts, Plant Genetic Resources. EUCARPIA,
May 26-29. Slovenia, 2009.
9. П и в о в а р о в В.Ф., Б а л а ш о в а И.Т, М а м е д о в М.И. Селекционные технологии, созданные во ВНИИССОК на основе методов молекулярного анализа и селекции
по микрогаметофиту. С.-х. биол., 2005, 3: 91-100.
10. С т е п а н о в В.А., Б у н и н М.С., Б а л а ш о в а Н.Н. Методические указания по селекции репы японской на холодостойкость с использованием микрогаметофита. М., 2000.
11. Т к а ч е н к о О.Б., Н о в о ж и л о в а О.А., Т и м и н а Л.Т. Возбудители низкотемпературных склероциальных гнилей моркови при хранении. Иммунопатология, 2009, 1: 107-108.
12. П и в о в а р о в В.Ф., Т и м и н а Л.Т., Н и к у л ь ш и н В.П., Ш е с т а к о в а К.С.
Методика заражения и оценка чеснока на устойчивость к фузариозной гнили. М., 2009.
ГНУ Всероссийский НИИ селекции и семеноводства
овощных культур Россельхозакадемии,
Поступила в редакцию
12 мая 2010 года
143080 Московская обл., п/о Лесной городок, пос. ВНИИССОК,
ул. Селекционная, 14,
e-mail: vniissok@mail.ru
TO 90-ANNIVERSARY OF ALL-RUSSIAN SCIENTIFIC RESEARCH
INSTITUTE OF SELECTION AND SEED PRODUCTION OF VEGETABLE
CROPS (VNIISSOK): HYSTORY, ACHIEVEMENTS, PRIORITIES
V.F. Pivovarov
Summary
The short history of creation of VNIISSOK as leading scientific institute, scientificmethodological and selection centre for Russian Nechernozem’e, coordinator on selection, vegetable
seed farming, biotechnology and new non-traditional plants were presented. The scientific and selective achievements of the VNIISSOK were described. The priority directions of scientific investigations and outlooks of selection and seed production were discussed.
8
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
Научные собрания
XI МЕЖДУНАРОДНЫЙ СИМПОЗИУМ ПО ГРЕЧИХЕ
(20-23 июля 2010 года, г. Орел)
Симпозиум состоялся под эгидой Международной ассоциации исследователей гречихи
(IBRA) (конкурсное право проведения симпозиума на базе Всероссийского НИИ зернобобовых культур было получено в 2007 году в Китае).
В нем приняли участие более 150 ученых из 15
стран мира: Японии, Китая, Индии, Кореи, Польши, Испании, Италии, США, Финляндии, Чешской республики, Германии, Украины, Белоруссии и др. Открывая форум, академик Н.В. Парахин подчеркнул особую роль орловских ученых в
формировании отечественного и мирового генофонда гречихи. В настоящее время площади посева гречихи в Орловской области (около 87
тыс. га) сопоставимы с площадями ее возделывания в ряде стран. Область имеет неофициальный статус национальной исследовательской базы по внедрению передового опыта в аграрном секторе. Достижения в селекции сельскохозяйственных культур ежегодно демонстрируются на ставших традиционными Днях Поля на Шатиловской СХОС и Всероссийского
НИИ зернобобовых и крупяных культур (ВНИИЗБК). Среди новых сортов сельскохозяйственных культур особое место занимают современные крупнозерные сорта гречихи: Саулык,
Черемшанка, Чатыр Тау, Батыр (Татарского НИИСХ); Агидель, Уфимская, Илишевская,
Инзерская (Башкирского НИИСХ), красноцветковые с высоким содержанием рутина —
Башкирская красностебельная (Башкирского НИИСХ); детерминантные — Девятка, Диалог,
Дикуль, зеленоцветковые — Дизайн сорта (ВНИИ зернобобовых и крупяных культур). Вицепрезидент Россельхозакдемии И.В. Савченко отметил, что многие разработки орловских исследователей по селекции и генетике — классические, выполнены впервые в мире и имеют
огромное фундаментальное значение. В нашей стране и за ее пределами хорошо известна
школа селекционеров гречихи профессора Н.В. Фесенко: 13 сортов гречихи, созданные во
ВНИИЗБК под его руководством, занимают свыше 40 % общей площади ее отечественных
сортовых посевов.
В пленарном докладе Оми Ониши (профессор университета г. Киото, Япония) сообщил о распространении дикорастущих предков гречихи в долине реки Ниру провинции Юннан
Китая. Иван Крефт (профессор университета г. Любляны, Словения) прочитал лекцию о развитии новых функциональных пищевых продуктов на основе гречихи обыкновенной и татарской. Результаты исследований по гомостилии и улучшению системы репродукции гречихи
представил Тайдзи Адачи (профессор Института биотехнологии растений, г. Осака, Япония).
Работа секций была посвящена проблемам генетических ресурсов, биотехнологии и физиологии, генетики и селекции, качества и пищевой ценности, технологиям возделывания и переработки. Всего было заслушано 40 докладов, в постерной сессии представлено 56. В ходе дискуссий было отмечено, что российскими учеными за последние годы усилены многоплановые
исследования по теоретической разработке и селекционному использованию генетических
систем гречихи, управляющих развитием основных хозяйственно ценных признаков, разработаны новые методы количественной оценки и анализа изменчивости признаков.
Основные направления в селекции гречихи в России — создание крупнозерных
(удешевление переработки зерна и повышение выхода крупы), высокоурожайных, скороспелых, устойчивых к полеганию и осыпанию, низким температурам и засухе сортов, сортов с
высокой нектаропродуктивностью, высоким содержанием сахаров в цветках и высокой
пыльцеобразующей способностью, получение антоциановых форм. Выделен ценный исходный материал — формы, ограниченно ветвящиеся, с детерминантным типом роста, неполегающие с укороченным нижними междоузлиями, узколистные, мелколистные, с измененным
ритмом развития растений, с сокращенной вегетативной и удлиненной генеративной фазами.
Зарубежные ученые активно ведут фундаментальные генетико-популяционные и ботанические исследования, проводится идентификация и картирование генов гречихи, изучается генетика, биотехнология, физиология и биохимия культуры. Дальнейшее развитие получили
работы по безотходной переработке гречихи, в частности создание новых функциональных
пищевых продуктов на основе гречихи обыкновенной и татарской.
Международный комитет принял решение о проведении XII Международного симпозиума в г. Любляне (Словения) в 2013 году. В многочисленных письмах зарубежные ученые благодарят российских коллег за высокий уровень организации и проведения прошедшего симпозиума. Новым президентом Международной ассоциации исследователей гречихи
(IBRA) на ближайшие 3 года избран доктор сельскохозяйственных наук, профессор Владимир Иванович Зотиков — директор Всероссийского НИИ зернобобовых и крупяных культур
Россельхозакадемии, заведующий кафедрой биологических основ современных агротехнологий и кормопроизводства Орловского государственного аграрного университета.
9
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ БИОЛОГИЯ, 2010, № 5
165 лет Всероссийскому НИИ селекции плодовых культур:
научные разработки и селекционные достижения
УДК 634:631.52
СТАРЕЙШЕЕ УЧРЕЖДЕНИЕ РОССИИ ПО СЕЛЕКЦИИ ПЛОДОВЫХ
КУЛЬТУР
Е.Н. СЕДОВ, Л.А. ГРЮНЕР
Изложена краткая история Всероссийского НИИ селекции плодовых культур. Представлены основные научные достижения института по селекции яблони (в том числе устойчивых к
парше высокопродуктивных и колонновидных, триплоидных сортов), груши (слаборослые и зимостойкие формы), вишни и абрикоса (адаптированы к условиям региона), черной смородины
(иммунные и высокоустойчивые к мучнистой росе сорта с высоким содержанием аскорбиновой
кислоты), красной смородины и других культур.
Ключевые слова: селекция плодовых культур, история учреждения, научные достижения.
Key words: fruit breeding, history of the institution, scientific achievements.
Всероссийскому НИИ селекции плодовых культур Россельхозакадемии (ВНИИСПК) в этом году исполняется 165 лет. Это одно из самых старых помологических учреждений России. Период, предшествовавший его
организации (первая половина ХIХ столетия), характеризовался некоторым подъемом отечественного садоводства. Судя по литературным источникам того времени, практически во всех помещичьих усадьбах были плодовые сады. По проекту графа П.Д. Киселева именным указом, данным
Сенату 26 декабря 1837 года, было учреждено Министерство государственных имуществ. Министром назначается Павел Дмитриевич Киселев (17881872) — незаурядная личность, государственный деятель, генерал, участник Отечественной войны 1812 года, почетный член Петербургской Академии наук. П.Д. Киселев сформулировал и реализовал ряд идей по ускорению развития сельского хозяйства России.
3 февраля 1842 года утверждается Положение о садовых заведениях, в том числе об учреждении казенных древесных питомников. Были учреждены также главные училища для подготовки садоводов высшей квалификации, садовые училища второго разряда для подготовки садоводовпрактиков и казенные древесные питомники.
Орловский казенный древесный питомник создавался с целью развития садоводства у государственных крестьян, акклиматизации и распространения полезных плодовых, ягодных, декоративных и овощных культур.
28 апреля 1845 года состоялось официальное открытие питомника, под который был отведен земельный участок площадью 15 десятин. С тех пор и
до наших дней, несмотря на неоднократные изменения названия, это садоводческое учреждение остается государственным и осуществляет совершенствование сортимента плодовых и ягодных культур.
С 1847 года древесный питомник стал ежегодно принимать на обучение крестьянских мальчиков из Орловской и Курской губерний, которые,
выполняя сельскохозяйственные работы, получали практические навыки по
садоводству. К 1911 году практическая школа садоводства при древесном
питомнике имела свой устав. Курс обучения продолжался 3 года. Подготовка специалистов-садоводов в Орловском древесном питомнике оправдывала себя — выпускников школы охотно приглашали на работу, что свидетельствует об их хорошей практической подготовке.
10
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
Для распространения знаний по садоводству среди крестьян в конце 80-х годов ХIХ столетия при питомнике организовали курсы по плодоводству для народных учителей, на которых в летние месяцы (с 15 июня по
15 августа) они проходили теоретическое и практическое обучение. Только
за 6 лет (с 1890 по 1895 годы) через курсы прошли 183 слушателя, в основном из Орловской, Тамбовской, Рязанской, Калужской и Екатеринбургской губерний, а также из Прибалтийского края.
С 1 ноября 1846 года по 15 апреля 1868 года заведующим Орловским древесным питомником был высококвалифицированный специалистсадовод Фридрих Эмилий Корнелий Стеллинг — выходец из лифляндских
граждан, лютеранин. С 1838 года он служил садовником в Петербургском
Императорском Ботаническом саду, а с 1 сентября 1842 года перешел на
службу в Императорский Дерптский (ныне Тартуский) Ботанический сад.
В 1890 году при питомнике открывается метеорологическая станция второго разряда. С конца 90-х годов XIX столетия опытная работа питомника неразрывно связана с изучением североамериканских и канадских сортов яблони. В дальнейшем в питомнике постоянно занимались
изучением, размножением и распространением североамериканских и канадских сортов в средней полосе России.
В 1922 году по решению Народного комиссариата земледелия на
базе Орловского государственного древесного питомника был создан Орловский помологический рассадник (к этому времени общая площадь хозяйства составляла около 30 га), основными задачами которого, как следовало из развернутого организационного плана, было изучение местных и
интродуцированных сортов плодовых культур, а также выращивание элитного посадочного материала плодовых культур для закладки маточников, промышленных насаждений и для продажи населению. По каждой плодовой
породе подбирался сортимент для размножения. В 1928-1930 годы площадь
помологического рассадника увеличилась до 57,8 га. В 1929 году Всесоюзный институт растениеводства на средства Садвинсовхозобъединения выписал 45 тыс. черенков американских сортов; 4725 черенков ряда американских сортов было решено привить в коллекционных насаждениях
рассадника. Это были сорта Уэлси, Мекинтош, Болдуин, Банан зимний,
Норзен Спай, Золотое Грайма, Вагнер, Делишес, Гено, Зеленка айлендская, Гравенштейн, Бен-Девис, Феймьюз, Томкинс-кинг, Кортланд, Роксбери Рессет, Йелоу Ньютон, Ром Бьюти, Стейман.
В 1930 году на базе помологического рассадника создается совхоз
№ 13 Садвинтреста. Директором совхоза стал И.Н. Солдаткин. С 1930 по
1933 год здесь работал помолог Владимир Павлович Такопуло, который занимался хозяйственно-биологическим изучением сортов яблони. К большому
сожалению, собранные В.П. Такопуло ценные материалы не сохранились.
В 1933 году на базе совхоза был организован Орловский опорный
пункт Научно-исследовательского института садоводства им. И.В. Мичурина, преобразованный в конце 1934 года в расширенный опорный пункт
по садоводству. В 1935 году штат научно-технических работников опорного пункта и тематика исследований значительно расширились. Образованы
отделы сортоизучения и агротехники, формируется и быстро пополняется
научная библиотека, расширяются маточные плантации плодовых и ягодных культур. В 1935-1936 годы организуется агрохимическая лаборатория.
Отделом сортоизучения и селекции опорного пункта была проделана значительная работа по изучению степени самоплодности и подбору
сортов-опылителей для районированных и перспективных сортов яблони,
груши и вишни (научный сотрудник Василий Корнеевич Заец впоследст11
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
вии подготовил и защитил на эту тему кандидатскую диссертацию). В результате изучения большого набора североамериканских и канадских сортов яблони для внедрения в производство Орловской и Курской областей
был рекомендован сорт Уэлси, а сорт Мекинтош признан перспективным
для производственного испытания. В хозяйстве опорного пункта проводятся курсы и семинары по вопросам улучшения сортового состава плодовых насаждений, перепрививке плодовых деревьев, применению удобрений, использованию биологического метода в борьбе с плодожоркой в яблоневом саду.
К работе Орловского расширенного опорного пункта НИИ садоводства им. И.В. Мичурина проявляли интерес плодоводы не только нашей страны, но и зарубежья. Так, в адрес этого учреждения поступило
письмо от Бруклинского плодового питомника (США, Южная Дакота),
датированное 21 сентября 1937 года, в котором Карл А. Гансен сообщает,
что прибыл в очередной раз в СССР с целью изучения научных разработок в сельском хозяйстве (в особенности последних работ в области плодоводства) и заинтересован в соглашении по обмену любого нового растительного материала, имеющегося на Орловском опорном пункте, на новый
материал из Америки. Интересно отметить, что в заключение он предлагал
связаться с ним через Николая Ивановича Вавилова в Ленинграде.
Великая Отечественная война 1941-1945 годов помешала дальнейшему развитию опорного пункта как опытного учреждения. Сразу после
освобождения Орла от немецко-фашистских захватчиков начинается период его восстановления. Уже в 1946 году опорный пункт принял участие
во Всесоюзном совещании научно-исследовательских учреждений по садоводству и представил на выставку плоды 105 сортов яблони.
В 1947 году Орловский расширенный опорный пункт НИИ плодоводства им. И.В. Мичурина преобразован в Орловскую плодово-ягодную
опытную станцию. Большую работу по пополнению коллекционных насаждений проделали в послевоенный период старший научный сотрудник, высококвалифицированный садовод и преподаватель А.В. Паршин, старший
научный сотрудник А.Ф. Тамарова, техник Н.Г. Борзенко, Т.А. Блохина,
Р.П. Ветрова. Успешно были проведены в эти годы опыты с органическими
удобрениями в садах (И.И. Стажаров). Заместитель директора по научной
работе Г.К. Карпов (впоследствии заместитель директора Центральной генетической лаборатории) выполнил исследования по биологическому обоснованию обрезки различных сортов яблони. Проводились опыты по изучению системы содержания почвы и системы удобрений в яблоневом саду
(Д.Я. Комар). В 1949 году вновь начинает функционировать агрохимическая
лаборатория (Е.С. Беленова), разворачивается работа по селекции яблони,
груши, черной смородины.
Сдерживающим фактором в развертывании крупномасштабных исследований по агротехнике и селекции долгое время оставалась ограниченность площадей экспериментальных участков, но в 1955 году был выделен новый земельный массив под центральное отделение. Большую роль
в этом сыграла работавшая тогда директором станции А.Ф. Колесникова.
С февраля 1956 года по сентябрь 1965 года Орловскую плодовоягодную станцию возглавлял кандидат сельскохозяйственных наук Александр Васильевич Морозов (позднее начальник Главного управления садоводства, виноградарства, чая и субтропических культур МСХ СССР). Под
его руководством значительно возросло и окрепло опытно-производственное
хозяйство станции, расширилась и углубилась тематика исследований. Хочется отметить сотрудников станции, проработавших на ней 20 лет и более —
12
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
заместителя директора по хозяйству И.И. Ветрова, старшего научного сотрудника А.Ф. Тамарову, старшего техника Н.Г. Борзенко и М.Ф. Ноздрину, бухгалтеров А.И. Чикину и М.С. Алексашину. Станция в тот период
была постоянным участником ВДНХ. В 12 специализированных хозяйствах,
входящих в трест садоводства (директор Т.Т. Кожевников), площадь садов к
1970 году достигла 9 тыс. га, валовой сбор плодов составлял 30-40 тыс. т.
С 1990 года учреждение преобразовано в Научно-исследовательский
институт селекции и сорторазведения плодовых культур, а решением Правительства РФ от 8 декабря 1992 года ВС-П 1-7828 и приказом Россельхозакадемии № 137 от 30 декабря 1992 года — во Всероссийский НИИ селекции плодовых культур. В эти годы расширена тематика исследований, закладываются широкомасштабные, комплексные многофакторные опыты по
селекции, сортоизучению и отработке прогрессивных технологий.
Еще в 1964 году на базе Орловской плодово-ягодной опытной станции
по инициативе ее администрации и ученого совета было организовано
профессионально-техническое училище № 29 по подготовке квалифицированных рабочих-садоводов и цветоводов из молодежи Орловской, Брянской, Курской, Тульской, Липецкой и других областей. Уже к 1995 году оно
подготовило 4700 квалифицированных специалистов. К сожалению, по не зависящим от института обстоятельствам училище закрыли. В его здании с
1999 года размещается сельская средняя школа — одна из лучших в Орловском районе.
В настоящее время во ВНИИСПК работает 167 человек, из них 64 —
научные сотрудники (в том числе 9 докторов и 28 кандидатов наук). В структуре института четыре отдела (селекции и сортоизучения семечковых, косточковых и ягодных культур, а также агроэкологических исследований), восемь специализированных лабораторий, обеспечивающих комплексность
проводимых экспериментов. Генофонд плодовых и ягодных культур, который ежегодно пополняется новыми сортами из других научных учреждений
и отборными формами собственной селекции, к 2010 году насчитывал 5873
сортообразца, 68 видов и 51 400 гибридных сеянцев по 12 культурам. С середины 1950-х учеными института создано и передано на государственное
испытание более 140 сортов плодовых и ягодных культур, из них допущены
к использованию (районированы) 94 (в том числе 37 сортов яблони, 6 —
груши, 15 — вишни, 2 — черешни, 5 — сливы, 15 — смородины черной, 8 —
смородины красной, 8 подвоев для вишни и черешни). Государственное
испытание проходят еще более 100 сортов плодовых и ягодных культур, конкурентоспособность которых подтверждена патентами. Эти сорта хорошо
адаптированы к местным условиям, обладают необходимым комплексом хозяйственно ценных признаков, высокопродуктивны.
Приоритетные направления выполняемой в институте селекционной работы по основным культурам — иммунитет и высокая устойчивость
растений к болезням и вредителям, морозо- и зимостойкость, слаборослость и компактность габитуса, высокая самоплодность, улучшенный биохимический состав плодов, пригодность к различным видам переработки,
селекция на полиплоидном уровне, пригодность к механизированной уборке урожая и возделыванию по интенсивным технологиям и др.
ВНИИСПК — ведущее учреждение средней полосы России по селекции яблони. Здесь развернуты крупнейшие в стране исследования по
созданию иммунных к парше сортов (22 к настоящему времени получены,
в том числе 18 районированы). Их использование существенно снижает
пестицидную нагрузку для получения экологически безопасной продукции. Ведутся работы по созданию колонновидных иммунных к парше сортов для суперинтенсивных садов яблони и любительского садоводства (два
13
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
планируется передать на государственное испытание уже в 2010 году).
Институт — единственное в России учреждение, в котором осуществляются исследования по получению триплоидных сортов яблони. В последние годы из генофонда выделен и передан на государственное испытание ряд таких уникальных сортов со стабильным плодоношением, высокими товарными и вкусовыми качествами плодов. Многие из них получены от целенаправленных скрещиваний тетраплоидных форм — доноров диплоидных гамет с диплоидными сортами, что является большим научным
достижением. Важная роль в их создании принадлежит известному цитоэмбриологу, доктору сельскохозяйственных наук Г.А. Седышевой. В числе
районированных триплоидных сортов Память Семакину, Августа, Дар?на,
Бежин луг, Рождественское, Яблочный Спас и др.
Широко известны и внедряются в производство (в нашей стране и
за рубежом) ранее созданные сорта яблони — Синап орловский, Орловское
полосатое, Орлик, Ветеран и многие другие. Большая работа по изучению
сортового и гибридного фондов семечковых культур, выделению перспективных для средней полосы форм проведена доктором сельскохозяйственных наук Н.Г. Красовой.
Сорта груши, выведенные в институте, достаточно адаптированы к
условиям Центрального региона России и обладают хорошими вкусовыми
качествами плодов. У садоводов популярны сорта Тютчевская, Муратовская, Орловская летняя, Январская и др. Под руководством доктора сельскохозяйственных наук Е.А. Долматова ведутся работы по получению слаборослых форм груши с использованием доноров этого признака и высокой зимостойкости. Кроме того, в качестве слаборослого подвоя для создания интенсивных грушевых садов для средней полосы России изучается
айва обыкновенная. Получены первые положительные результаты.
Высокой приспособленностью к условиям региона и устойчивостью к основным патогенам обладают сорта косточковых культур, выведенные селекционерами института — ведущими учеными по этой группе
культур средней полосы России: докторами сельскохозяйственных наук
Е.Н. Джигадло и А.Ф Колесниковой (ныне профессор Орловского государственного университета). Широко известные сорта вишни их селекции —
Тургеневка, Новелла, Шоколадница (относительно недавно получены Подарок учителям, Прощальная, Бусинка, Капелька и др.), черешни — Поэзия, Аделина, Малыш и др., сливы — Аленушка, Скороплодная, Орловская мечта, Орловчанка. Районированный по Центральному региону сорт
абрикоса Орловчанин селекции института превосходит по зимостойкости
большинство новых сортов этой культуры. Значительное внимание уделяется селекции клоновых подвоев вишни (все созданные обладают высокой
устойчивостью к грибным болезням и хорошей укореняемостью).
Приоритетное направление селекции черной смородины как основной ягодной культуры для средней полосы — получение иммунных и
высокоустойчивых к мучнистой росе крупноплодных сортов с высоким
содержанием аскорбиновой кислоты. Большая заслуга в этом принадлежит
доктору сельскохозяйственных наук Т.П. Огольцовой, передавшей после
ухода на заслуженный отдых эстафету ученику — доктору сельскохозяйственных наук С.Д. Князеву. В последние годы на государственное испытание
поступили сорта Чудное мгновение, Очарование, Черная вуаль, Монисто,
Оазис, Креолка, Блакестон и др. Успешно ведется начатая Т.П. Огольцовой
уникальная работа по селекции на совмещение в одном генотипе иммунитета к мучнистой росе, почковому клещу и крупноплодности, а также пригодности к механизированной уборке урожая.
Высокими технологическими качествами плодов обладает большин14
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
ство новых сортов красной смородины. Большой вклад в их создание внесен кандидатом сельскохозяйственных наук Л.В. Баяновой, селекцию культуры успешно продолжает кандидат сельскохозяйственных наук О.Д. Голяева. Великолепные желе, джем и мармелад дают их сорта Валентиновка,
Мармеладница, Вика, Дана, Газель, Нива, Ася, Дар Орла и др. Выделены
пригодные для механизированной уборки урожая, а также десертные (Осиповская, Баяна, Роза и др.) сорта и формы. Кандидатом сельскохозяйственных наук О.В. Курашевым ведутся результативные селекционные исследования по крыжовнику: в последние годы созданы и переданы на испытание четыре сорта. Собраны и изучаются коллекции облепихи, малины, ирги, смородины золотистой, рябины и др.
В комплексную оценку селекционного материала большой вклад
внесли доктор сельскохозяйственных наук З.А. Седова, кандидат сельскохозяйственных наук З.Ф. Осипова, старший научный сотрудник В.А. Трунова, доктора сельскохозяйственных наук М.А. Макаркина, Н.С. Левгерова, кандидат сельскохозяйственных наук С.М. Мотылева, А.Л. Никитин,
З.Е. Ожерельева и др.
Одна из важнейших разработок института — ресурсосберегающая
технология возделывания интенсивных яблоневых садов с малогабаритной
кроной деревьев на основе использования вставочных слаборослых (карликовых и полукарликовых) подвоев и новых (в том числе иммунных к
парше) сортов (авторы — доктора сельскохозяйственных наук Е.Н. Седов,
Н.Г. Красова и Ю.К. Вехов, кандидаты сельскохозяйственных наук А.А. Муравьев и Н.И. Халекова). Такие сады удобны для ухода, сбора урожая,
обеспечивают скороплодность и высокие урожаи плодов с отличными товарными качествами, как следствие, их производство экономически выгоднее, чем в садах, где используются сильнорослые подвои. На деревьях с
карликовыми и полукарликовыми вставочными подвоями плоды обычно
крупные и имеют высокую товарность.
Сорта, созданные сотрудниками института, получили признание как
в России, так и за ее пределами — в странах СНГ, Балтии, дальнего зарубежья (Франция, Германия, США, Швеции и др.). За крупные научные
достижения и вклад в теорию и практику отечественного и мирового садоводства сотрудники института неоднократно награждались высокими ведомственными, региональными, государственными и международными наградами: грамотами, почетными званиями, медалями, орденами. Практическое использование сортов и других научных разработок института позволит и в дальнейшем успешно вести садоводства в условиях средней полосы России и обеспечит достойный вклад в общероссийскую перспективную программу его развития.
ГНУ Всероссийский НИИ селекции плодовых
культур Россельхозакадемии,
Поступила в редакцию
1 апреля 2010 года
302530 Орловская обл., Орловский р-н, д. Жилина,
e-mail: info@vnispk.ru
THE OLDEST RUSSIAN INSTITUTE OF FRUIT CROPS BREEDING
E.N. Sedov, L.A. Gryuner
Summary
The short history of All-Russian Scientific Research Institute of Fruit Crops Breeding was
recounted and the main scientific achievements of the institute were presented relating to the breeding of an apple tree (including resistant to scab high productive and columned, triploid varieties), a
pear tree (bushy and winter hardy forms), a cherry tree and apricot (adapted to the region conditions), a blackcurrant (immune and high resistant to powdery mildew varieties with high level of
ascorbic acid), a redcurrant and other crops.
15
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ БИОЛОГИЯ, 2010, № 5
УДК 634.11:631.52:663.813
ПОДБОР И СОЗДАНИЕ СОРТОВ ЯБЛОНИ ДЛЯ СОКОВОГО
ПРОИЗВОДСТВА*
Е.Н. СЕДОВ, Н.С. ЛЕВГЕРОВА, Е.С. САЛИНА, З.М. СЕРОВА
Представлены данные многолетних исследований по подбору сортов яблони для сокового производства. Высокая оценка дана новым иммунным к парше сортам. Показана перспективность селекции яблони при
создании сортов для сырьевых садов.
Ключевые слова: яблоня, сорта, селекция, иммунитет, соковое производство, биохимический состав.
Keywords: apple, varieties, breeding, immunity, juice production, biochemical composition.
Производство сока — одно из самых динамичных пищевых производств в мире, требующее больших объемов сырья. Сок — натуральный
продукт, полученный путем прессования измельченного сырья с последующим осветлением или без него. Наиболее качественными считаются
марочные соки («vintage»), изготовленные из плодов специальных сортов,
районированных в зоне выработки. Такие соки обладают высокой пищевой ценностью, особенно хорошим вкусом и ароматом.
Большая часть сортов, возделываемых в сырьевых садах Европы и
США, предназначена для выработки сока. В последние годы рост производства фруктовых консервов в России связан в основном с увеличением
выпуска соков (1, 2).
При отборе сортов яблони для изготовления сока в первую очередь
обращают внимание на его выход, вкусовые качества, соответствие стандартам. Выход сока — один из основных технологических показателей, во
многом определяющий экономическую эффективность производства соков. При том, что содержание сока в яблоках — 90 % и выше, дроблением
с последующим прессованием обычно удается извлечь лишь 60-65 % (3,
4). По мнению ряда авторов, степень выделения сока обусловлена различными свойствами цитоплазмы, прежде всего гидрофильностью коллоидной системы и цитолого-анатомическими особенностями тканей плодов,
которые обусловливают сортовые особенности сокоотдачи (5, 6). Несмотря на существование в соковом производстве многочисленных технологических приемов обработки сырья для увеличения выхода сока, главным и
наиболее экономически оправданным остается использование сортов с высокой сокоотдачей.
Целью исследований был подбор и создание сортов яблони для сокового производства. В связи с этим решались следующие задачи: оценка
сортов яблони на пригодность для получения сока; выявление зависимости
между содержанием некоторых биохимических элементов в плодах яблони,
их количеством в соке и дегустационной оценкой сока.
Методика. Работа выполнялась во Всероссийском НИИ селекции
плодовых культур (ВНИИСПК, Орловская обл.). Объектами исследований
служили 105 сортов и 3286 иммунных и высокоустойчивых к парше сеянцев яблони из 28 гибридных семей, полученных от ступенчатых скрещиваний на пригодность к соковому производству. После оценки вкуса плодов для дальнейшего изучения отобрали 289 сеянцев, из плодов которых
готовили опытные образцы сока (контроль — сорт Антоновка обыкновенная). Селекционные исследования и изучение технологических свойств
*
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ и региональных инвесторов (проект 1 09-04-99139).
16
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
осуществляли в соответствии с программами и методиками селекции и
сортоизучения (7-10), «Комплексной программой по селекции семечковых культур в России на 2001-2020 гг.» (11), «Методическими указаниями по
химико-технологическому сортоиспытанию овощных, плодовых и ягодных
культур для консервной промышленности» (1993), ГОСТу Р 52184-2003 (12).
Данные обрабатывали методами вариационной статистики с помощью программ Microsoft Excel, Matlab.
Результаты. При подборе сортов для сокового производства важную роль играют прочность кожицы и плотность мякоти плода. Прочность кожицы влияет на повреждаемость яблок при съеме (особенно механизированном), транспортировке и хранении. Этот показатель зависит
как от генотипа, так и от условий выращивания. Мы не установили четкой зависимости между прочностью кожицы и сроком созревания плодов.
Как и прочность кожицы, плотность мякоти характеризует механические свойства плодов. Между этими показателями существует прямая довольно тесная связь (r = 0,7; P < 0,001). В целом, бульшая часть изученных сортов и гибридов по прочности кожицы и плотности мякоти плодов
не уступали сорту Антоновка обыкновенная или даже превосходили его.
Более плотной кожицей характеризовались яблоки сорта Зарянка.
Анализ изученных сортов яблони по выходу сока выявил, что при
среднем значении показателя 60,4 % с колебаниями от 44,1 % (Пепин орловский) до 73,9 % (Россошанское вкусное) коэффициент варьирования
10,7 % свидетельствует о средней сортовой изменчивости.
По выходу (%) сока из плодов по сравнению с контролем (сорт
Антоновка обыкновенная) изученные сорта распределились следующим
образом: меньше контроля (ниже 59,3 %) — Пепин орловский, Яблочный
Спас, Орловская заря, Меканис, Витязь, Чистотел, Ренет Черненко, Жигулевское, Куликовское, Лобо, Коричное новое, Пришвинское, Апрельское, Славянин, Богатырь, Спартан, Фетовское, Память Исаева, Старт,
Пепин шафранный, Орлик; в пределах контроля (59,3-63,9 %) — Орловское зимнее, Имрус, Бежин луг, Раннее алое, Кортланд, Бархатное, Папировка, Строевское, Мартовское, Память воину, Осеннее полосатое, Веньяминовское, Низкорослое, Дар?на, Желанное, Фаворит, Оранжевое, Кандиль орловский, Коричное полосатое; больше контроля (выше 63,9 %) —
Россошанское вкусное, Болотовское, Зарянка, Орловское полосатое, Первый салют, Протон, Солнышко, Осеннее алое, Бунинское, Здоровье, Олимпийское, Свежесть, Первинка, Вита, Синап орловский, Августа, Юбиляр,
Орловский пионер, Курнаковское, Мезенское. Средняя величина выхода
сока у контрольного сорта Антоновка обыкновенная за ряд лет составляет
61,5 %. Среди сортов с выходом сока выше контроля Россошанское вкусное, Болотовское, Мезенское, Курнаковское, Орловский пионер и Юбиляр характеризуются выходом сока на уровне мировых сидровых сортов
(соответственно 73,9; 71,5; 71,1; 70,5; 70,2 и 70,0 %). В целом практический интерес представляют сорта с выходом сока выше контроля или на
его уровне. Среди них особого внимания заслуживают иммунные и высокоустойчивые к парше: Болотовское, Курнаковское, Юбиляр, Свежесть,
Здоровье, Солнышко, Имрус, Строевское и др.
Анализ дегустационных оценок за ряд лет по 80 сортам яблони показал особую привлекательность сока сортов Зарянка, Свежесть, Соковое 2,
Ветеран, Лобо, значительно превосходящих контроль — сорт Антоновка
обыкновенная. Из остальных чуть больше половины сортов позволяют получать яблочный сок, по внешнему виду сходный с контролем, чуть меньше половины сортов дают сок, уступающий по внешнему виду контролю
(оценка ниже 4,2 балла).
17
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
По вкусовым качествам выделяются сорта Мартовское, Соковое 2,
Пепин орловский, Строевское, Олимпийское (4,6-4,5 балла), Чистотел,
Спартан, Веньяминовское, Бунинское, Новинка, Бежин луг, Кандиль орловский, Курнаковское, Старт, Яблочный Спас (4,4 балла).
По органолептическим показателям все сорта из двух групп —
соответствующих контролю и превосходящих контрольный сорт — могут
быть использованы для производства сока, но наиболее перспективны образцы с оценкой сока 4,2-4,5 балла. Среди них особого внимания заслуживают сорта с иммунитетом или высокой устойчивостью к парше, позволяющие производить сырье при сниженной пестицидной нагрузке.
Установлено, что вкусовые качества сока определяются сахарокислотным коэффициентом. Принято считать, что наиболее гармонично соотношение сахар: кислота 15-25 (4).
Сахарокислотный коэффициент для сорта Антоновка обыкновенная, по многолетним данным, составляет 8,9, чем объясняется его кислый
вкус. Такой же вкус свойствен соку из плодов яблони сортов Вита (10,2),
Панировка (10,2), Здоровье (10,1), Юбиляр (10,1), Коричное новое (9,4),
Осеннее алое (8,3). Остальные изученные сорта по величине этого коэффициента превосходят контроль и, следовательно, полученный сок менее
кислый. Степень сладости возрастает по мере увеличения значения сахарокислотного коэффициента. Наиболее сладким воспринимается сок у сортов Болотовское, Афродита, Пришвинское, Спартан.
Яблочный сок, как и свежие плоды, — источник Р-активных веществ, прежде всего катехинов, выполняющих функцию антиоксидантов.
Сохранность катехинов в соке определяется двумя факторами — их высоким содержанием в сырье, а также низкой активностью полифенолоксидазы и пероксидазы и обычно составляет 30-80 % (14).
По многолетним данным, у изученных сортов массовая доля катехинов в соке варьировала от 5,3 (Орловская заря) до 197,8 мг/100 г (Соковое 2) при среднем значении 55,7 мг/100 г. Повышенным содержанием
катехинов в соке выделяются сорта Яблочный Спас, Свердловчанка, Чистотел, Свежесть, Соковое 4, Зачеренковое, Зарянка, Соковое 2 (100,0197,8 мг/100 г). Обращает на себя внимание тот факт, что у большинства
сортов с генами Vf и Vm содержание катехинов в соке выше, чем в контроле, или соответствует контролю.
Изучение взаимосвязи некоторых химико-технологических показателей плодов и сока, полученного из них, позволило установить слабую
тенденцию положительного влияния более высокого содержания растворимых сухих веществ (РСВ) и более низкого — титруемых кислот на дегустационные оценки сока (соответственно r = +0,3 и r = ?0,2). Слабое
влияние на органолептические показатели сока оказывает сахарокислотный коэффициент (r = +0,2). В то же время установлены статистически
достоверные корреляции между органолептическими качествами сока и содержанием в нем растворимых сухих веществ (r = +0,4; Р < 0,001), сахаров
(r = +0,5; Р < 0,01), титруемых кислот (r = ?0,3; Р < 0,01).
Приведенный нами анализ большого объема экспериментальных
данных не выявил четких прямых зависимостей между наиболее важными
химико-технологическими показателями плодов (то есть сырья) и качеством сока.
Наряду с технологической оценкой существующих сортов и выделением среди них лучших для того или иного вида переработки плодов, в
частности для получения сока, перспективным направлением становится
селекция на высокие химико-технологические показатели. Ведь именно
18
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
сортовые особенности яблок определяют в первую очередь нормы расхода
сырья и выход сока. Норма расхода сахара при производстве соков также
зависит от сортовых различий по содержанию сухих веществ (15). Причем
речь прежде всего идет об иммунных к парше сортах и гибридных формах,
позволяющих получать сырье с высокими показателями безопасности. Неслучайно в комплексную программу по селекции яблони, принятую в России на 2001-2020 годы, включена селекция форм для сырьевых садов (11).
По современным представлениям, в сырьевых садах должны возделываться сорта или формы, позволяющие получать дешевое плодовое сырье, удовлетворяющее не только специфическим требованиям консервного
производства, но и социальным потребностям, особенно по показателям
безопасности. Поэтому в идеале сорт, предназначенный для сырьевых насаждений, должен быть интенсивного типа, высокоустойчивый или иммунный к парше, иметь плоды с высокими технологическими показателями и
быть максимально пригодным для механизации всех работ, включая уборку
урожая. Последнее требование во многом определяется способностью сорта
формировать одномерные дружно созревающие плоды, которые легко отделяются при встряхивании, с прочной кожицей и плотной мякотью. При
этом становится важной механическая прочность ветвей (16). Безусловно,
совместить все перечисленные свойства в одном сорте очень трудно. Поэтому формирование сортимента для сырьевых садов до настоящего времени
происходит преимущественно за счет технологической оценки различных
сортов и гибридных форм, наиболее подходящих по другим требованиям.
В России целенаправленная работа по селекции сортов яблони для
сокового производства и возделывания в сырьевых садах началась в 1991
году во Всероссийском НИИ селекции плодовых культур, где с 1991 по
2009 год была проведена гибридизация в объеме 69,0 тыс. цветков по 56
комбинациям скрещиваний, выращено 10,6 тыс. однолетних сеянцев и после отбраковки в сад высажено или привито 2307 гибридных сеянцев.
При изучении 300 гибридов яблони с иммунитетом или высокой устойчивостью к парше на пригодность для сокового производства было выделено несколько сеянцев, по химико-технологическим показателям пригодных для возделывания в качестве сырья для сока. Сок из их плодов
полностью соответствовал по органолептическим, физико-химическим и
химическим показателям требованиям стандарта. Краткая характеристика
выделенных сеянцев приведена в таблице 1.
1. Характеристика пригодных для сокового производства сеянцев яблони, полученных во Всероссийском НИИ селекции плодовых культур (Орловская
обл., 1991-2009 годы)
Номер
сеянца
Происхождение
16-36-195 Антоновка краснобочка Ѕ SR0523
18-9-20 Антоновка обыкновенная Ѕ SR0523
16-36-190 Антоновка краснобочка Ѕ SR0523
16-37-48 Антоновка краснобочка Ѕ SR0523
16-37-61 Антоновка краснобочка Ѕ SR0523
23-12-19 814 — свободное
опыление
23-13-31 814 — свободное
опыление
22-28-57 Уэлси Ѕ OR38T17
23-12-17 814 — свободное
опыление
Ген устойчиво- Срок со- Масса
Оценка вкуса Дегустационная
сти к парше
зревания плода, г плода, балл оценка сока, балл
Vm
226
4,2
4,4
Vm
Осенний
Позднеосенний
177
4,1
4,3
Vm
Осенний
153
4,2
4,4
Vm
Зимний
130
4,0
4,4
Vm
Зимний
110
3,2
4,3
Vf
Зимний
110
3,9
4,4
Vf
Vf
Зимний
Зимний
100
100
3,8
4,0
4,4
4,4
Vf
Осенний
80
3,5
4,4
19
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
Продолжение таблицы 1
23-12-81 814 — свободное
Зимний
опыление
Vf
23-12-48 814 — свободное
опыление
Vf
Зимний
4-22-13 Антоновка ноПолигенная
Зимний
вая Ѕ Славянка
устойчивость
22-26-87 Уэлси Ѕ OR 38T17
Vf
Зимний
П р и м е ч а н и е. Прочерки означают отсутствие данных.
80
3,8
4,4
80
?
4,4
80
50
3,0
?
4,4
4,4
При сравнении двух иммунных к парше гибридных семей по числу сеянцев, пригодных для производства сока, и его качественным показателям установлено, что из семьи № 1614 (814 — свободное опыление)
выделено больше сеянцев, перспективных для получения сока (с дегустационными оценками 4,5; 4,4; 4,3 балла), чем из семьи № 1550 (Уэлси Ѕ OR
38Т17). На наш взгляд, это обусловлено более гармоничным вкусом сока из
гибридных плодов семьи № 1614 вследствие его меньшей кислотности и,
следовательно, большего значения сахарокислотного коэффициента. Среди
таких гибридов отобрано 4 сеянца, представляющих наибольший интерес,
которые уже размножены перепрививкой взрослых деревьев (17) (краткая
характеристика сока у этих гибридов приведена в табл. 2).
2. Характеристика иммунных к парше гибридов яблони из семьи № 1614 по
качеству сока (Всероссийский НИИ селекции плодовых культур, Орловская обл.)
Дегустационная
оценка, балл
Пищевая ценность сока
Номер
Р-активные
сеянца внешний
сумма
титруемая ки- сахарокислотный
вкус общая РСВ, %
катехины,
вид
сахаров, % слотность, % коэффициент
мг/100 г
23-12-48
22-27-130
23-12-81
23-12-17
Примеч
4,4
4,5
4,5
12,8
11,2
4,4
4,6
4,5
12,8
11,6
4,4
4,3
4,3
12,9
11,5
4,4
4,2
4,3
12,0
11,0
а н и е. РСВ — растворимые сухие вещества.
0,50
0,60
0,80
0,80
22,4
19,3
14,4
13,8
82,8
70,2
116,2
197,6
В результате изучения иммунных и высокоустойчивых к парше гибридов яблони выделен сеянец 16-36-190 (Антоновка краснобочка Ѕ SR0523) с
высоким качеством сока, получивший сортовое название Зарянка (Государственный реестр селекционных достижений, допущенных к использованию), и сеянец 16-36-195 из той же гибридной семьи с сортовым название Соковинка.
З а р я н к а (Антоновка краснобочка Ѕ SR0523) — новый устойчивый к парше сорт (ген Vm) c плодами осеннего созревания. В 1999 году
включен в Государственный реестр селекционных достижений по Центральному региону. Авторы сорта — Е.Н. Седов, З.М. Серова, В.В. Жданов, Н.Г. Красова. Плоды среднего размера (130 г), приплюснуто-округлые, слаборебристые; выход сока не менее 64 %; оценка внешнего вида
сока — 4,5, вкуса — 4,2, общая оценка — 4,3 балла (у контрольного сорта
Антоновка обыкновенная — соответственно 4,3; 4,0 и 4,2 балла).
С о к о в и н к а (Антоновка краснобочка Ѕ SR0523). Осенний устойчивый к парше сорт (ген Vm), пригоден для производства высококачественного сока. В 2009 году включен в государственное испытание. Авторы
сорта — Е.Н. Седов, З.М. Серова, В.В. Жданов, Н.С. Левгерова, Е.А. Долматов. Плоды крупные (200 г), средней одномерности. Значительно превосходит контроль (Антоновка обыкновенная) по выходу сока (70-73 % против 65 %) и его вкусовым качествам (4,3 балла против 4,0).
Для использования в селекции выделен источник высоких технологических качеств с геном Vf — 23-12-88 (814 — свободное опыление).
20
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
Большинство иммунных к парше гибридов, отобранных во ВНИИСПК как перспективные для возделывания в сырьевых садах, получены от
скрещиваний 21-45-63 [13-76-55 (Анис пурпуровый Ѕ Несравненное) Ѕ 1362-73 (Антоновка обыкновенная Ѕ Ренет Фрома золотой)] Ѕ 16-37-172 (Антоновка краснобочка Ѕ PR12Т67) и 16-40-111 (R-12740-7А — свободное
опыление) Ѕ 7-1-112 (сеянец Голден Граймз).
Результаты анализа гибридного фонда от ступенчатых скрещиваний
свидетельствуют о перспективности селекции яблони для сырьевых садов
на основе технологической оценки сортов и выделения лучших по консервным качествам с их последующим возделыванием в промышленных
насаждениях и получением сырья, отвечающего специфическим требованиям консервной отрасли (17).
Итак, впервые в России проведена технологическая оценка иммунных и высокоустойчивых к парше сортов (21 сорт) и гибридов (289 сеянцев) яблони на пригодность к использованию в производстве сока и возделыванию в сырьевых садах, на основании которой выделены формы с
высокими показателями выхода сока, вкусовых и пищевых качеств. Наибольшей пригодностью к возделыванию в сырьевых насаждениях характеризуются сорта селекции Всероссийского НИИ селекции плодовых культур Болотовское, Курнаковское, Юбиляр, Памяти Хитрово, Орловское
полесье (все с геном Vf), Зарянка и Соковинка (с геном Vm) с выходом сока на уровне мировых сидровых сортов (70 % и выше). Оценена степень
проявления основных технологических и биохимических признаков, определяющих пригодность для сокового производства, у плодов гибридов, полученных от ступенчатых скрещиваний, установлена селекционная ценность различных исходных форм. От ступенчатых скрещиваний по комплексу признаков выделены гибридные сеянцы для дальнейшего использования в селекции. Показана перспективность селекции яблони для сокового производства.
ЛИТЕРАТУРА
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
К а й ш е в В.Г., Ч е р к а с о в а В.М. Пищевая промышленность России в 1999-2003
гг. Пищевая промышленность, 2004, 6: 12-17.
С и з е н к о Е.И. Проблемы сельскохозяйственного сырья, продовольствия и продуктов питания. Хранение и переработка сельхозсырья, 2004, 6: 11-17.
Ф л а у м е н б а у м Б.Л. Промышленное применение метода электрической обработки
плодов перед прессованием. Тр. ОТИП, 1953, 5(2): 37-50.
Д а с к а л о в П., А с л а н я н Р., Т е н о в Р., Ж и в к о в М., Б о я д ж и е в Р.
Плодовые и овощные соки (перевод с болгарского). М., 1969.
Ф л а у м е н б а у м Б.Л., Т а н ч е в С.С., Г р и ш и н М.А. Основы консервирования пищевых продуктов. М., 1986.
Д ж а р у л л а е в Д.С. Научно-технические принципы создания интенсивных технологий переработки плодово-ягодного сырья с использованием электромагнитного поля
сверхвысокой частоты. Докт. дис. Махачкала, 2005.
Программа и методика селекции плодовых, ягодных и орехоплодных культур /Под ред.
Г.А. Лобанова. Мичуринск, 1980.
Программа и методика селекции плодовых, ягодных и орехоплодных культур /Под ред.
Е.Н. Седова. Орел, 1995.
Программа и методика сортоизучения плодовых, ягодных и орехоплодных культур /Под
ред. Г.А. Лобанова. Мичуринск, 1973.
Программа и методика сортоизучения плодовых, ягодных и орехоплодных культур /Под
ред. Е.Н. Седова, Т.П. Огольцовой. Орел, 1999.
Комплексная программа по селекции семечковых культур в России на 2001-2020 гг. Орел, 2001.
ГОСТ 656-79. Консервы. Соки плодовые и ягодные натуральные. М., 1979.
П е т р о п а в л о в с к и й Е.И., М е д в е д е в В.А., К о р о т к о в а А.П. Способы
повышения витаминности яблочного сока. Тр. IV Всес. семинара по биологически активным (лечебным) веществам плодов и ягод. Мичуринск, 1972.
А р т ю х С.Н., П р и ч к о Т.Г. Создание сырьевых садов яблони на основе сортов
нового поколения — источник подъема экономики региона. В мат. науч.-практ. конф.
«Формы и методы научного и организационно-экономического обеспечения отраслей в
21
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
условиях рыночных отношений» — Садоводство и виноградарство, 2001: 181-189.
15. С е д о в Е.Н. Селекция и сортимент яблони для центральных регионов России. Орел, 2005.
16. Л е в г е р о в а Н.С., С е д о в Е.Н., С е р о в а З.М. Использование плодов иммунных и устойчивых к парше сортов и гибридных форм яблони для производства сока.
Хранение и переработка сельхозсырья, 1997, 5: 37-38.
17. Л е в г е р о в а Н.С., С е д о в Е.Н., Х а к у л о в а Г.Г. Селекция иммунных сортов
яблони на пригодность для производства сока. В сб.: Основные направления и методы
селекции семечковых культур. Орел, 2001: 57-88.
ГНУ Всероссийский НИИ селекции плодовых
культур Россельхозакадемии,
Поступила в редакцию
4 апреля 2010 года
302530 Орловская обл., Орловский р-н, д. Жилина,
e-mail: info@vnispk.ru
SELECTION AND CREATION OF APPLE VARIETIES FOR JUICE
PRODUCTION
E.N. Sedov, N.S. Levgerova, E.S. Salina, Z.M. Serova
Summary
The data of many years investigations on selection of apple varieties for juice production
are presented. The new varieties, immune to apple scab, deserve the high label. The promising selection of apple for formation of rough gardens was shown.
ПРАВИЛА ОФОРМЛЕНИЯ ПРЕДСТАВЛЯЕМЫХ РУКОПИСЕЙ СТАТЕЙ
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
В журнале «Сельскохозяйственная биология» публикуются обзорные, проблемные, оригинальные
экспериментальные и методические работы по генетике и селекции сельскохозяйственных растений и животных, защите их от вредителей и болезней, молекулярной биологии, физиологии, биохимии, биофизике, радиобиологии, иммунитету, представляющие интерес для сельского хозяйства.
Не публикуются статьи серийные и статьи, излагающие отдельные этапы исследований, которые
не позволяют прийти к определенным выводам.
Статьи представляются тщательно отредактированными, в 2 экземплярах, напечатанных на одной
стороне листа через два интервала (шрифт 14 Times New Roman) на бумаге стандартного формата,
с приложенным диском (дискетой) с файлом статьи в программе Word for Windows. Рукопись
должна быть подписана авторами и иметь заверенное печатью направление от учреждения, в котором выполнена работа, подтверждающее, что материалы публикуются впервые.
При оформлении статей, содержащих экспериментальные данные, необходимо придерживаться
следующей схемы: обзор литературы, цель исследования, методика, результаты и выводы. Объем
обзорных и проблемных статей, включая список литературы, не должен превышать 18-22 стр.,
экспериментальных — 10-12 стр., кратких сообщений — 5 стр. К статье необходимо приложить
реферат и краткое резюме для перевода на иностранный язык.
Иллюстрации и подрисуночные подписи представляются в 2 экземплярах. Рисунки снабжаются
всеми необходимыми цифровыми или буквенными обозначениями с их пояснениями в подписи к
рисунку. Таблицы приводятся в тексте. Максимальное число таблиц — 3, рисунков — 3; в кратких
сообщениях — или 1 таблица, или 1 рисунок.
Формулы следует вписывать разборчиво. Во избежание ошибок в формулах необходимо размечать
прописные (заглавные) и строчные буквы, а также верхние и нижние индексы. Сокращаемые слова (названия препаратов, химических соединений, методов, учреждений, латинские названия видов и др.) при первом упоминании приводятся полностью (иностранные — также с русским переводом). При упоминании вида микроорганизмов следует руководствоваться правилами по номенклатуре микроорганизмов («Международный Кодекс номенклатуры бактерий». М., 1978). Единицы
физических величин приводятся по Международной системе СИ (ГОСТ 8.417-81).
Список литературы должен содержать источники, на которые имеется ссылка. Список составляется в
порядке упоминания источников в тексте. Для книги или сборника приводятся фамилии и инициалы
авторов (при наличии редакторов сборника или книги — их фамилии и инициалы), название книги
или названия статьи и сборника, место (город, для иностранных источников — город и страна) и год
издания, номера цитируемых страниц; для материалов научных собраний — фамилии и инициалы авторов, название статьи и научного мероприятия, место и год издания, номер тома, выпуска, цитируемые страницы; для журнальных статей — фамилии и инициалы авторов, название статьи, полное
название журнала, год издания, том, номер (выпуск), страницы.
Необходимо указать фамилию, имя и отчество всех авторов рукописи полностью, место работы,
адрес и телефоны (служебный, домашний, мобильный), а также адрес электронной почты (e-mail)
для согласования авторского экземпляра статьи.
При несоблюдении этих требований статья к рассмотрению не принимается. При отправке на доработку датой поступления считается дата получения редакцией окончательного варианта статьи.
Аспиранты публикации не оплачивают. Копии отрицательных рецензий направляются авторам,
положительных — предоставляются по запросу.
Экземпляр журнала с опубликованной статьей авторам не высылается. Журнал распространяется
только по подписке. Гонорар не выплачивается. Рукописи не возвращаются.
E-mail журнала «Сельскохозяйственная биология»: agr.biologia@mtu-net.ru
22
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ БИОЛОГИЯ, 2010, № 5
УДК 634.11:631.526.32:581.19
СОДЕРЖАНИЕ ПЕКТИНОВЫХ ВЕЩЕСТВ В ПЛОДАХ ЯБЛОНИ
В УСЛОВИЯХ ЦЕНТРАЛЬНО-ЧЕРНОЗЕМНОЙ ЗОНЫ РОССИИ*
М.А. МАКАРКИНА, Л.А. ГРЮНЕР, Т.В. ЯНЧУК, А.Р. ПАВЕЛ
Изучали плоды у сортов яблони из коллекционных насаждений Всероссийского НИИ
селекции плодовых культур (в том числе сортов селекции ВНИИСПК) на содержание пектиновых веществ. Выявлены лучшие по этому признаку формы, плоды которых пригодны для употребления в свежем виде как лечебно-профилактические продукты. Рекомендованы новые сорта с
высоким содержанием пектина и стабильностью признака для использования в дальнейшей селекции.
Ключевые слова: сорта яблони, пектиновые вещества, гомеостатичность.
Key words: apple varieties, pectin substances, homeostatic character.
В растениях пектиновые вещества (высокомолекулярные соединения углеводной природы, обладающие свойствами лиофильных коллоидов)
содержатся в основном в плодах и ягодах в виде растворимого пектина, пектиновой кислоты и протопектина (1, 2). Водные растворы пектиновых веществ с сахаром (65-70 %) в присутствии органических кислот (рН 3,1-3,5)
образуют студни (3, 4). Яблочный, цитрусовый, клюквенный, смородиновый пектины обладают хорошими желирующими свойствами, пектины сахарной свеклы, груши, цикория почти не желируют.
Уникальный спектр функциональных свойств пектина (загуститель,
студнеобразователь, стабилизатор и др.) определяет его широкое применение в пищевой промышленности для приготовления мармелада, повидла,
пастилы, желе, джема, мороженого, фруктовых начинок. Пектин способствует сохранению в желе природного цвета и аромата.
В яблоках преобладает растворимый пектин (60-70 % от общего количества) (1). Он характеризуется малым содержанием ацетильных групп,
высокой степенью метоксилирования (70-80 %), имеет достаточно высокую молекулярную массу (70 000-80 000 Да). Качество яблочного пектина
вполне удовлетворяет требованиям пищевого производства и во многом
зависит от исходного сырья (5).
Следует отметить, что пектиновые вещества благотворно влияют на
организм человека. Как полиэлектролиты, гелеобразователи и эмульгаторы
они находят широкое применение в медицине и фармакологии. В частности, способность этих соединений подавлять рост и размножение микроорганизмов позволила использовать их для лечения некоторых инфекционных желудочно-кишечных заболеваний. Пектины препятствуют всасыванию в организме токсичных веществ, в том числе тяжелых металлов и
радионуклидов (6). Выявлен положительный эффект пектина при лечении
и профилактике ишемической болезни сердца, сахарного диабета и ожирения, что объясняется способностью корректировать липидный (холестериновый) и углеводный обмен (7).
Цель настоящей работы заключалась в изучении современного сортимента яблони, в том числе созданного во Всероссийском НИИ селекции плодовых культур (ВНИИСПК), по содержанию пектиновых веществ
в плодах.
Методика. Объектами исследований, выполненных в 2000-2009 годах, были 260 сортов генофонда ВНИИСПК, включая 38 сортов селекции
*
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект № 09-03-99032-р_офи).
23
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
ВНИИСПК, созданных под руководством Е.Н. Седова. В качестве контрольных были взяты пять районированных наиболее распространенных
сортов различных сроков созревания.
Содержание пектиновых вещества определяли в спиртонерастворимом остатке колориметрическим карбозольным методом, основанном на
специфическом фиолетовом окрашивании уроновых кислот с карбозолом
в серной кислоте, на спектрофотометре Spekol («Veb Carl Zeiss JENA», Германия) (8, 9).
Статистическую обработку данных выполняли с помощью программы Microsoft Excel.
Результаты. В яблоках содержание пектиновых веществ в среднем
составляет от 0,3 до 2,4 % (в расчете на сырую массу) (1, 10, 11), в плодах
районированных и наиболее перспективных российских сортов — 6,5 % (в
расчете на сухую массу). Максимальное содержание пектиновых веществ
зарегистрировано у сорта Персиковое — 17,8 % (12). Выделены сорта, накапливающие в плодах более 12,0 % пектиновых веществ (Атлантка, Бабушкино, Мантет, Суйслепское, Луч, Титовка, Зеленка сочная, Скрыжапель, Слава Приморья, Вадимовка, Персиковое).
Среди сортов генофонда ВНИИСПК, по данным З.А. Седовой (13),
этот показатель равен 11,3 % при наименьшем значении (5,1 %) у сорта
Сентябрьское полосатое и наибольшем (18,0 %) — у сорта Королева Канзаса. Выделено 73 сорта с содержанием пектиновых веществ в плодах более 12,0 % (табл. 1).
1. Сорта яблони генофонда Всероссийского НИИ селекции плодовых культур с высоким содержанием пектиновых веществ в плодах (в расчете на
сухую массу) (Орловская обл., среднемноголетние данные, цит. по 13)
Содержание, %
12,1-13,0
Сорт
Июльское Черненко, Бабушкино, Коллективное, Золотая осень, Лобо, Спартан,
Нежное забайкальское, Тамбовское, Память Болотова, Исилькульское, Антоновка белая, Победитель, Мантет, Ветеран, Лошицкое, Зимнее крупное, Китайкамать, Минское, Оранжевое, Хьюм, Несравненное, Камышловское желтое, Кутузовец, Штеттинское красное, Лавфам, Феймез, Премьера, Банкрофт, Боровинка
ананасная, Голубь мира
Ароматное, Золотой шар, Красноярское, Суйслепское, Жигулевское, Пон-ФуГо, Зимнее превосходное, Ивановка, Ренет Баумана, Бунинское, Волжское зимнее, Апрельское, Диана, Шафран саратовский, Линда, Юный натуралист, Апорт
Александр, Шафранное, Кэрол, Кулон-китайка, Титовка, Россошанское лежкое,
Болдуин
Блек Бен Девис, Джонатан, Орловское зимнее, Дочь Дианы, Кныш, Боровинка,
Старк Редгольд, Скрыжапель, Антоновка краснобочка, Джойс
Борсдорф-китайка, Ред Мелба, Святой Лаврентий, Перкинс, Богдан Хмельницкий, Зеленка зимняя, Варгуль воронежский, Пармен северный, Лозовка, Королева Канзаса
13,1-14,0
14,1-15,0
15,1-18,0
Содержание пектинов в плодах у сортов яблони селекции ВНИИСПК изменялось от 9,1 % (Вита) до 16,7 % (Славянин) при среднем значении 12,6 %, у контрольных — составило в среднем 11,2 % при пределах
варьирования от 9,0 (сорт Папировка) до 13,4 % (сорт Антоновка обыкновенная) (табл. 2).
2. Сумма пектиновых веществ (в расчете на сухую массу) в плодах перспективных сортов яблони селекции Всероссийского НИИ селекции плодовых
культур (Орловская обл., 2000-2009 годы)
Сорт
Славянин
Болотовское
Здоровье
Орловский пионер
24
Продолжительность
изучения, число лет
х±m
Перспективные сорта
4
16,7±1,2
11
16,3±1,4
5
15,5±2,9
7
14,8±1,4
От-до
Сv, %
13,4-19,0
8,8-21,4
7,3-22,1
4,6-17,5
14,1
26,6
41,2
27,6
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
Памяти Хитрово
Курнаковское
Рождественское
Кандиль орловский
Веньяминовское
Строевское
Первинка
Свежесть
Память Семакину
Старт
Афродита
Имрус
Дар?на
Орловское полесье
Юбиляр
Зарянка
Юбилей Москвы
Орловим
Чистотел
Память Исаева
Орлик
Ветеран
Раннее алое
Солнышко
Желанное
Орловское полосатое
Память воину
Синап орловский
Августа
Низкорослое
Бордовое
Орлинка
Куликовское
Вита
Среднее
Минимальное
Максимальное
Cv в зависимости от сорта, %
5
6
5
4
6
5
4
6
3
5
4
10
2
5
6
6
5
6
7
4
11
5
3
5
6
7
9
11
3
4
8
3
5
3
14,6±2,3
14,4±1,6
14,4±2,1
14,3±2,8
14,0±1,8
14,0±2,2
13,8±2,8
13,7±1,4
13,6±1,3
13,6±1,8
13,4±2,7
13,4±0,9
13,3
13,1±2,0
12,9±1,9
12,6±1,8
12,6±2,0
12,2±1,3
12,2±0,9
12,0±1,6
11,6±1,0
11,4±2,3
11,4±2,8
11,4±1,8
11,2±1,2
10,5±1,4
10,3±1,1
10,1±1,2
10,0±2,0
9,9±2,5
9,5±1,3
9,5±1,8
9,2±1,6
9,1±2,9
12,6±0,3
9,1
16,9
16,3
Контрольные сорта
Антоновка обыкновенная
20
13,4±0,92
Осеннее полосатое
14
12,8±0,71
Мелба
10
11,1±1,06
Северный синап
11
9,7±0,59
Папировка
8
9,0±0,98
Среднее
11,2±0,76
Минимальное
9,0
Максимальное
13,4
Cv в зависимости от сорта, %
15,2
П р и м е ч а н и е. Прочерк означает, что приведены данные за 2 года.
Продолжение
8,5-21,5
7,1-17,5
7,1-20,3
6,5-18,3
6,5-19,2
7,1-20,3
7,1-20,7
6,5-19,3
11,0-15,4
7,0-15,9
7,2-19,8
6,8-18,2
7,7-18,8
7,2-18,4
6,8-19,4
6,4-16,0
7,9-19,0
6,3-15,0
6,1-14,5
8,3-16,0
6,3-15,8
5,7-17,2
5,9-15,1
6,9-15,6
6,1-16,5
5,7-16,7
4,7-14,3
4,8-17,3
7,0-13,9
6,3-17,2
5,8-16,0
6,5-12,8
6,2-13,8
6,1-14,9
таблицы 2
35,8
26,3
32,9
39,0
32,2
35,0
40,5
32,9
17,0
29,6
40,3
25,3
–
33,3
35,5
35,8
35,2
26,3
21,7
26,3
28,9
45,5
42,6
35,7
30,8
34,0
33,8
40,6
35,1
50,9
39,9
33,1
39,3
55,2
4,6
21,4
14,1
55,2
6,7-22,2
9,5-19,2
7,5-13,0
7,1-13,4
5,1-13,3
30,7
20,8
30,2
20,2
30,9
5,1
22,2
20,2
30,9
У 23 из 38 сортов в плодах накапливалось более 12,0 % пектинов. В
группу с наибольшим содержанием этих веществ (выше 14,0 %) вошли сорта Кандиль орловский, Курнаковское, Рождественское, Орловский пионер, Здоровье, Памяти Хитрово, Болотовское и Славянин. Ценность для
селекции представляют формы, сочетающие высокие показатели качества
со стабильностью проявления признака. Из вышеуказанной группы сортов
четыре (Болотовское, Курнаковское, Орловский пионер, Славянин) выделились как наиболее гомеостатичные.
Высокую гомеостатичность содержания пектиновых веществ (наименьший коэффициент вариации по годам) отмечали также у сортов Славянин (Cv = 14,1 %), Память Семакину (Cv = 17,0 %), Чистотел (Cv = 21,7 %),
Болотовское (Cv = 24,2 %), Имрус (Cv = 25,3 %), Память Исаева, Орловим
и Курнаковское (для всех Cv = 26,3 %), Орловский пионер (Cv = 27,6 %),
Орлик (Cv = 28,9 %) и Старт (Cv = 29,6 %). У остальных содержание пектинов значительно изменялось в зависимости от метеорологических условий вегетационного периода, при этом сильнее других (Cv > 40,0 %) реагировали на погодные условия сорта Вита, Ветеран, Раннее алое, Здоро25
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
вье, Синап орловский, Первинка и Афродита.
Таким образом, яблоки, выращенные в Центрально-Черноземном регионе России, характеризуются высоким содержанием пектиновых соединений, что особенно ценно при употреблении в свежем виде в качестве
натурального сорбента вредных веществ (тяжелые металлы, радионуклиды
и др.), выводящего их из организма. Во Всероссийском НИИ селекции
плодовых культур (ВНИИСПК) выделены сорта (районированные и наиболее перспективные), которые накапливают в плодах более 12,0 % пектинов (Атлантка, Бабушкино, Мантет, Суйслепское, Луч, Титовка, Зеленка сочная, Скрыжапель, Слава Приморья, Вадимовка, Персиковое). Из 260
сортов генофонда ВНИИСПК содержание пектиновых веществ более 12,0 %
отмечено у 101 сорта, в том числе у 28 сортов селекции ВНИИСПК. Для
сортов Болотовское, Курнаковское, Орловский пионер, Славянин наряду
с высоким содержанием пектинов (более 14,0 %) характерна высокая гомеостатичность этого признака, что особенно ценно при их использовании в селекции.
ЛИТЕРАТУРА
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
С а п о ж н и к о в а Е.В. Пектиновые вещества плодов. М., 1965.
К р е т о в и ч В.Л. Биохимия растений. М., 1986.
П е т р о в а В.П. Биохимия дикорастущих плодово-ягодных растений. Киев, 1986.
К р а ц Р. Строение, функциональные свойства и производство пектина. Пищевая промышленность, 1993, 1: 31-32.
Д а д а ш е в М.Н., В а г и д о в Я.А., Ш и х н е б и е в Д.А., Б а л и е в а Ж.С.
Перспективы производства и применения пектиновых веществ. Хранение и переработка
сельхозсырья, 2000, 9: 46-50.
П р и п у т и н а Л.С. Физико-химические свойства пектинов и их значение для состояния организма. В сб.: Рациональное питание. Киев, 1991, 26: 66-68.
М е щ е р я к о в а В.А., С а м с о н о в М.А., Г а п и а р о в М.М., П л о т н и к ов а О.А., П о к р о в с к а я Г.Р., Г о л о в к и н а Т.М., З а б о й к и н а Т.Н., С ан и н а И.В. Влияние пектина на некоторые показатели липидного и углеводного обмена у больных ишемической болезнью сердца. Вопросы питания, 1988, 1: 14-17.
Программа и методика сортоизучения плодовых, ягодных и орехоплодных культур /Под
ред. Г.А. Лобанова. Мичуринск, 1973.
Программа и методика сортоизучения плодовых, ягодных и орехоплодных культур /Под
ред. Е.Н. Седова, Т.П. Огольцовой. Орел, 1999.
С п е р а н с к и й В.Г. Товароведение свежих плодов и овощей. М., 1967.
Ш и р к о Т.С., Я р о ш е в и ч И.В. Биохимия и качество плодов. Минск, 1991.
С е д о в Е.Н., М а к а р к и н а М.А., Л е в г е р о в а Н.С. Биохимическая и технологическая характеристика плодов генофонда яблони. Орел, 2007.
С е д о в а З.А. Биохимическая характеристика плодов. В кн.: Каталог сортов яблони
(сортовой фонд и его использование). Орел, 1981: 74-84.
ГНУ Всероссийский НИИ селекции плодовых
культур Россельхозакадемии,
Поступила в редакцию
29 июня 2010 года
302530 Орловская обл., Орловский р-н, д. Жилина,
e-mail: info@vniispk.ru
CONTENT OF PECTINES IN APPLES IN THE CONDITIONS
OF RUSSIAN CENTRALLY-CHERNOZEM REGION
M.A. Makarkina, L.A. Gryuner, T.V. Yanchuk, A.R. Pavel
Summary
The authors studied the fruits in apple varieties from collection of All-Russian Scientific
Research Institute of Orchard Culture Selection (including varieties of the institute selection) on
content of pectines. The best forms on this determinant were revealed, the fruits of which can be eat
in natural form as treatment-preventive foods. The new varieties with high content of pectines and
stable determinant were recommended for using in further selection.
26
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ БИОЛОГИЯ, 2010, № 5
УДК 634.722:631.527
СЕЛЕКЦИОННАЯ ОЦЕНКА ГИБРИДНЫХ СЕМЕЙ
СМОРОДИНЫ КРАСНОЙ
О.Д. ГОЛЯЕВА
Анализировали потомство от целенаправленных скрещиваний и от свободного опыления
сортов смородины красной. Выявлены ценные семьи по отбору сеянцев с комплексом селектируемых признаков (Валентиновка Ѕ Осиповская, Ася Ѕ 1368-12-57, Вика — свободное опыление). Выделены комбинации скрещиваний, перспективные для отбора сеянцев по крупноплодности (Нива Ѕ 111-19-81, 44-5-30 Ѕ 1368-12-57), вкусовым качествам ягод (1044-20-80 Ѕ Баяна).
Отобранные сеянцы представляют интерес как исходный материал селекции, а также для изучения как претенденты в сорта.
Ключевые слова: смородина красная, селекционная семья, комбинация скрещивания,
продуктивность, длиннокистность, крупноплодность, вкусовые качества ягод.
Key words: red currant, breeding family, crossing combination, productivity, long clusters,
large berry size, taste qualities of berries.
Смородина красная относится к высокоурожайным выносливым
ягодным культурам, что традиционно позволяет выращивать ее в разнообразных почвенно-климатических условиях (1-3). Ягоды смородины красной
и продукты их переработки содержат органические, минеральные и биологически активные вещества, обусловливающие питательные и целебные свойства растения.
Смородина красная — вторая после земляники культура, открывающая сезон потребления свежей ягодной продукции. У смородины красной этот период продолжительнее, чем у смородины черной, так как срок
между созреванием у ранних и поздних сортов составляет более месяца.
Среди сортов смородины красной, допущенных к использованию в Центрально-Черноземном регионе (5-й), преобладают сорта среднего срока созревания (4). Сортимент сортов с ранним созреванием урожая нуждается в
существенном улучшении. Ягоды раннеспелых сортов используются в основном в свежем виде и должны обладать высокими товарными и вкусовыми качествами. В этой группе нет белоплодных сортов.
Белоплодные и красноплодные сорта смородины по генетическому
происхождению принадлежат к подроду Ribesia Berl., различаясь лишь цветом ягод (5, 6). М.А. Розанова (1935) приводит сведения, что видам Ribes
vulgare Lam., R. rubrum L., R. petraeum Wulf., от которых произошла основная часть сортов смородины красной, присуща внутривидовая изменчивость окраски ягод (от белой до темно-красной) (7). В Ботаническом саду
Института биологических проблем криолитозоны (г. Якутск) при изучении
внутривидовой изменчивости у вида R. glabellum выделены формы с розовыми ягодами (8). Наиболее известный сорт с розовыми ягодами — Голландская розовая является потомком R. vulgare Lam. (9).
Целью исследований было выявление ценных семей, в которых выщепляются сеянцы с комплексом хозяйственно полезных признаков или
выдающиеся генотипы по отдельным признакам.
Методика. Наблюдения проводились в 2009 году на селекционном
участке Всероссийского НИИ селекции плодовых культур (ВНИИСПК,
Орловская обл.). В изучении находились сеянцы 15 семей (415 шт.) от межсортовых скрещиваний и от свободного опыления сортов смородины красной сложного генетического происхождения. Сеянцы были высажены на
участок осенью 2005 года. Учеты степени плодоношения, сроков созрева27
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
ния, описание сеянцев (длина кисти, цвет, величина ягод, характер вкуса)
проводились согласно программно-методическим указаниям по селекции
плодовых, ягодных и орехоплодных культур (10).
Результаты. В потомстве всех изучаемых семей, за исключением
полученных от свободного опыления формы 68-3-134, выщеплялись сеянцы среднего срока созревания. Наибольшее их число выделяли от свободного опыления сортов со средним (Роза — 80,0 %, Белка — 66,7 %) и ранним (Нива — 73,5 %) сроком созревания, а также в комбинации Валентиновка Ѕ Осиповская (75,0 %), у которой в происхождении родительских
форм принимали участие ранний сорт Йонкер ван Тетс и среднеспелый
сорт Миннесота (табл. 1).
1. Частота выщепления сеянцев смородины красной с разным сроком созревания в зависимости от происхождения (Всероссийский НИИ селекции
плодовых культур, Орловская обл., 2009 год)
Номер
семьи
Происхождение
1895
2003
2007
2039
2041
2047
2049
2059
2060
2064
2052
2062
2063
2054
2066
44-5-30 Ѕ 1368-12-57
Ася Ѕ 1368-12-57
Нива Ѕ 111-19-81
Валентиновка Ѕ Осиповская
1044-20-80 Ѕ Баяна
79-1-89 Ѕ 1439-23-139
Орловская звезда Ѕ 1440-25-37
Ася (свободное опыление)
Нива (свободное опыление)
Виксне (свободное опыление)
Белка (свободное опыление)
Роза (свободное опыление)
Вика (свободное опыление)
Баяна (свободное опыление)
68-3-134 (свободное опыление)
Срок созревания ягод
Число
сеянцев,
среднесреднеранний
средний
поздний
шт.
ранний
поздний
16
17
16
23
22
31
18
36
54
30
27
40
32
29
24
40,0
0
40,0
0
0
0
0
20,0
26,5
17,6
11,1
0
0
0
0
20,0
50,0
20,0
0
0
0
0
30,0
0
52,9
0
0
31,8
0
0
40,0
50,0
40,0
75,0
28,6
22,2
26,7
50,0
73,5
35,3
66,7
90,5
40,9
62,5
0
0
0
0
16,7
42,8
22,2
13,3
0
0
0
22,2
9,5
27,3
25,0
62,5
0
0
0
8,3
28,6
55,6
60,0
0
0
0
0
0
0
12,5
37,5
Больший процент раннеспелых сеянцев получили от скрещивания
в паре раннеспелых родителей — 44-5-30 (Чулковская Ѕ Миннесота) и
1368-12-57 (I2 Йонкер ван Тетс), Нива (Миннесота Ѕ Чулковская) и 11119-81 (Йонкер ван Тетс, свободное опыление), а также от свободного опыления сортов с ранним сроком созревания — Нива, Ася, Виксне.
В семьях №№ 2041, 2047 и 2049, в которых один или оба родителя —
позднеспелые сорта, основное число сеянцев характеризовались поздним
и среднепоздним сроком созревания; раннеспелые сеянцы не выявлялись.
Использование в селекции среднеспелых сортов и форм позволяло получить потомство, более разнообразное по срокам созревания. В потомстве
раннеспелых сортов и форм не было сеянцев с поздним, а в потомстве
позднеспелых — с ранним сроком созревания ягод.
В потомстве от скрещивания двух белоплодных родительских форм
1044-20-80 Ѕ Баяна все гибриды имели белые ягоды. Основная часть сеянцев от свободного опыления сорта Роза (с розовыми ягодами) имела розовые ягоды, встречались единичные растения с белыми и красными ягодами. Очень широкий спектр по окраске ягод наблюдался среди сеянцев
от свободного опыления сорта Виксне (темно-вишневые ягоды) — белые,
красные (светло-красные и темно-красные), вишневые и темно-вишневые
(сеянцев с розовыми ягодами не выявили). От свободного опыления красноплодных сортов Ася, Нива, Вика и в семьях от скрещивания родительских форм с красноокрашенными ягодами (№№ 1895, 2003, 2007, 2047,
2049) наблюдались сеянцы только с красными (разных оттенков) ягодами.
На 4-й сезон роста (2009 год) все сеянцы в семьях Валентиновка Ѕ Осиповская и от свободного опыления сорта Баяна вступили в плодоношение,
28
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
причем примерно у четверти (соответственно 23,1 и 22,2 %) оно оценивалось на 4 и 5 баллов (табл. 2). Большой выход высокопродуктивных сеянцев отмечали в семьях №№ 2007 (Нива Ѕ 111-19-81), 2064 (Виксне, свободное опыление) — 16,7 %, 2052 (Белка, свободное опыление) — 15,4 %, 2003
(Ася Ѕ 1368-12-57) — 14,3 %. В некоторых семьях высокопродуктивные
сеянцы отсутствовали (1044-20-80 Ѕ Баяна; 79-1-89 Ѕ 1439-23-139; Нива, свободное опыление; Роза, свободное опыление).
2. Выход сеянцев с хозяйственно ценными признаками в селекционных семьях
смородины красной в зависимости от происхождения (Всероссийский НИИ
селекции плодовых культур, Орловская обл., 2009 год)
Номер
семьи
1895
2003
2007
2039
2041
2047
2049
2059
2060
2064
2052
2062
2063
2054
2066
Происхождение
44-5-30 Ѕ 1368-12-57
Ася Ѕ 1368-12-57
Нива Ѕ 111-19-81
Валентиновка Ѕ Осиповская
1044-20-80 Ѕ Баяна
79-1-89 Ѕ 1439-23-139
Орловская звезда Ѕ 1440-25-37
Ася (свободное опыление)
Нива (свободное опыление)
Виксне (свободное опыление)
Белка (свободное опыление)
Роза (свободное опыление)
Вика (свободное опыление)
Баяна (свободное опыление)
ЭЛС 68-3-134 (свободное
опыление)
Доля сеянцев, %
Число
с плодоношением длинносеянцев,
крупно- сладко- отобранкистных
4-5
шт.
плодных плодных ных
0 баллов
баллов (> 10 см)
16
17
16
23
22
31
18
36
54
30
27
40
32
29
6,2
14,3
16,7
0
16,7
28,6
11,1
31,2
7,4
10,0
23,1
50,0
26,1
0
6,2
14,3
16,7
23,1
0
0
5,6
6,2
0
16,7
15,4
0
13,0
22,2
13,3
16,7
0
41,7
0
16,7
6,2
0
14,0
4,2
0
0
17,6
22,2
93,3
50,0
40,0
46,2
0
16,7
37,5
50,0
41,2
16,0
14,3
10,5
41,2
33,3
0
16,7
0
0
75,0
16,7
15,4
0
15,7
24,0
0
23,8
29,4
22,2
6,2
14,3
16,7
30,8
16,7
0
11,1
6,2
11,1
10,0
0
0
18,2
11,1
24
20,8
4,2
21,0
27,8
10,5
4,2
Наибольший процент неплодоносящих сеянцев регистрировали в
семье от свободного опыления сорта Роза.
По доле сеянцев с длиной кисти более 10 см выделялись комбинация Валентиновка Ѕ Осиповская и семьи от свободного опыления растений сорта Баяна, а также ЭЛС 68-3-134 (потомки смородины многоцветковой — R. multiflorum Kit.). Длиннокистные сеянцы отсутствовали в пяти
из 15 изученных семей.
По крупноплодности превосходили остальных сеянцы в комбинации 44-5-30 Ѕ 1368-12-57 (93,3 %), в которой материнской формой служил
источник крупноплодности, отцовской — инбредный сеянец I2 крупноплодного сорта Йонкер ван Тетс. Высокий выход крупноплодных сеянцев
отмечали в семьях Ася Ѕ 1368-12-57, Ася (свободное опыление) — 50,0 %,
Валентиновка Ѕ Осиповская — 46,2 %. Только в потомстве комбинации
1044-20-80 Ѕ Баяна не выявились сеянцы с крупными ягодами.
В 10 из 15 изученных семей были отобраны сладкоплодные сеянцы
(с кисло-сладкими и сладкими ягодами), наибольший выход таких сеянцев
зафиксировали в комбинации 1044-20-80 Ѕ Баяна (75,0 %). Около 30 %
сладкоплодных сеянцев получили от свободного опыления сорта Вика, более 20 % — сортов Виксне, Роза, Баяна.
В результате гибридологического анализа потомства выявили наиболее ценную комбинацию скрещивания по комплексу селектируемых признаков — Валентиновка Ѕ Осиповская, в которой отборные сеянцы (30,8 %)
сочетали высокую продуктивность, длиннокистность и крупноплодность.
Следует отметить семьи от комбинации скрещивания Ася Ѕ 1368-12-57 и от
свободного опыления сорта Вика, в которых выход отборных сеянцев был
несколько ниже (14,3-18,2 %), но были отобраны длиннокистные, крупноплодные сеянцы с кисло-сладкими ягодами. В комбинации Нива Ѕ 11129
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
19-81 отборы проводили по крупноплодности, в комбинации 1044-2080 Ѕ Баяна — по десертному вкусу ягод. Ценный сеянец, сочетающий достаточно высокие показатели компонентов продуктивности, вкусовых и питательных качеств ягод, выделен из семьи № 2003 (Ася Ѕ 1368-12-57).
Таким образом, при селекции смородины красной с высокой вероятностью можно отобрать сеянцы со средним сроком созревания, поскольку они выщепляются в потомстве сортов и форм раннего, среднего и
позднего срока созревания. Наибольший выход длиннокистных сеянцев
наблюдался у потомков смородины многоцветковой. По крупноплодности
выделилась комбинация 44-5-30 Ѕ 1368-12-57, в которой материнской формой был источник крупноплодности, отцовской — инбредный сеянец I2
крупноплодного сорта Йонкер ван Тетс. Группа сладкоплодных сеянцев
состоит в основном из форм с кисло-сладким вкусом ягод; единичные сеянцы, которые имеют сладкие ягоды, представляют собой ценный исходный материал.
ЛИТЕРАТУРА
1.
2.
В и т к о в с к и й Л.В. Плодовые растения мира. СПб—М.—Краснодар, 2003.
Е л с а к о в а С.Д. Ягодные культуры для коллективных садов Кольского Севера. Мурманск, 1982.
3. И л ь и н В.С. Смородина. Челябинск, 2007.
4. Кодификатор сортов плодово-ягодных культур, винограда, орехоплодных и субтропических растений, включенных в государственное испытание на 2009 г. М., 2009: 37-38.
5. К и п Э. Смородина и крыжовник. В кн.: Селекция плодовых растений. М., 1981: 274-371.
6. К и ч и н а В.В. Генетика и селекция ягодных культур. М., 1984.
7. Р о з а н о в а М.А. Ягодоведение и ягодоводство. М.—Л., 1935.
8. К о р о б к о в а Т.С., С а б а р а й к и н а С.М., С о р о к о п у д о в В.Н. Красная
смородина в Якутии. Белгород, 2008.
9. П а в л о в а Н.М. Смородина. Л., 1930.
10. Программа и методика селекции плодовых, ягодных и орехоплодных культур. Орел, 1995.
ГНУ Всероссийский НИИ селекции плодовых
культур Россельхозакадемии,
Поступила в редакцию
24 июня 2010 года
302530 Орловская обл., Орловский р-н, д. Жилина,
e-mail: info@vniispk.ru
BREEDING ESTIMATION OF RED CURRANT HYBRID FAMILIES
O.D. Golyaeva
Summary
The author has analyzed the progenies of red currant varieties from the purposeful crossings
and from the open pollination. The valuable families for selection seedlings with the complex of
breeding characters have been found (Valentinovka Ѕ Osipovskaya, Asya Ѕ 1368-12-57, Vika —
open pollination). The crossing combinations prospective for selection of seedlings have been selected (Niva Ѕ 111-19-81, 44-5-30 Ѕ 1368-12-57) according to large size of berries and (1044-2080 Ѕ Bayana) according to taste qualities. Selected seedlings are of interest as initial material for further breeding and for variety investigation.
Новые книги
Т и м о н и н А.К. Ботаника: В 4 т. Т. 3:
Высшие растения. М.: изд-во «Академия».,
2007, 352 с.
Учебник «Ботаника» включает новейшие данные в области систематики, морфологии, анатомии и ультраструктуры, физиологии и экологии растительноподобных организмов (водорослей, грибов, миксомицетов) и сосудистых растений. В третьем томе
30
учебника изложены сведения о внешнем и
внутреннем строении вегетативных органов
высших растений. Рассмотрены наиболее важные вопросы их структурной эволюции и
морфолого-анатомическая специфика растений разных экологических групп, а также
основы репродуктивной биологии и экологии растений. Для студентов биологических
специальностей высших учебных заведений.
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ БИОЛОГИЯ, 2010, № 5
УДК 634.7:631.81
ФОРМИРОВАНИЕ СОСТАВА МИКРОЭЛЕМЕНТОВ У ЯГОДНЫХ
РАСТЕНИЙ В УСЛОВИЯХ ПОВЫШЕННОГО СОДЕРЖАНИЯ
ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ПОЧВЕ
Е.В. ЛЕОНИЧЕВА, С.М. МОТЫЛЕВА, М.Н. КУЗНЕЦОВ, Т.А. РОЕВА,
Л.И. ЛЕОНТЬЕВА
Изучали содержание Pb, Ni, Zn, Fe и Cu в листьях и плодах смородины черной, малины и крыжовника, выращиваемых при содержании тяжелых металлов (ТМ) в почве, превышающем регионально-фоновый уровень в 2-6 раз. Выявлено влияние экологических факторов (содержание в почве ТМ и агрофона) на содержание микроэлементов в листьях. Для плодов этот
показатель в большей мере определялся генетическими особенностями культур. Наибольшее суммарное накопление ТМ отмечено в плодах малины.
Ключевые слова: смородина черная, малина, крыжовник, ягодный агроценоз, микроэлементы.
Key words: black currant, raspberry, gooseberry, berry agrocenosis, microelements.
В последние десятилетия, несмотря на снижение объемов поступления загрязняющих веществ в окружающую среду, ее экологическое состояние продолжает ухудшаться из-за роста абсолютного количества аккумулированных токсикантов. Садовые агроценозы сильнее других сельхозугодий подвержены загрязнению, поскольку со средствами защиты растений ежегодно поступает значительное количество тяжелых металлов (ТМ).
Например, в почвах садов каждые 10 лет количество меди повышается на
величину, равную естественному содержанию (1).
Зафиксировано превышение предельно-допустимых концентраций
(ПДК) ТМ в плодовой и ягодной продукции, выращиваемой в условиях
возросшей антропогенной нагрузки (2, 3). При этом загрязнение плодов и
ягод может наблюдаться и в тех случаях, когда содержание ТМ в почве
меньше ПДК (4).
Имеющиеся в научной литературе данные о видовых и сортовых
различиях в способности растений накапливать ТМ, а также о механизмах, препятствующих накоплению этих элементов в генеративных органах
и органах запасания ассимилятов, позволяют считать подбор культур одним из наиболее эффективных приемов рациональной эксплуатации почв,
загрязненных ТМ.
Сведения о видах растений, наиболее и наименее пригодных для
выращивания в условиях загрязнения окружающей среды ТМ, касаются
преимущественно однолетних полевых и овощных культур (5, 6), в то время
как ягодные исследованы недостаточно.
Целью нашей работы было определение количества тяжелых металлов (ТМ) в листьях и плодах ягодных культур на фоне повышенного
содержания ТМ в почве и оценка эффективности физиологических барьеров, препятствующих поступлению ТМ в генеративные органы.
Методика. Накопление микроэлементов в листьях и плодах ягодных растений (смородина черная, сорт Кипиана; малина, сорт Спутница;
крыжовник, форма ЭЛС 24-15-21) изучали в полевых опытах (садовый
массив Всероссийского НИИ селекции плодовых культур — ВНИИСПК,
Орловская обл., 2004-2008 годы). Почва опытного участка серая лесная
среднесуглинистая; агрохимическая характеристика: рНKCl — 5,4±0,15;
содержание подвижного фосфора — 43,78±3,70, обменного калия —
31
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
29,70±5,30 мг/100 г почвы; содержание гумуса 3,7±0,14 %. Растения выращивались на двух агрохимических фонах — без удобрений (контроль) и
при внесении N90Р90К90.
Содержание ТМ (Pb, Ni, Zn, Fe, Cu) в растительных пробах и подвижных форм тяжелых металлов в почве (в вытяжке СН3СООNН4, рН 4,8)
определяли методом высокоэффективной жидкостной хроматографии, разработанным на основе МУК 4.1.053-96, валовое содержание ТМ — рентгенфлуоресцентным методом (Спектроскан, Россия).
Полученные результаты обрабатывали методом дисперсионного анализа с использованием пакета программ Microsoft Exсel.
Результаты. В почве после 50 лет ее использования в садоводстве
валовое содержание ТМ превысило (по Pb и Ni — в 2 раза, по Zn — в 3
раза, по Cu — в 6 раз) регионально-фоновый уровень, установленный для
серых лесных почв Орловской области (табл. 1).
1. Характеристика содержания тяжелых металлов в почве опытного участка
(мг/кг, Всероссийский НИИ селекции плодовых культур, Орловская
обл., 2004-2008 годы)
Показатель
Pb
Ni
Zn
Cu
Валовое содержание
23,3±4,5
30,2±1,1
44,0±4,1
72,6±19,4
Cv валового содержания, %
30
4,3
11
89
ОДКвал. (7)
65,0
40,0
110,0
66,0
Регионально-фоновое валовое содержание ТМ (8)
12,7
15,0
13,4
12,3
Содержание подвижных форм
0,065±0,009 0,250±0,024 14,000±1,450 0,550±0,068
Cv подвижных форм, %
42
35
31
45
6,0
4,0
23,0
3,0
ПДКподв. (9)
П р и м е ч а н и е. ОДКвал. и ПДКподв. — соответственно ориентировочно допустимые концентрации
тяжелых металлов в почвах (валовое содержание) и предельно-допустимые концентрации подвижных
форм тяжелых металлов в почвах.
Валовое содержание Cu было больше ОДКвал. Усредненное количество подвижных форм ТМ в почве не превышало ПДКподв., но в некоторых образцах показатели для Zn и Cu оказались выше предельно допустимого уровня. Превышение ПДК и регионально-фонового содержания ТМ
свидетельствует о возможности негативного влияния ТМ на выращиваемые культуры и получения на этих участках загрязненной продукции.
Поступление микроэлементов в растения может быть пассивным
(по градиенту концентрации) или активным (против градиента концентрации с затратой энергии), что предполагает существование двух главных
факторов формирования элементного химического состава растений — генетического и экологического. Доля каждого варьирует в зависимости от
изменений условий среды. При соответствии геохимических показателей
фитоценозов трофическим требованиям растений элементный состав последних в основном контролируется генетически. В таких условиях поддерживается избирательное и характерное для вида поглощение ионов металлов растительными тканями. Экологический фактор препятствует этому в тех случаях, когда среда обитания обогащена подвижными формами
ТМ (10).
Наряду с токсичными для растительных организмов Ni, Pb и др. в
группу тяжелых металлов входят биогенные микроэлементы (Zn, Cu, Fe и
др.), при недостатке которых рост растения нарушается или прекращается,
наблюдаются метаболические отклонения (избыток этих элементов в почве токсичен для растений).
Данные об оптимальном содержании биогенных микроэлементов в
листьях ягодных культур в научной литературе отсутствуют. Есть сведения
об оптимальном содержании макро- и микроэлементов для плодовых (яблони, груши, вишни, сливы), а также макроэлементов — для ягодных (11).
32
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
2. Содержание микроэлементов в листьях и плодах ягодных культур на разных
агрофонах (мг/кг сырой массы, Всероссийский НИИ селекции плодовых культур, Орловская обл., 2005-2008 годы)
Культура
Агрофон
Pb
Ni
Zn
Cu
Fe
Листья
Без удобрений
2,95
8,46
9,06
17,72
14,10
Смородина черная
N90Р90К90
3,26
6,09
10,85
16,70
39,84
0,19
0,35
0,46
0,88
3,10
НСР05
Без удобрений
0,68
1,55
5,96
3,21
3,36
Малина
N90Р90К90
0,83
4,49
3,98
0,93
0,93
0,19
0,40
1,59
1,04
2,07
НСР05
Без удобрений
0,74
1,01
3,64
1,16
3,04
Крыжовник
N90Р90К90
0,71
1,08
4,22
1,00
3,06
0,12
0,29
1,42
0,33
0,25
НСР05
Плоды
Без удобрений
0,025
0,150
0,480
0,260
0,320
Смородина черная
N90Р90К90
0,025
0,200
0,580
0,350
0,630
НСР05
Fф < Fт
0,050
0,070
0,090
0,100
Среднее фоновое
0,800
0,800
8,400
?
?
Малина
Без удобрений
0,016
0,354
1,845
0,259
3,770
N90Р90К90
0,014
0,342
1,353
0,243
3,930
0,005
0,140
0,110
0,030
0,040
НСР05
Среднее фоновое
0,060
2,000
1,700
12,000
?
Без удобрений
0,053
0,101
0,845
0,160
0,489
Крыжовник
N90Р90К90
0,041
0,146
0,802
0,131
0,421
НСР05
0,010
0,011
0,130
0,080
0,040
Среднее фоновое
0,900
1,300
8,000
?
?
ПДК для плодов и ягод (14)
0,400
0,500
10,000
5,000
50,000
П р и м е ч а н и е. Прочерки означают, что на период издания справочника (14) в плодах смородины
черной и крыжовника не обнаруживали Pb и Ni, а в плодах малины — Pb, несмотря на наличие эффективных аналитических методов определения этих элементов в растительной продукции.
Нами выявлено, что по содержанию в листьях ягодных культур ТМ
образуют ряды: Pb < Ni < Zn < Fe < Cu (черная смородина), Pb < Ni < Cu =
= Fe < Zn (малина), Pb < Ni < Cu < Fe < Zn (крыжовник) (табл. 2).
При выращивании смородины черной в Московской области на
дерново-подзолистой почве с благоприятным агрофоном и повышенным
содержанием Cu и Zn в зависимости от сорта листья содержали Pb — 1,82,5; Zn — 7,6-10; Cu — 1,6-2,9 мг/кг сырой массы (12). По результатам
наших исследований, в листьях смородины черной сорта Кипиана количество меди в среднем по годам было в 5,5 раза больше, чем в условиях
Подмосковья.
Листья смородины черной содержали (в зависимости от элемента)
в 4-12 раз больше Pb, Ni, Zn, Fe и Cu, чем листья малины и крыжовника.
При этом количество элементов в листьях смородины черной определялось уровнем антропогенной нагрузки (чем больше превышение фонового
содержания элемента в почве, тем больше этого элемента в листьях). Для
малины и крыжовника ряды ТМ соответствуют ряду содержания их подвижных форм в почве, что свидетельствует о влиянии экологического фактора на микроэлементный состав листьев ягодных культур в условиях нашего эксперимента.
Содержание ТМ в листьях ягодных культур также различалось в зависимости от агрофона. Отмечалось статистически достоверное влияние
минеральных удобрений на накопление Pb, Ni, Zn и Fe в листьях смородины черной, Ni и Zn — в листьях малины. Влияние агрофона на содержание микроэлементов в листьях можно объяснить изменением состава
и концентрации почвенного раствора при внесении минеральных удобрений и, как следствие, изменением условий поглощения микроэлементов корнями.
Количество исследуемых металлов в плодах не превышало ПДК
(см. табл. 2). Однако присутствие Ni и Pb, а также изменение доли Zn, Cu
33
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
и Fe по сравнению со средним фоновым значением (13) свидетельствуют
о влиянии на минеральный состав техногенных и агрогенных факторов и
необходимости контролировать содержание токсичных элементов.
По содержанию в плодах ягодных культур ТМ образуют следующие
ряды: Pb < Ni < Cu < Fe < Zn (смородина черная), Pb < Cu < Ni < Fe < Zn
(малина), Pb < Ni < Cu < Fe < Zn (крыжовник). Из изученных культур
наибольшее количество Pb отмечали у крыжовника, Ni — у малины. В то
же время малина характеризуется наибольшим содержанием ценных биогенных микроэлементов — Fe и Zn.
Суммарный показатель накопления (СПН) в плодах Pb, Ni, Zn, Fe
и Cu на неудобренном фоне и при внесении N90Р90К90 для смородины
черной, малины и крыжовника составил соответственно: 1,23 и 1,78; 6,24
и 5,88; 1,65 и 1,54 мг/кг сырой массы. То есть в условиях наших опытов
для малины экологический риск накопления ТМ в продукции был наибольшим.
Соотношение между количеством ТМ в вегетативных органах растений и в плодах характеризует эффективность работы физиологических
барьеров, препятствующих проникновению токсичных элементов в генеративные органы. Действие этих физиологических барьеров оказалось неодинаковым у разных культур. Так, у смородины черной при самом высоком содержании ТМ в листьях в ягодах оно было в 30-50 раз ниже, у
крыжовника — в 5-15 раз ниже, чем в листьях. Содержание Pb в плодах
малины было в 44 раза, Ni, Zn и Cu — соответственно в 4, 3 и 12 раз
меньше, чем в листьях. В то же время в плодах и листьях малины отмечали почти одинаковое содержание железа (см. табл. 1, 2). Обнаруженные
различия свидетельствуют о существенной роли генетического фактора в
формировании микроэлементного состава плодов.
Таким образом, мы выявили значительное влияние экологического
фактора на формирование состава микроэлементов в листьях смородины
черной, малины и крыжовника при выращивании на серой лесной среднесуглинистой почве с благоприятным агрофоном и содержанием Pb, Ni,
Zn и Cu, превышающим в 2-6 раз регионально-фоновый уровень. Микроэлементный состав плодов в этих экологических условиях в большей степени определялся генетическими особенностями изученных ягодных культур, что проявилось в различной эффективности физиологических барьеров, влияющих на накопление микроэлементов растениями.
ЛИТЕРАТУРА
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
34
И в а н о в а А.С. Медь в почвах садовых агроценозов Крыма. Агрохимия, 1987, 10: 76-82.
М о т ы л е в а С.М. Особенности содержания ТМ (Pb, Ni, Zn, Fe, Cu) в плодах, ягодах
и атмосферных осадках в связи с оценкой сортов для использования в селекции. Автореф. канд. дис. Орел, 2000.
С е н н о в с к а я Т.В. Особенности накопления тяжелых металлов в ягодах и листьях
крыжовника. В сб.: Плодоводство и ягодоводство России. М., 2004: 281-295.
Г р о м о в а В.С. Влияние длительного применения минеральных удобрений на агроэкологические характеристики почвы и плодов яблоневого сада. В сб.: Плодоводство и
ягодоводство России. М., 1995: 153-157.
И л ь и н В.Б. Загрязнение тяжелыми металлами огородных почв и культур в городах
Кузбасса. Агрохимия, 1991, 7: 67-77.
Г о р е ш н и к о в а Е.В. Влияние свойств дерново-подзолистой почвы и известкования
на поступление кадмия, цинка и свинца в растения. Канд. дис. М., 1995: 6-7.
Ориентировочно допустимые концентрации (ОДК) тяжелых металлов и мышьяка в почвах (Дополнение № 1 к перечню ПДК и ОДК № 6229-91): Гигиенические нормативы.
ГН 2.1.7.020-94. М., 1995.
Регионально-фоновое содержание химических веществ в почвах Орловской области.
Орел, 1999.
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
9.
Перечень предельно-допустимых концентраций (ПДК) и ориентировочно-допустимых
количеств (ОДК) химических веществ в почве. М., 1991.
И л ь и н В.Б. Тяжелые металлы в системе почва—растение. Новосибирск, 1991.
К о н д а к о в А.К. Удобрение плодовых деревьев, ягодников, питомников и цветочных
культур. Мичуринск, 2007.
З е й н а л о в А.С., С е н н о в с к а я Т.В. Влияние микроэлементов: бора, марганца и
цинка на фитосанитарное состояние смородины черной и накопление тяжелых металлов в
ее плодах и листьях. В сб.: Плодоводство и ягодоводство России. М., 2006, ХVII: 361-379.
Химический состав пищевых продуктов: Справочник /Под ред. И.М. Скурихина, М.Н. Волгарева. М., 1987.
Б е с п а м я т н о в Г.П., К р о т о в Ю.А. Предельно допустимые концентрации химических веществ в окружающей среде. Л., 1985.
10.
11.
12.
13.
14.
ГНУ Всероссийский НИИ селекции плодовых
культур Россельхозакадемии,
Поступила в редакцию
26 мая 2010 года
302530 Орловская обл., Орловский р-н, д. Жилина,
e-mail: info@vniispk.ru
FORMATION OF MICROELEMENT’S COMPOSITION IN BERRY
PLANTS IN THE CONDITIONS OF HIGHER CONTENT OF HEAVY
METALS IN THE SOIL
E.V. Leonicheva, S.M. Motyleva, M.N. Kuznetsov, T.A. Roeva, L.I. Leont’eva
Summary
The authors studied the Pb, Ni, Zn, Fe and Cu contents in leaves and berries of black currants, raspberries and gooseberries growing on soil with heavy metals (HM) content increased to 2-6fold their values for regional background. The influence of ecological factors (HM content and agrobackground) on content and accumulation of microelements in leaves was revealed. For the berries
this parameter determined more by genetic features of crops. The greatest summarized accumulation
of HM was presented in berries of raspberries.
Вниманию читателей!
ПОДПИСКУ на журнал «Сельскохозяйственная биология»
на 2011 год можно оформить через почтовое отделение
Информация о нашем издании помещена в Объединенном
каталоге «Российские и зарубежные газеты и журналы»
Индекс — 70804
С 1989 года журнал выходит отдельными сериями:
— серия «Биология растений» (№№ 1, 3 и 5),
— серия «Биология животных» (№№ 2, 4 и 6).
Профиль журнала остается прежним.
На журнал можно также подписаться через редакцию. Для этого
необходимо перевести деньги на расчетный счет редакции
"
"
"
Институты и организации перечисляют деньги на счет редакции.
Индивидуальные подписчики почтовым переводом перечисляют деньги на счет
редакции. Квитанцию с указанием точного адреса (индекс обязателен), на который
нужно выслать журнал, необходимо переслать в редакцию.
Стоимость подписки на I полугодие — 440 руб. за один номер с учетом НДС 10 %.
Срок подписки не ограничен
Банковские реквизиты редакции:
Получатель — ИНН 7708051012
Редакция журнала «Сельскохозяйственная биология»,
Марьинорощинское ОСБ 7981, г. Москва, р/с 40703810638050100603
Банк получателя — Сбербанк России ОАО, г. Москва, БИК 044525225,
к/с 30101810400000000225
Адрес редакции:
127434 г. Москва, Дмитровское ш., д. 11, офис 343,
журнал «Сельскохозяйственная биология»
Адрес в Интернетe: www.agrobiology.ru
E-mail: agr.biologia@mtu-net.ru
35
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ БИОЛОГИЯ, 2010, № 5
ДНК-технологии, молекулярное маркирование
УДК 633.11:577.114:631.52:577.2.08
ОБ ОПТИМИЗАЦИИ СИСТЕМ МОЛЕКУЛЯРНОГО МАРКИРОВАНИЯ
Waxy-ГЕНОВ ПШЕНИЦЫ ДЛЯ ЦЕЛЕЙ MAS-СЕЛЕКЦИИ*
М.В. КЛИМУШИНА, П.Ю. КРУПИН, М.Г. ДИВАШУК, Г.И. КАРЛОВ
В результате проведенных исследований рекомендованы два молекулярных маркера
локусов Wx-А1 и Wx-В1, которые в равной степени могут быть использованы как при скрининге
и поиске нуль-аллелей по указанным локусам среди разнообразия отечественных сортообразцов,
так и при MAS-селекции пшеницы на пониженное содержание амилозы. С помощью отобранных
маркеров созданы формы пшеницы, несущие в геноме два нуль-аллеля по локусам Wx-генов, которые способны в дальнейшем служить донорами этих аллелей при их переносе в другие сорта
мягкой пшеницы.
Ключевые слова: MAS-селекция, молекулярные маркеры, Waxy-гены, мягкая пшеница.
Key words: marker-assisted selection, molecular markers, Waxy-genes, bread wheat.
У мягкой пшеницы (Triricum aestivum L.) — одной из наиболее распространенных зерновых культур в мире — к компонентам зерновки, определяющим хлебопекарные и технические свойства, относится крахмал,
который представляет собой совокупность линейных (амилоза) и разветвленных (амилопектин) полисахаридов (1). Амилоза и амилопектин обычно
располагаются в пластидах в виде дискретных, водонерастворимых гранул.
В среднем крахмал пшеницы содержит 15-25 % амилозы и 75-86 % амилопектина (2), но в результате селекции выведены сорта, у которых он
обогащен одним из полисахаридов. Соотношение между содержанием амилозы и амилопектина определяет различия в температуре клейстеризации,
вязкости крахмального клейстера, его текстуре и способности к гелеобразованию, устойчивости к механическим воздействиям и влиянию кислой
среды (3).
Ключевым ферментом в синтезе амилозы эндосперма выступает
гранулосвязанная синтетаза крахмала I (GBSS I), которую кодируют гены,
получившие название Waxy (4). Изученные Wx (Waxy) мутанты кукурузы,
пшеницы, риса и ячменя были лишены GBSS I, при этом содержание амилозы у них оказалось очень низким либо она вообще не синтезировалась, а в
состав крахмала входил амилопектин дикого типа (5).
В пшенице три гомеологичных гена GBSS I расположены в хромосомах 7AS (Wx-A1), 4AL (Wx-B1) и 7DS (Wx-D1) (6). Если фермент GBSS
I не образуется, то считают, что пшеница имеет нуль-аллели по Waxy-генам. Пшеницу с нуль-аллелями по одному или двум Wx-генам называют
частично Waxy-пшеницей. Показано, что наибольшее влияние на содержание амилозы и качество зерновой продукции оказывают Wx-B1-гены, затем Wx-D1 и Wx-A1 (7). В природе полностью Waxy-пшеница не выявлена, поскольку в этом случае необходимо, чтобы спонтанно мутировали
сразу три гена (7).
Зерно пшеницы с одним или двумя нуль-аллелями Wx-генов обладает рядом свойств, важных для производства лапши и бисквитов (8). Так,
при изготовлении лапши необходим крахмал с большим объемом набуха*
Работа выполнена при финансовой поддержке Федерального агентства по образованию в рамках ФЦП
«Научные и научно-педагогические кадры инновационной России», государственный контракт П1716.
36
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
ния, высоким пиком вязкости и быстрой клейстеризацией, то есть с показателями, характерными для сортов пшеницы с одним или двумя нульаллелями Wx-генов и пониженным содержанием амилозы. Уменьшение
количества амилозы положительно влияет на хлебопекарные качества:
способствует образованию пышных и хрустящих пшеничных хлопьев при
производстве завтраков (крахмал дикого типа вызывает ломкость и размельчение продукта), положительно коррелирует с увеличением срока хранения хлебобулочных изделий, поскольку именно наличием амилозы обусловлено очерствение хлеба (9).
Зерно Waxy-пшеницы — наиболее эффективное сырье для получения
этанола вследствие низкой температуры клейстеризации крахмала. После
разваривания при 85 °С его структура существенно нарушается, делая крахмальные цепи легкодоступными для энзимов, что снижает расход энергии
и делает возможным применение Waxy-крахмала для производства биотоплива. У Waxy-пшеницы по сравнению с обычной пшеницей и кукурузой
более высокая энзиматическая оценка, то есть требуется меньше времени
для завершения процесса ферментации (9).
Таким образом, селекция сортов Waxy- и частично Waxy-пшеницы
для использования в пищевой промышленности — одно из перспективных
направлений, однако она затруднена наличием в геноме трех гомеологичных Waxy-генов с одинаковой функцией (5, 6). Кроме того, существует
проблема идентификации как форм частично Waxy-пшеницы, так и локусов
генов, в которых произошла мутация.
В настоящее время для выявления Waxy-мутантов применяют окрашивание гранул крахмала раствором I2-KI, RVA-анализаторы (rapid
visco analyzer), например RVA-StarchMaster2 («Newport Scientific», США),
а также дифференциально-сканирующий калориметр, например DSC 204
F1 Phoenix («Netzsch», Германия), спектроскопию ближней ИК-области спектра, одномерный SDS-электрофорез Waxy-белков в полиакриламидном геле
(SDS-PAGE), систему двумерного электрофореза (2D-PAGE) (10). Однако
перечисленные методы либо позволяют обнаружить только полностью мутантные формы, либо крайне сложны, трудоемки и дороги.
Наиболее перспективным приемом для создания форм мягкой пшеницы с заданным качеством крахмала является маркер-зависимая селекция
(marker assisted selection — MAS-селекция) (11). Следовательно, эффективным может считаться поиск носителей нуль-аллелей GBSS I среди сортообразцов мягкой пшеницы с использованием полимеразной цепной реакции
(ПЦР). Мутации в трех Wx-генах изучены на молекулярном уровне, на основе чего разработаны ДНК-маркеры, позволяющие выявлять нуль-аллели
Wx-генов (4, 8), однако тестирование этих маркеров для задач селекции не
проводилось.
Нашей целью был выбор, апробация, тестирование маркеров нульаллелей Waxy-генов, наиболее подходящих для MAS-селекции, поиск таких аллелей у сортообразцов сильной пшеницы и создание форм, несущих
одновременно несколько нуль-аллелей.
Методика. Использовали 40 сортов и линий озимой мягкой пшеницы (коллекция любезно предоставлена проф. В.П. Нецветаевым, Белгородский НИИ сельского хозяйства).
ДНК выделяли по методу Bernatzky и Tanksley (1986) с модификациями (12). Праймеры синтезированы в ЗАО «Синтол» (г. Москва).
Применялись следующие режимы ПЦР-амплификации:
37
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
1 цикл — 95 °C, 5 мин; 32 цикла — 95 °C, 30 с;
65 °C, 30 с; 72 °C, 2 мин; 1 цикл — 72 °C, 7 мин;
хранение при 4 °C;
Wx-A1, праймеры Wx-A1b-F-MH и Wx-A1b-R- 1 цикл — 95 °C, 3 мин; 40 циклов — 94 °C, 45 с;
MH (13)
55 °C, 30 с; 72 °C, 1 мин; 1 цикл — 72 °C, 7 мин;
хранение при 4 °C;
Wx-A1, праймеры Sun1F и Sun1R (14)
1 цикл — 94 °C, 3 мин; 30 циклов — 94 °C, 45 с;
58 °C, 30 с; 72 °C, 1 мин; 1 цикл — 72 °C, 7 мин;
хранение при 4 °C;
Wx-B1, праймеры BDFL и BRDR (12)
1 цикл — 95 °C, 5 мин; 32 цикла — 95 °C, 30 с;
55 °C, 30 с; 72 °C, 2 мин; 1 цикл — 72 °C, 7 мин;
хранение при 4 °C;
Wx-B1, праймеры Wx-B1F и Wx-B1R (15) 1 цикл — 94 °C, 3 мин; 30 циклов — 94 °C, 60 с;
58 °C, 60 с; 72 °C, 30 с; 1 цикл — 72 °C, 7 мин;
хранение при 4 °C;
Wx-D1, праймеры Wx-D1-2-F и Wx-D1-2-R (7) 1 цикл — 95 °C, 3 мин; 40 циклов — 94 °C, 30 с;
55 °C, 45 с; 72 °C, 1 мин; 1 цикл — 72 °C, 7 мин;
хранение при 4 °C;
Wx-D1, праймеры Wx-D1-1-F и Wx-D1-1-R 1 цикл — 95 °C, 3 мин; 40 циклов — 94 °C, 30 с;
(16)
55 °C, 45 с; 72 °C, 1 мин; 1 цикл — 72 °C, 7 мин;
хранение при 4 °C
Wx-D1, праймеры BDFL и DRSL (12)
1 цикл — 95 °C, 5 мин; 32 цикла — 94 °C, 30 с;
58 °C, 30 с; 72 °C, 1,5 мин; 1 цикл — 72 °C, 7 мин;
хранение при 4 °C.
Wx-A1, праймеры AFC и AR2 (12)
Продукты ПЦР разделяли электрофорезом в 2 % агарозном геле с
0,5ЇТрис-боратным буфером (при напряженности поля 6 В/см). В качестве маркера размеров использовали 100 bp DNA Ladder (UAB «Fermentas»,
Литва).
Скрининг коллекции линий и сортов пшеницы проводили с применением оптимизированных систем молекулярного маркирования аллелей
Wx-генов. Были отобраны и скрещены между собой сорта, несущие мутантные аллели по гену Waxy. Для получения расщепляющейся популяции
F2 растения первого поколения самоопыляли. Гибридность растений F1 и
расщепление в популяции F2 проверяли с помощью оптимизированных
систем молекулярного маркирования.
Статистическую обработку данных выполняли методом ?2-соответствия (13).
Результаты. К преимуществам ПЦР-метода идентификации форм
Waxy- и частично Waxy-пшеницы наряду со сравнительно низкой затратностью относится возможность определять частично Waxy-образцы и выявлять аллели GBSS I, по которым произошли мутации.
На основании анализа данных литературы были определены молекулярные маркеры, которые использовались для идентификации различных
аллелей GBSS I.
Г е н Waxy-A1. Кодоминантный CAPS-маркер нуль-аллеля Wx-A1b
был разработан M. Helguera с соавт. (14). После проведения ПЦР с соответствующим праймером размер ампликонов у нормальных аллелей и нульаллелей различался незначительно, и идентифицировать их можно только
с помощью электрофореза в полиакриламидном геле или капиллярного
электрофореза, поэтому после амплификации используется рестрикция, которая позволяет визуализировать различия в агарозном геле.
M.R. Shariflou с соавт. (15) предложили праймеры, которые представляют собой последовательности, фланкирующие микросателлитный повтор рядом с 3ґ-концом сиквенса кДНК гена Waxy-А1. Благодаря высокому
полиморфизму микросателлитных повторов этот маркер можно применять
для идентификации аллельных вариантов гена Waxy-А1 (15).
Т. Nakamura с соавт. (16), используя сиквенсы мутантных и нор38
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
мальных Waxy-аллелей, сконструировали кодоминантный маркер на основе праймеров, при использовании которых амплифицируются фрагменты
со всех гомеологичных аллелей Waxy-генов, в частности для аллеля WxA1a дикого типа — размером 389 п.н., нуль-аллеля — 370 п.н. (16).
Апробация и оптимизация условий ПЦР показала, что для скрининга и поиска нуль-аллелей в генофонде образцов мягкой пшеницы не
подходит маркер, разработанный M.R. Shariflou с соавт. (15) на основе микросателлитного полиморфизма. Эта система может использоваться только
при молекулярном маркировании указанного нуль-аллеля в поздних поколениях, полученных от родительских форм, у одной из которых нульаллель уже идентифицирован. Две другие системы подходили для скрининга
целевого нуль-аллеля, однако предложенная M. Helguera с соавт. (14) методика для идентификации аллелей требует либо проведения капиллярного электрофореза, либо использования последующей рестрикции, что, как
уже отмечалось, увеличивает затраты на выполнение анализов. В связи с
этим для скрининга как наиболее эффективный и надежный был выбран
молекулярный маркер, предложенный Т. Nakamura с соавт. (16).
Г е н Waxy-В1. A. McLauchlan с соавт. (17) разработали систему
молекулярного маркирования локуса Waxy-B1: у дикого типа амплифицируются три фрагмента ДНК, у форм с нуль-аллелем — только два фрагмента (самый легкий отсутствует). T. Nakamura с соавт. (16) на основе сиквенсов мутантных и нормальных Waxy-аллелей сконструировали праймеры, с которыми фрагменты амплифицировались со всех гомеологичных аллелей Waxy-генов, при этом у дикого типа Wx-B1a образовывались ампликоны длиной 425 п.н., а в случае нуль-аллеля Wx-B1b амплификация отсутствовала.
В наших опытах при оптимальных условиях ПЦР в первой из указанных систем в части проб наблюдалась нетипичная амплификация, что
могло затруднить интерпретацию результатов при скрининге образцов пшеницы из коллекции. В связи с этим для скрининга по гену Wx-В1 мы использовали молекулярный маркер, предложенный T. Nakamura с соавт.
(16), как наиболее надежный.
Г е н Waxy-D1. M.R. Shariflou с соавт. (7) использовали праймеры,
позволяющие в случае нуль-аллеля по Waxy-D1 амплифицировать фрагмент размером 279 п.н., аллеля дикого типа — 910 п.н. P. Vrinten с соавт.
(18) после разделения продуктов амплификации в 3 % агарозном геле с
окрашиванием бромистым этидием у нуль-аллелей по Waxy-D1 получали
фрагмент меньшего размера, чем в случае дикого типа. T. Nakamura с соавт. (16) на основании сиквенсов мутантных и нормальных Waxy-аллелей
разработали кодоминантный маркер аллелей Waxy-D1 (при наличии нульаллеля амплифицируется фрагмент размером 1731 п.н., в случае дикого типа — 2307 п.н.).
Во второй и третьей системах мы амплификацию не наблюдали. В
целом это согласуется с данными их авторов, которые отмечали, что указанные маркеры эффективны только на растительном материале и с
аллелями, используемыми ими в селекционных программах и научных исследованиях. Таким образом, единственным подходящим для использования при скрининге нашей коллекции по гену Wx-D1 был молекулярный
маркер, разработанный M.R. Shariflou с соавт. (15).
П о и с к н о с и т е л е й н у л ь - а л л е л е й с р е д и о б р а зц о в и п о л у ч е н и е г и б р и д о в. Из 40 сортов мягкой пшеницы
при скрининге с выбранными нами праймерами только два образца (сорта
Старшина и Коротышка) несли нуль-аллели соответственно по локусам
39
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
Wx-А1 и Wx-В1. В исследуемой коллекции форм с нуль-аллелем по гену
Wx-D1 не обнаружили (у всех сортов имелся локус дикого типа). Следует
отметить, что нуль-аллель гена Wx-D1 крайне редко встречается у образцов мягкой пшеницы.
При скрещивании в комА
бинации сорт Старшина Ѕ сорт
Коротышка гибридность растений F1 по локусам Wx-А1 и
Wx-В1 подтвердили с помощью
молекулярных маркеров. Полученные в результате самоопыления гибридов F1 203 растеБ
ния F2 также проанализировали на наличие локусов нульаллелей по Wx-генам (рис., А).
Строго говоря, молекулярный
маркер Wx-В1 не является кодоминантным, так как не позволяет определить гетерозиготные растения. Но поскольЭлектрофореграмма продуктов амплификации молекулярных маркеров Wx-В1 (А) и Wx-А1 (Б) в расщеку регистрируется амплификапляющейся популяции F2: 1, 3, 4, 6, 7, 8 — растеция с других Wx-генов, можно
ния, гетерозиготные или гомозиготные по аллелю
достоверно утверждать, что и
дикого типа Wx-В1; 2, 5 — растения, гомозиготные
в случае нуль-аллеля выделепо нуль-аллелю Wx-В1; 9 — растения, гетерозиготные по Wx-А1; 10 — растения, несущие аллель диние ДНК и ПЦР прошли коркого типа Wx-А1; 11 — растения, несущие гомозиректно. Предполагаемое расщеготный нуль-аллель Wx-А1. М — маркер молекупление составило 3 (1 гомозилярных масс (100 bp DNA Ladder, UAB «Fermentas»,
гота дикого типа и 2 гетерозиЛитва).
готы): 1 (гомозигота нуль-аллеля), фактическое — 159:47, или 3,38:1. Фактическое значение ?2 равнялось
0,524, табличное — 3,841.
Поскольку основной целью анализа расщепляющейся популяции F2
было выявление форм с двойными нуль-аллелями по Waxy-генам, с маркером для Wx-А1 анализировали только растения с подтвержденной гомозиготностью по нуль-аллелю Wx-В1. После оптимизации условий электрофореза (4 % агарозный гель, 3 В/см) амплифицированные фрагменты
удалось разделить на три фракции (у авторов методики этих фракций две)
(16), что в расщепляющейся популяции позволяет обнаруживать как гомозиготы, так и гетерозиготы (см. рис., Б). При использовании этих молекулярных маркеров в популяции F2 из 206 проанализированных растений мы
отобрали 10 с двойными нуль-аллелями по Wx-генам.
Итак, выявлены два молекулярных маркера локусов Wx-А1 и WxВ1 у пшеницы, которые в равной степени подходят для скрининга носителей соответствующих нуль-аллелей среди сортообразцов и использования
при MAS-селекции (marker assisted selection — селекции с применением
молекулярных маркеров) на пониженное содержание амилозы. С помощью
этих маркеров мы получили формы пшеницы, которые несут в геноме два
нуль-аллеля по локусам Wx-генов и в дальнейшем могут служить донорами этих аллелей при скрещиваниях с другими сортами мягкой пшеницы.
ЛИТЕРАТУРА
1.
40
G a o M., F i s h e r D.K., K i m K-N., S h a n n o n J.C., G u i l t i n a n M.J. Evo-
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
lutionary conservation and expression patterns of maize starch branching enzyme I and IIb
genes suggests isoform specialization. Plant Mol. Biol., 1996, 30: 1223-1232.
G u a n H., K e e l i n g P.L. Starch biosynthesis: understanding the functions and interactions of multiple isozymes of starch synthase and branching enzyme. Trends GlycoSci. Glycotech., 1998, 110: 307-319.
H e m e r y Y., R o u a u X., L u l l i e n - P e l l e r i n V., B a r r o n C., A b й c a ss i s J. Dry processes to develop wheat fractions and products with enhanced nutritional quality. J. Cereal Sci., 2007, 46: 327-347.
T a k a t a K., Y a n a k a M., F u j i t a Y., I s h i k a w a N. Evaluation of the grain
and flour quality in near-isogenic wheat lines with Waxy and double-null Wx proteins. Breeding
Sci., 2007, 57: 79-83.
S h u r e M., W e s s l e r S., F e d o r o f f N. Molecular identification and isolation of
waxy locus in maize. Cell, 1983, 35: 225-233.
S t o d d a r d F.L. Survey of starch particle-size distribution in wheat and related species.
Cereal Chem., 1999, 76: 145-149.
S h a r i f l o u M.R., H a s s a n i M.E., S h a r p P.J. A PCR-based DNA marker for detection of mutant and normal alleles of the Wx-D1 gene of wheat. Plant Breed., 2001, 120(2):
121-124.
Y a s u i T., M a t s u k i J., S a s a k i T., Y a m a m o r i M. Amilose and lipid contents, amilopectin structure, and gelatinisation properties of waxy wheat starch. J. Cereal Sci.,
1996, 24: 131-137.
Z h a o X.C., S h a r p P.J., C r o s b i e G., B a r c l a y I., W i l s o n R., M o r e l l M.K.,
A p p e l s R. A single genetic locus associated with starch granule properties in a cross between wheat cultivars of disparate noodle quality. J. Cereal Sci., 1998, 27: 7-13.
T a k e s h i Y. Waxy and low-amylose mutants of bread wheat (Triticum aestivum L.) and their
starch, flour and grain properties. JARQ, 2006, 40: 327-331.
Х а к и м о в а А.Г., М и т р о ф а н о в а О.П. Пуроиндолины в связи с перспективами селекции мягкой пшеницы на качество и устойчивость (обзор иностранной литературы). С.-х. биол., 2009, 1: 3-15.
B e r n a t z k y R., T a n k s l e y S.D. Toward a saturated linkage map in tomato based on
isozyme and random cDNA sequences. Genetics, 1986, 112: 887-898.
С м и р я е в А.В., К и л ь ч е в с к и й А.В. Генетика популяций и количественных
признаков. М., 2007: 220-222.
http://maswheat.ucdavis.edu/Achievements/papers2008.htm
S h a r i f l o u M.R., S h a r p P.J. A polymorphic microsatellite in the 3' end of «waxy»
genes of wheat, Triticum aestivum. Plant Breed., 1999, 118(3): 275-277.
N a k a m u r a T., V r i n t e n P., S a i t o M., K o n d a M. Rapid classification of
partial waxy wheats using PCR-based markers. Genome, 2002, 45: 1150-1156.
M c L a u c h l a n A., O g b o n n a y a F.C., H o l l i n g s w o r t h B., C a r t e r M.,
G a l e K.R., H e n r y R.J., H o l t o n T.A., M o r e l l M.K., R a m p l i n g L.R.,
S h a r p P.J., S h a r i f l o u M.R., J o n e s M.G.K., A p p e l s R. Development of robust PCR-based DNA markers for each homoeoallele of granule-bond starch synthase and their
application in wheat breeding programs. Aust. J. Agric. Res., 2001, 52: 1409-1416.
V r i n t e n P., N a k a m u r a T., Y a m a m o r i M. Molecular characterization of waxy
mutations in wheat. Mol. Gen. Genet., 1999, 261: 463-471.
Центр молекулярной биотехнологии,
Российский государственный аграрный
университет—МСХА им. К.А. Тимирязева,
Поступила в редакцию
29 апреля 2010 года
127550 г. Москва, ул. Тимирязевская, 49,
e-mail: karlov@timacad.ru
ABOUT OPTIMIZATION OF MOLECULAR LABELING OF WHEAT
Waxy-GENES FOR MAS-SELECTION
M.V. Klimushina, P.Yu. Kroupin, M.G. Divashuk, G.I. Karlov
Summary
The results of the investigations show that the two molecular markers for Wx-A1 and WxB1 loci can be recommended for marker-assisted selection of wheat. They have been found to be
suitable both for searching for the null-alleles among the variety of Russian cultivars and for MASselection for reduction of amylase content in grain. Using the selected markers the authors have developed the wheat lines containing two null-alleles of Wx-genes, which can be applied as donors to
transfer these alleles to other wheat cultivars.
41
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ БИОЛОГИЯ, 2010, № 5
УДК 633.12:575.174.015.3:577.2.08
АНАЛИЗ ГЕНОМНОГО РАЗНООБРАЗИЯ ОБРАЗЦОВ И СОРТОВ
ГРЕЧИХИ ПОСЕВНОЙ И ТАТАРСКОЙ ISSR-МЕТОДОМ*
Г.Д. КАДЫРОВА1, Ф.З. КАДЫРОВА1, Е.В. МАРТИРОСЯН2, Н.Н. РЫЖОВА2
Для оценки генетического разнообразия представителей культивируемых видов Fagopyrum (27 образцов разного эколого-географического происхождения, включая 14 отечественных
сортов) осуществили подбор ISSR-праймеров, способных выявлять внутривидовой полиморфизм,
и получили специфичные полиморфные ISSR-спектры амплификации ДНК-фрагментов. Впервые
определены группы геномного сходства исследованных сортов и образцов. Полученные данные
могут быть использованы в селекционных программах для молекулярной характеристики сортов
и гибридов гречихи.
Ключевые слова: гречиха, ISSR-метод, межмикросателлитные последовательности, генетическое разнообразие сортов.
Key words: buckwheat, ISSR-method, inter-microsatellite sequences, genetic variability of
cultivars.
Простые тандемно повторяющиеся последовательности ДНК — мини- и микросателлиты представляют собой основной компонент всех эукариотических геномов. В целом число микросателлитных повторов колеблется от 5Ѕ103 до 3Ѕ105 на геном, по которому они распределены достаточно равномерно (1). Как правило, многие мини- и микросателлиты характеризуются высокой вариабельностью даже у близкородственных организмов (2). Исследование полиморфизма микросателлитных и межмикросателлитных последовательностей методом ISSR (intersimple sequence repeats)
(3) основано на амплификации геномной ДНК с использованием 15-20нуклеотидных праймеров, гомологичных микросателлитному повтору, часто с короткой (2-4 нуклеотида) случайной последовательностью, называемой якорной (anchor) на 3ґ- или 5ґ-конце, что повышает селективную
способность праймера и воспроизводимость ISSR-спектров, полученных
при амплификации участков ДНК между двумя близко расположенными и
противоположно ориентированными микросателлитами. ISSR- и RAPDспектры (random amplified polymorphic DNA) аналогичны, но обычно первые содержат больший набор полиморфных полос (до 97), что позволяет
выявлять более высокий уровень геномного полиморфизма (4, 5).
В настоящее время метод ISSR широко используется при обнаружении внутривидового полиморфизма, в первую очередь у близкородственных генотипов культивируемых растений. Это особенно актуально в
связи с программами современной селекции сортов принципиально нового качественного уровня (4, 6-8), для которой требуется создание обширного генофонда исходного материала, сочетающего множество хозяйственно
полезных признаков, что невозможно без расширения генетического пула
и предварительной оценки природного разнообразия вида.
Вид Fagopyrum esculentum Moench (гречиха посевная) семейства Polygonaceae (сем. Гречишные) относится к ценнейшим крупяным культурам
и приобретает все большее значение в качестве важного диетического
продукта, некоторые формы гречихи посевной используются как сырье
для получения рутина — ценного лекарственного препарата из группы
флавоноидов. С целью создания обширного генетического пула гречихи посевной в селекцию отечественных сортов весьма широко вовлекались ме*
Работа была выполнена при частичной финансовой поддержке гранта РФФИ № 10-04-01564-а и программы Министерства науки и образования ГК 02.512.11.2223.
42
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
стные популяции F. esculentum ssp. esculentum (9, 10). Уже к концу 1950-х
годов на их основе было районировано более 50 местных сортов (11), которые, в свою очередь, продолжают включать в селекционную работу. Еще
один культивируемый вид гречихи — F. tataricum ssp. tataricum, его возделывают преимущественно в высокогорных районах Китая, Японии, Индии, Непала, а также в ряде европейских стран. В селекции сортов гречихи посевной он служит компонентом скрещиваний, применяемым для придания растениям большей морозостойкости и повышения общей жизнеспособности (12).
Широкое использование местных природных популяций F. esculentum и образцов культурного вида F. tataricum в значительной мере способствовало увеличению урожайности отечественных сортов гречихи за счет
усиления ростовых процессов и устойчивости к условиям окружающей
среды. Однако возникает вопрос, насколько генетический пул современных сортов гречихи поддерживает естественное разнообразие вида F. esculentum и насколько полно используется потенциал природных популяций в
современной селекции. Немногочисленные исследования внутривидового
разнообразия местных дикорастущих форм и сортов F. tataricum и F. esculentum (преимущественно японской селекции) с применением молекулярных
методов (AFLP — amplified fragment length polymorphism, RAPD — random
amplified polymorphic DNA, SSR — simple sequence repeats) были предприняты японскими учеными (13-15). В отношении сортов российской селекции имеются лишь данные, полученные нами ранее с помощью RAPDанализа (16).
Целью этой работы стал ISSR-анализ внутривидового генетического
полиморфизма у Fagopyrum esculentum, а также оценка генетического пула
отечественных сортов и образцов гречихи, в том числе F. tataricum, наиболее часто используемых в селекции.
Методика. Для молекулярного анализа геномов культивируемых видов было подобрано 27 образцов гречихи коллекций генбанка Всероссийского НИИ растениеводства (г. Санкт-Петербург) и Татарского НИИ сельского хозяйства (г. Казань): F. esculentum — 14 сортов и 8 образцов, F. tataricum — 5 образцов природных популяций разного эколого-географического происхождения.
Растительную ДНК выделяли из 8-10-суточных проростков по стандартной методике (17) с дополнительной депротеинизацией смесью фенола с хлороформом. В работе использовали 13 олигонуклеотидных последовательностей, гомологичных микросателлитным повторам.
Полимеразную цепную реакцию (ПЦР), разделение и визуализацию продуктов ПЦР проводили по стандартным методикам (18). Реакционная смесь (объем — 15 мкл) содержала 100 нг тотальной растительной
ДНК, 0,5 мкМ праймера, 0,2 мМ каждого dNTP, 2,5 мМ MgCl2, 0,3 ед.
Taq-полимеразы («Диалат ЛТД», г. Москва) в соответствующем 1Ѕ буфере.
Амплификацию с предварительной денатурацией (94 °С, 5 мин) проводили
в термоциклере GeneAmp PCR System2700 («Applied Biosystems», США) в
режиме: денатурация — 94 °С, 30 с, отжиг праймера — 30 с (температуру
подбирали для каждого праймера индивидуально), элонгация — 72 °С, 1 мин
(40 циклов). Температуру плавления для каждого праймера рассчитывали
по формуле Т = 69,3 + 0,41(GC, %) ? 650/L, где L — число нуклеотидов в
праймере; GC, % — доля GC-нуклеотидов в праймере. Продукты амплификации разделяли электрофорезом в 1,7 % агарозном геле (High resolution,
«Sigma», MetaPhor, «Cambrex», США) в 1ЅТВЕ-буфере с последующим
окрашиванием бромистым этидием.
43
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
Для статистической обработки данных по каждому из праймеров
составляли бинарные матрицы (1/0) и рассчитывали коэффициенты генетических различий в программе STATISTICA 6.0 с использовании методов
объединения (древовидной кластеризации) и невзвешенного попарного
среднего UPGMA (http://www.statsoft.com).
Результаты. Характеристика изученных образцов приведена в таблице 1; образцы гречихи татарской отбирали, основываясь на данных RAPDанализа (16).
1. Происхождение изученных образцов рода Fagopyrum
Вид
№ по каталогу ВИР, сорт
Происхождение
F. tataricum
к-73
Монголия
F. tataricum
к-65
Татарстан
F. tataricum
к-38
Брестская обл.
F. tataricum
к-25
Тернопольская обл.
F. tataricum
к-57
Польша
F. esculentum
к-4131
Канада
F. esculentum
к-4233
Япония
F. esculentum
к-549
Япония
F. esculentum
к-4170
Индия
F. esculentum
к-4117
Китай
F. esculentum
к-140
Китай
F. esculentum
к-143
Китай
F. esculentum
к-4350
Непал
F. esculentum
Кама
ТатНИИСХ (г. Казань)
F. esculentum
Чатыр Тау
ТатНИИСХ (г. Казань)
F. esculentum
Скороспелая 86
ВНИИЗБК (г. Орел)
F. esculentum
Краснострелецкая
ТатНИИСХ (г. Казань), ВНИИЗБК (г. Орел)
F. esculentum
Казанская крупнозерная
ТатНИИСХ (г. Казань)
F. esculentum
Каракитянка
ТатНИИСХ (г. Казань)
F. esculentum
Саулык
ТатНИИСХ (г. Казань)
F. esculentum
Черемшанка
ТатНИИСХ (г. Казань)
F. esculentum
Богатырь
Шатиловская опытная станция (Орловская обл.)
F. esculentum
Шатиловская 5
ВНИИЗБК (г. Орел)
F. esculentum
Баллада
ВНИИЗБК (г. Орел)
F. esculentum
Молва
ВНИИЗБК (г. Орел)
F. esculentum
Батыр
ТатНИИСХ (г. Казань)
F. esculentum
Деметра
ВНИИЗБК (г. Орел)
П р и м е ч а н и е. ТатНИИСХ — Татарский НИИ сельского хозяйства, ВНИИЗБК — Всероссийский
НИИ зернобобовых культур, ВИР — Всероссийский НИИ растениеводства.
Использованные праймеры (табл. 2) представляли собой в основном динуклеотидные повторы с 1-3 дополнительными селективными якорными нуклеотидами на 3ґ-конце, а также три-, тетра- и пентануклеотидные повторы. Праймеры отбирали, исходя из данных об их способности детектировать геномный полиморфизм (6, 19, 20).
2. Характеристика использованных ISSR-праймеров и результат амплификации
ISSRпраймер
M1
M2
М3
М4
М5
М6
M7
M8
M9
M10
M11
M12
M13
Последовательность
праймера
(AC)8CG
(AC)8(С/T)G
(GA)8(C/T)C
(AG)8(C/T)C
(AT)8
(CAC)5
(CAG)5
(GTG)5
(GACAC)4
(CA)6(A/G)G
(CA)6(A/G)
(CA)6(A/G)(C/T)
(AGC)4(C/T)
Результат амплификации (число детектированных ISSRфрагментов ДНК)
Дифференцированный спектр
Дифференцированный спектр
Отсутствие ПЦР-продукта
Малополиморфный спектр
Шмер
Малополиморфный спектр
Дифференцированный спектр
Малополиморфный спектр
Отсутствие ПЦР-продукта
Отсутствие ПЦР-продукта
Дифференцированный спектр
Малополиморфный спектр
Мономорфный спектр
(35 полиморфных фрагментов)
(29 полиморфных фрагментов)
(25 полиморфных фрагментов)
(24 полиморфных фрагмента)
Тестирование ISSR-праймеров на ограниченном наборе образцов
(по три для каждого вида гречихи) показало, что не все из них обеспечи44
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
вали амплификацию четкого мультилокусного полиморфного спектра
фрагментов генома. Использование праймеров М4, М12 и М13 (см. табл. 2)
выявляло межвидовой полиморфизм, однако спектры у образцов одного
вида были либо малополиморфными (М4, М12), либо мономорфными
(М13). С четырьмя праймерами получили отрицательный результат: либо
амплификация отсутствовала (М3, М9, М10), либо отмечали образование
шмера (М5). Детекция продуктов амплификации в виде шмера, как это
наблюдалось при использовании праймера М5, встречается довольно часто
и, по всей видимости, связана либо со структурой самой последовательности праймера, либо с частотой встречаемости соответствующего микросателлита в геноме. Отсутствие продуктов амплификации при использовании праймеров М3, М9 и М10 могло быть обусловлено тем, что в геноме гречихи микросателлитные повторы (GA) 8(C/T)C, (CA)6(A/G)G и
(GACAC)n редки. В ряде работ высказано также предположение о частичной самокомплементарности таких праймеров и образовании двуцепочечных структур праймер—праймер как возможной причине отсутствия амплификации (8, 21).
Для последующего использования отобрали три наиболее информативных праймера (М1, М2 и М7), приводящих к амплификации воспроизводимых, четких, полиморфных спектров, состоящих не менее чем
из 20 фрагментов. Всего для 27 генотипов гречихи получили 89 полиморфных ISSR-фрагментов, длина которых варьировала от 2700 п.н. до
320 п.н. Следует отметить, что все детектированные фрагменты генома
гречихи были полиморфными, то есть степень полиморфизма, выявляемая
с помощью трех отобранных ISSR-праймеров, составила 100 %, в то время
как при RAPD-анализе — 88 % (16), что согласуется с данными о более
высокой дискриминационной способности первого метода по сравнению
со вторым (4).
Всего было маркировано пять ISSR-фрагментов, специфичных для
всех исследованных представителей вида F. esculentum, и три — характерных для представителей вида F. tataricum, а также специфичные ISSRфрагменты у ряда образцов и сортов. В частности, у образца F. esculentum из
Китая (к-143) присутствовали три уникальных фрагмента размером 780 п.н.,
990 п.н. (праймер М1) и 1500 п.н. (праймер М7), идентифицировались
фрагменты, специфичные для сортов Богатырь (1000М2, 1600М2), Скороспелая 86 (780М7, 970М7), Деметра (850М1, 1700М1), Каракитянка (1000М1,
650М2) и Батыр (910М2). Эти фрагменты могут быть использованы при
разработке геном-специфичных ДНК-маркеров для сортов, образцов и видов гречихи.
3. Коэффициенты внутри- и межвидовых генетических различий у изученных
образцов гречихи Fagopyrum
Анализируемая группа
Среднее значение
коэффициента ге- Стандартная Стандартное
Min
отклонение
нетический разли- ошибка
чий
Max
F. esculentum (сорта)
0,169
0,005
0,051
0,056 0,303
F. esculentum (образцы)
0,191
0,009
0,048
0,101 0,281
F. esculentum
0,182
0,003
0,051
0,045 0,315
F. esculentum (сорта)–F. esculentum
0,190
0,005
0,050
0,045 0,315
(образцы)
F. tataricum
0,099
0,014
0,044
0,011 0,169
F. esculentum (образцы)–F. tataricum
0,304
0,012
0,073
0,112 0,438
F. esculentum (сорта)–F. tataricum
0,292
0,008
0,063
0,135 0,427
F. esculentum–F. tataricum
0,300
0,010
0,070
0,110 0,440
П р и м е ч а н и е. Коэффициенты генетических различий рассчитывали в программе STATISTICA 6.0
с использованием методов объединения (древовидной кластеризации) и невзвешенного попарного среднего UPGMA (http://www.statsoft.com).
45
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
Рассчитанные на основе ISSR-спектров и данных о полиморфизме
ДНК-фрагментов коэффициенты попарных генетических различий у представителей рода Fagopyrum варьировали от 0,002 до 0,440. Пределы, характеризующие межвидовое разнообразие гречихи посевной и гречихи татарской, оказались значительно уже; наименьший разброс (0,135-0,427) отмечали в паре F. esculentum (сорта)—F. tataricum (табл. 3).
Внутривидовая геномная вариабельность у F. esculentum (0,0450,315), как и при проведенном ранее RAPD-анализе (16), почти в 2 раза
превышала показатель у F. tataricum (0,010-0,169) (см. табл. 3).
Интересно отметить, что межсортовые различия F. esculentum были
весьма высоки (коэффициенты попарного сходства — 0,056-0,303) и соответствовали геномной вариабельности у дикорастущих образцов F. esculentum (0,101-0,281) из Японии, Китая, Непала, что свидетельствует о широкой генетической основе отечественных сортов гречихи посевной. Сходный вывод был сделан ранее по результатам RAPD-анализа (16).
Дендрограмма, отражающая степень генетического сходства исследованных видов, сортов и образцов
гречихи Fagopyrum (построена с использованием метода иерархического кластерного анализа
UPGMA по результатам ISSR-маркирования).
Дендрограмма, построенная по данным кластерного анализа, выявила четкую видовую дифференциацию F. tataricum и F. esculentum, разделив исследованные образцы на две основные группы с достоверными значениями бутстрепа (рис.). Представители F. tataricum формировали сравнительно малополиморфную группу. В свою очередь, в кластере, объединяющем представителей F. esculentum, выделялись три основных группы
образцов с различной степенью сходства. В первую (базальную и наиболее
полиморфную) кладу объединились дикорастущие местные популяции
F. esculentum из Непала и Индии, а также два сорта — Черемшанка и
Молва. Во вторую кладу вошли образцы из Китая и Японии, а также сорт
Чатыр Тау. Третья клада была полностью представлена изученными сортами. Несмотря на то, что межсортовые группировки этой клады поддерживались невысокими значениями бутстрепа, наблюдалась некоторая корреляция между степенью сходства и морфобиологическими особенностями
сортов этих групп. Так, в группу Каракитянка—Кама—Скороспелая 86—
Батыр вошли скороспелые и засухоустойчивые сорта с ограниченным ветвлением растений. В этой группе сорт Батыр выделялся большей продол46
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
жительностью вегетации, но известно, что в его родословной присутствует
ультраскороспелая форма — сорт Казанская 309. Сорта группы Шатиловская 5—Баллада были близки по происхождению и хозяйственно-биологическим свойствам. В родословной сорта Казанская крупнозерная проявилось присутствие материала отборов из сорта Краснострелецкая. Сорт Деметра формировал отдельную ветвь, что может быть связано с его значительными морфобиологическими особенностями.
Таким образом, для анализа генома гречихи Fagopyrum нами впервые применен ISSR-метод. Определены ISSR-праймеры, способные выявлять внутривидовой полиморфизм. Для каждого образца F. esculentum и
F. tataricum получены уникальные ISSR-спектры и выявлены образец- и
сортоспецифичные фрагменты, которые в дальнейшем могут быть использованы для разработки геном-специфичных ДНК-маркеров гречихи. На
основе вариабельности микросателлитных и межмикросателлитных последовательностей определена степень генетических различий у исследованных образцов и показано, что межсортовой полиморфизм отечественных
сортов F. esculentum поддерживается на высоком уровне и сравним с генетическим разнообразием дикорастущих форм. Полученные результаты могут быть использованы в селекционных программах при идентификации
сортов и гибридов.
ЛИТЕРАТУРА
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
K a t t i M.V., R a n j e k a r P.K., G u p t a V.S. Differential distribution of simple sequence repeats in eukaryotic genome sequences. Mol. Biol. Evol., 2001, 18(7): 1161-1167.
T o t h G., G a s p a r i Z., J u r k a J. Microsatellites in different eukaryotic genomes: survey and analysis. Genome Res., 2000, 10: 967-981.
Z i e t k i e w i c z E., R a f a l s k i A., L a b u d a D. Genome fingerprinting by simple
sequence repeat (SSR)-anchored polymerase chain reaction amplification. Genomics, 1994, 20:
176-183.
S i c a M., G a m b a G., M o n t i e r i S., G a u d i o L., A c e t o S. SSR markers
show differentiation among Italian populations Asparagus acutifolius L. BMC Genetics, 2005, 6.
M u t h u s a m y S., K a n a g a r a j a n S., P o n n u s a m y S. Efficiency of RAPD and
ISSR markers system in accessing genetic variation of rice bean (Vigna umbellata) landraces.
Electronic J. Biotechnol., 2008, 11(3): 1-10.
P r e v o s t A., W i l k i n s o n M.J. A new system of comparing PCR primers applied to
ISSR fingerprinting of potato cultivars. Theor. Appl. Genet., 1999, 98: 107-112.
G i l b e r t J.E., L e w i s R.V., W i l k i n n s o n M.J., C a l i g a r i P.D.S. Developing
an appropriate strategy to assess genetic variability in plant germplasm collections. Theor. Appl.
Genet., 1999, 98: 1125-1131.
J o s h i S.P., G u p t a V.S., A g g a r w a l R.K., R a n j e k a r P.K., B r a r D.S.
Genetic diversity and phylogenetic relationship as revealed by inter simple sequence repeat
(ISSR) polymorphism in the genus Oryza. Theor. Appl. Genet., 2000, 100: 1311-1320.
Г о р и н а Е.Д. Исходный материал, его биологические особенности и эффективность
методов селекции гречихи. Автореф. докт. дис. Жодино, 1981.
Ф е с е н к о Н.В. Биологические основы и методы селекции гречихи. Автореф. докт.
дис. Л., 1974.
К р о т о в А.С. Гречиха СССР и улучшение ее хозяйственных признаков. Автореф.
докт. дис. Л., 1955.
C a m p b e l l C.G. Buckwheat. Fagopyrum esculentum Moench. Rome, Italy, 1997.
T s u j i K., O h n i s h i O. Phylogenetic relationships among wild and cultivated Tartary
buckwheat (Fagopyrum tataricum Gaert.) populations revealed by AFLP analyses. Genes Genet.
Syst., 2001, 76: 47-52.
I w a t a H., I m o n K., T s u m u r a Y., O h s a w a R. Genetic diversity among Japanese indigenous common buckwheat (Fagopyrum esculentum) cultivars as determined from amplified fragment length polymorphism and simple sequence repeat markers and quantitative agronomic traits. Genome, 2005, 48: 367-377.
K o n i s h i T., Y a s u i Y., O h n i s h i O. Original birthplace of cultivated common buckwheat inferred from genetic relationships among cultivated populations and neutral populations
of wild common buckwheat revealed by AFLP analysis. Genes Genet. Syst., 2005, 80: 113-119.
47
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
16. К а д ы р о в а Г.Д., К а д ы р о в а Ф.З., Р ы ж о в а Н.Н., К о ч и е в а Е.З.
RAPD-анализ геномного полиморфизма видов и сортов рода Fagopyrum. Экологическая
генетика, 2008, VI(3): 3-10.
17. Р ы ж о в а Н.Н., П ы ш н а я О.В., К о ч и е в а Е.З. Молекулярный RAPD анализ
гибридов перца. С.-х. биол., 2000, 5: 104-106.
18. W i l l i a m s J.G.K., K u b e l i k A.R., L i v a k K.J., R a f a l s k i J.A., T i n g e y S.V.
DNA polymorphisms amplified by arbitrary primers are useful as genetic markers. Nucl. Acids
Res., 1990, 18: 6531-6535.
19. F a n g D.Q., R o o s e M.L. Identification of closely related citrus cultivars with intersimple sequence repeats markers. Theor. Appl. Genet., 1997, 95: 408-417.
20. W a n g G., M a h a l i n g a m R., K n a p H.T. (C-A) and (G-A) anchored simple sequence repeats (ASSRs) generated polymorphism in soybean, Glycine max (L.) Merr. Theor.
Appl. Genet., 1998, 96: 1086-1096.
21. C e k i c C., B a t t e y N.H., W i l k i n s o n M.J. The potential of ISSR-PCR primer
pair combinations for genetic linkage analysis using the seasonal flowering locus in Fragaria as a
model. Theor. Appl. Genet., 2001, 103: 540-546.
1ГНУ
Татарский НИИ сельского хозяйства
Россельхозакадемии,
Поступила в редакцию
18 мая 2010 года
420059 г. Казань, Оренбургский тракт, 48,
e-mail: guzel_asd@rambler.ru;
2Центр «Биоинженерия» РАН,
117312 г. Москва, ул. 60-летия Октября, 7, корп. 1,
e-mail: marti-elana@yandex.ru
ANALYSIS OF GENOMIC DIVERSITY OF SAMPLES AND CULTIVARS IN
COMMON BUCKWHEAT (Fagopyrum esculentum Moench) BY THE ISSRMETHOD
G.D. Kadyrova1, F.Z. Kadyrova1, E.V. Martirosyan2, N.N. Ryzhova2
Summary
For an assessment of a genetic polymorphism of common buckwheat (F. esculentum, 27
samples of different ecologo-geographic origin, including 14 domestic cultivars) the authors determined the ISSR-primers of revealing intraspecific polymorphism and obtained the genomspecific
polymorphic ISSR-spectra of DNA fragments. Genomic variability and genomic linkage groups cultivars of common buckwheat were determined for the first time. Obtained data can be used in buckwheat breeding program and further molecular characterization of investigated cultivars.
Новые книги
К о н и ч е в А.С., С е в а с т ь я н о в а Г.А.
Молекулярная биология. Изд. 3-е стер. М.:
изд-во «Академия», 2008, 400 с.
ка: В 4 т. Т.4. Кн. 2: Систематика высших
растений /Под ред. А.К. Тимонина. М.: издво «Академия», 2009, 352 с.
В учебнике кратко изложены история и методы молекулярной биологии, подробно рассмотрены основные направления
изучения нуклеиновых кислот и белков: структура геномов про- и эукариотов, вирусов и
фагов, митохондрий и хлоропластов; подвижные генетические элементы; повреждения
и репарация структуры ДНК; молекулярные
основы генетической рекомбинации; структура, процессинг и функции различных видов
РНК; механизмы и принципы регуляции основных молекулярно-генетических процессов
(репликации, транскрипции, трансляции);
структура и фолдинг белков; белково-нуклеиновые взаимодействия; молекулярные механизмы регуляции клеточного цикла, канцерогенеза и программируемой клеточной смерти. Значительное место отведено методам
генетической инженерии, ее достижениям и
перспективам.
В учебнике рассмотрены принципы
реконструкции филогении и построения системы высших растений, в систематическом
порядке даны характеристики всех основных
групп высших растений и изложены наиболее важные вопросы их филогении. Принятая система высших растений учитывает новые данные по филогении этой группы (палеоботаника и геносистематика). Во второй
книге рассматриваются семенные растения.
Т и м о н и н А.К., Ф и л и н В.Р. Ботани-
48
В е р е щ а г и н а В.А. Основы общей цитологии. М.: изд-во «Акадамия», 2008, 176 с.
В учебном пособии изложена характеристика структурно-функциональных особенностей клеток на основе данных световой, электронной микроскопии и других методов с привлечением сведений из биохимии
и молекулярной биологии. Освещены главные закономерности строения и функций,
клеток вне зависимости от их органного,
тканевого или видового происхождения.
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ БИОЛОГИЯ, 2010, № 5
УДК 633.853.494:633.52:631.461.5:[577.2.08+57.086.83
ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ТРАНСФОРМАЦИЯ РАПСА (Brassica napus L.)
СОРТА Hanna С ПОМОЩЬЮ Agrobacterium tumefaciens AGL0 *
А.В. КНЯЗЕВ, З.Р. ВЕРШИНИНА, А.Х. БАЙМИЕВ, А.В. ЧЕМЕРИС
Исследовали влияние гормонального состава сред и концентрации антибиотика гигромицина на регенерацию побегов из семядольных эксплантов рапса (Brassica napus L.) сорта Hanna.
Для получения трансгенных растений использовали штамм Agrobacterium tumefaciens AGL0 с
плазмидой pCAMBIA 1305.1, содержащей гены лектина гороха (psl), ?-глюкуронидазы (gus) и
гигромицинфосфотрансферазы (hptII) в области Т-ДНК. Достигнута эффективность трансформации 1,8 % при использовании гигромицина в качестве селективного антибиотика. ПЦР-анализ
ДНК из трансгенных растений подтвердил наличие и экспрессию перенесенного гена psl на уровне мРНК.
Ключевые слова: Brassica napus, трансгенные растения, регенерация, ген hpt.
Key words: Brassica napus, transgenic plants, regeneration, hpt gene.
Рапс (Brassica napus L.) входит в число наиболее ценных и перспективных сельскохозяйственных культур. Программы по созданию его новых
сортов приняты во многих странах. Уже получены растения, устойчивые к
грибным и вирусным заболеваниям, абиотическим факторам, гербицидам,
а также линии с улучшенными кормовыми качествами семян, измененным
составом масла и т.д. (1, 2).
Чужеродные гены в растения рапса можно вводить прямыми методами, однако большинство работ посвящены трансформации с помощью
Agrobacterium. Эффективность подобной трансформации зависит от сортовых особенностей и возраста растения — донора эксплантов, гормонального
состава сред, типа используемого экспланта и выбора системы селекции.
Хотя методы агробактериальной трансформации разработаны для большинства видов сельскохозяйственных культур, они применимы в пределах каждого вида только к немногим генотипам (сортам), которые регенерируют
in vitro с высокой частотой. Поскольку регенерация у B. napus в культуре
in vitro высоковариабельна и генотипоспецифична (3, 4), универсальной
методики агробактериальной трансформации рапса не существует и разработка приемов регенерации остается актуальной.
Большинство экспериментов по трансформации рапса выполнены
с яровым сортом канадской селекции B. napus L. ssp. oleifera cv. Westar (57), который в настоящее время в производстве не используется. Эти методики относительно специфичны для Westar, и их сложно адаптировать к
работе с другими яровыми сортами. Кроме того, в подавляющей части исследований в качестве растительного селективного маркера использовали
ген устойчивости к канамицину npt, хотя ген устойчивости к гигромицину
hpt более предпочтителен, так как растительные ткани намного чувствительнее к этому антибиотику. Практически не встречается данных об эффективном получении трансгенных растений рапса, где в качестве селективного служит ген устойчивости к гигромицину — либо эффективность
очень мала (8), либо она нулевая (9).
Сорт шведской селекции Hanna относится к безэруковым, устойчив
к полеганию и осыпанию, поэтому широко культивируется во всем мире
(10, c. 148). Имеется несколько сообщений об агробактериальной трансфор*
Работа поддержана программой «Государственная поддержка молодых российских ученых и ведущих научных школ России» (гранты МД-43.2008.4 и НШ-649.2008.4) и грантом по инновационным исследованиям «У.М.Н.И.К.».
49
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
мации растений этого сорта, но все описанные методики с использованием канамицина в качестве селективного маркера неэффективны либо малоэффективны (4, 11, 12). Известно также, что штамм Agrobacterium tumefaciens AGL0 обладает повышенной вирулентностью (13).
Целью настоящей работы был подбор оптимального гормонального
состава сред для регенерации побегов из семядольных эксплантантов рапса сорта Hanna, а также оценка влияния антибиотика гигромицина на регенерацию и трансформациию растений с помощью супервирулентного
штамма Agrobacterium tumefaciens AGL0.
Методика. Объектом исследований стал яровой сорт рапса Hanna с
периодом вегетации 76-86 сут.
Семена для всех экспериментов поверхностно стерилизовали в течение 1 мин в 70 % спирте, затем 20 мин в 1 % растворе гипохлорита натрия с добавлением нескольких капель Твин 20, 5-кратно промывали стерильной водой и проращивали на среде, содержащей половину дозы солей
среды Мурасиге-Скуга (МС) (14), 10 % сахарозы, 8 г/л агарозы («Helicon»,
Россия) (рН 5,7), в течение 1 сут при 8 °С в темноте и 4-5 сут при температуре 25 °С и 16-часовом световом дне в климатической камере KBW 240
(«Binder», Германия).
При подборе оптимального гормонального состава сред для регенерации побегов вырезанные семядоли с черешками помещали на среду
МС с добавлением витаминов группы В5 (15), инозитола (100 мг/л), сахарозы (2 %), поливинилпирролидона (PVP 25) (0,5 г/л), Mes в качестве буфера (0,5 г/л), гибберелловой кислоты (0,01 мг/л), гидролизата казеина
(200 мг/л), AgNO3 (5 мг/л) и агарозы (8 г/л). В среду вносили фитогормоны в различных комбинациях и концентрациях. В качестве ауксина использовали нафтилуксусную кислоту (НУК), в качестве цитокининов — 6бензиламинопурин (6-БАП), зеатинрибозид (ЗР) и тидиазурон (ТДЗ); pH
всех сред до стерилизации — 5,7. Среды стерилизовали автоклавированием
при 121 °С в течение 20 мин. При высаживании эксплантов в среду помещали только кончик семядольного черешка (семядоля среды не касалась).
В каждой комбинации гормонов использовали по 18-20 эксплантов. Влияние различного гормонального состава сред на регенерацию побегов оценивали по доле эксплантантов, регенерировавших побеги после 4 нед культивирования, от общего числа эксплантов.
При трансформации растений использовали бинарный вектор
pCAMBIA1305.1, любезно предоставленный фирмой «Cambia» (Австралия)
(http://www.cambia.org.au). Вектор, способный реплицироваться в клетках
Escherichia coli и Agrobacterium sp., содержит в области Т-ДНК репортерный
ген gus с каталазным интроном, ответственный за расщепление ?-D-глюкуронидов, и селективный ген hptII гигромицинфосфотрансферазы, придающей устойчивость к гигромицину. В качестве маркера для ПЦР в Т-ДНК
вектора был встроен ген лектина гороха посевного psl под контролем 35Sпромотора вируса мозаики цветной капусты (16). Генетическую конструкцию переносили в штамм A. tumefaciens AGL0 методом электропорации.
В опытах по трансформации использовали свежую ночную культуру A. tumefaciens, выращенную при 28 °С на шейкере (150 об/мин) в минимальной среде Min A (17) с добавлением рифампицина (100 мг/л) и канамицина (50 мг/л). Перед инокуляцией культуру агробактерий центрифугировали (3500 об/мин, 10 мин) и ресуспендировали в жидкой среде Min
A. Суспензию агробактерий разводили до титра 108 КОЭ/мл, контролируя
ее плотность на спектрофотометре СФ-46 («ЛОМО», Россия).
Для проверки чувствительности неинокулированных A. tumefaciens
50
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
семядольных эксплантантов к антибиотику гигромицину использовали среду, содержащую ТДЗ (0,3 мг/л) и НУК (0,03 мг/л). Образцы помещали на
чашки Петри с регенерационной средой, содержащей гигромицин (0; 2; 4;
6; 8 и 10 мг/л). Через 4 нед культивирования их исследовали на инициирование каллуса и регенерацию адвентивных побегов. Частоту адвентивного органогенеза оценивали как отношение (%) числа эксплантов с регенерированными побегами к общему числу эксплантов в опыте.
В качестве эксплантов в экспериментах по трансформации использовали семядоли 4-5-суточных сеянцев с черешком в основании и без апикальной меристемы (18). Отделенные семядоли кончиком черешка обмакивали в суспензию A. tumefaciens (5-10 с) и тем же кончиком помещали на
регенерационную среду. Регенерационная среда содержала соли по МС, витамины группы В5, инозитол (100 мг/л); ТДЗ (0,3 мг/л); НУК (0,03 мг/л);
гиббереловую кислоту (0,01 мг/л); PVP 25 (0,5 г/л); Mes (0,5 г/л); гидролизат казеина (200 мг/л); сахарозу (20 г/л) и агарозу (8 г/л). Через 2 сут культивирования экспланты переносили на свежую среду того же состава с добавлением AgNO3 (5 мг/л), карбенициллина (500 мг/л) и без селективного
антибиотика. Раствор нитрата серебра стерилизовали фильтрованием и добавляли к автоклавированной и охлажденной до 40 °С среде. Через 20 сут
культивирования экспланты переносили на селективную среду, которая
имела тот же состав, но с добавлением гигромицина (5 мг/л). На протяжении всего периода селекции концентрацию гигромицина в селективной
среде постепенно повышали до 15 мг/л, пересаживая экспланты на свежую селективную среду каждые 10-14 сут. Появляющиеся на кончике семядольного черешка зеленые каллусы отделяли и переносили на свежую
селективную среду. Дифференцирующиеся зеленые побеги отрезали и помещали на среду без гигромицина, содержащую половину дозы солей МС,
витамины группы В5, сахарозу (1 %), агарозу (8 г/л), 6-БАП (0,05 мг/л) и
антибиотик карбенициллин (Cb) (500 мг/л) для укоренения.
Укорененные побеги высаживали в грунт и адаптировали к условиям светоплощадки. Частоту трансформации определяли как отношение (%)
числа полученных на селективной среде трансгенных побегов к общему
числу высаженных эксплантов.
Гистохимический анализ экспрессии гена gus (по активности ?глюкуронидазы) проводили по описанной методике (19) с небольшими модификациями (20). Части отрезанных листочков предположительно трансгенных побегов инкубировали в реактиве X-gluc, содержащем 5-бром-4хлор-3-индолил-?-D-глюкуронид (1 мг/мл), Тритон X-100 (0,5 %), Na2ЭДТА (100 мМ), метанол (20 %), K3Fe(CN)6 (0,5 мМ), K4Fe(CN)6 (0,5 мМ)
и натриевый фосфатный буфер (50 мМ) (pH 7,0). Ткани инкубировали при
37 °С в течение ночи, отмывали от хлорофилла в 70 % этиловом спирте,
выдерживали в 50 % растворе глицерина в воде и микроскопировали (стереомикроскоп МБС-10, Россия).
Для ПЦР-анализа ДНК трансгенных растений выделяли фенольнодетергентным методом, тотальную РНК (с проведением ревертазной реакции) — с использованием наборов TRizol Reagents («Invitrogen», США) и
GenePak RT Core НПФ («Галарт-Диагностикум», Россия). Наличие гена
лектина psl в препаратах ДНК и кДНК выявляли с помощью ПЦР с использованием фланкирующих его праймеров (16) и стандартных наборов
для реакционной смеси в амплификаторе Терцик МС2 («ДНК-технология»,
Россия) при оптимальной для каждой пары праймеров температуре отжига.
Для данных, обработанных статистически, представлены средние значения и стандартные ошибки.
51
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
Результаты. Регенерацию целых растений in vitro часто рассматривают как генетическое свойство сорта, но значительную роль при этом играет гормональный состав среды. Наши эксперименты показали, что среда
для регенерации побегов из семядольных эксплантов рапса сорта Westar,
предложенная M.M. Moloney с соавт. (18) и содержащая высокие концентрации 6-БАП (4-5 мг/л), для рапса сорта Hanna не оптимальна. Регенерационную реакцию отмечали не более чем у 10 % эксплантов. Поэтому
при оптимизации гормонального состава, кроме 6-БАП, использовали более сильные цитокинины — ЗР и ТДЗ (21).
В варианте с ТДЗ вместо 6-БАП эффект был значительно выше (доля органогенных эксплантов достигала 75-90 % в зависимости от концентрации). Сходный результат получили на среде, содержащей одновременно 6-БАП и ЗР (77,8 %) (табл.).
Частота регенерации побегов из эксплантов семядолей рапса (Brassica napus L.)
сорта Hanna в зависимости от концентрации фитогормонов в среде Мурасиге-Скуга (МС)
Концентрация фитогормонов, мг/л
6-бензилами- зеатинринафтилуксусная
тидиазурон
нопурин
бозид
кислота
Доля органогенных
эксплантов, % (Х±х)
4,0
–
–
–
4,5
–
–
–
4,5
1,0
0,1
0,01
2,0
–
–
–
–
–
1,0
0,05
–
–
0,5
0,05
–
–
0,5
0,05
–
–
0,3
0,03
–
–
0,3
0,03
–
–
0,3
0,01
–
–
0,1
0,005
П р и м е ч а н и е. Прочерк означает, что соответствующие фитогормоны в среду
10,3±5,2
0
0
77,8±5,5
81,3±1,1
75,6±4,4
75,9±0,9
73,3±3,3
90,5±9,5
66,7±4,7
73,8±11,9
не добавлялись.
Частота регенерации побегов на
35-е сут культивирования при концентрации гигромицина в регенерационной
среде 0; 2; 4; 6; 8 и 10 мг/л составила соответственно 70,8±4,2; 25,0±7,2; 7,8±3,9;
0; 0 и 0 %. То есть у интактных семядольных эксплантов уже при концентрации гигромицина в среде 2-4 мг/л сильно угнеталось побегообразование, а концентрация выше 5 мг/л полностью его
подавляла, что согласуется с данными
других авторов (8, 9). Таким образом, в
опытах по трансформации начальной была выбрана концентрация гигромицина
Рис. 1. Регенерация побегов из каллуса,
полученного в результате трансформации
5 мг/л, которую при дальнейшей селексемядольных эксплантов рапса (Brassica
ции повышали до 15 мг/л.
napus L.) сорта Hanna с помощью штамПервые регенерированные побеги
ма Agrobacterium tumefaciens AGL0, на
появились
приблизительно через 2,5 мес
среде без гигромицина.
после трансформации (рис. 1), еще 1 мес
понадобился для роста и укоренения. Трансгенность полученных растений
была подтверждена в ПЦР (обнаружение и доказательство экспрессии гена лектина psl на уровне мРНК), а также гистохимическим анализом активности gus-гена в тканях листа. Полученные растения-регенеранты обладали высокой активностью ?-глюкуронидазы (после инкубации сегментов листьев с гистохимическим реактивом появлялось характерное синее
52
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
окрашивание, наиболее интенсивное в мезофильных клетках листа, а также в его проводящих тканях) (рис. 2).
Эффективность разработанного нами метода трансформации рапса сорта Hanna составляет около 1,8 %, что гораздо выше, чем у некоторых авторов, в частности
0,3 % при селекции на канамицине (11), и
сравнимо с эффективностью, достигнутой
в другой работе (12) — 4,4 % (также на канамицине). Однако в последнем случае был
использован слабовирулентный штамм A. tumefaciens GV3101, что значительно усложняло проведение трансформации. Кроме
того, мы применили селекцию на гигромицине, который намного токсичнее канамицина для растительных тканей и, следовательно, обеспечивает более надежную сеРис. 2. Цветная реакция на активлекцию.
ность ?-глюкуронидазы (gus) у этиоИтак, разработана методика агробаклированных листьев растений-регетериальной
трансформации рапса сорта Hanнерантов рапса (Brassica napus L.)
na с применением антибиотика гигромицина
сорта Hanna. Темные участки соответствуют характерному синему окв качестве селективного маркера. Полученрашиванию после инкубации в гисные результаты могут быть использованы для
тохимическом реактиве.
создания трансгенных растений этого сорта
с различными хозяйственно полезными признаками.
ЛИТЕРАТУРА
1.
Ж и д к о в а Е.Н., К а р п а ч е в В.В. Получение ресинтезированных форм ярового
рапса с целью селекции на желтосемянность и жирнокислотность масла. С.-х. биол.,
1996, 5: 123-125.
2. Р а д ч у к В.В., Б л ю м Я.Б. Успехи и проблемы генетической трансформации растений семейства крестоцветных. Цитология и генетика, 2005, 3: 13-29.
3. P h o g a t S.K., B u r m a P.K., P e n t a l D. High frequency regeneration of Brassica
napus varieties and genetic transformation of stocks containing fertility restorer genes for two
cytoplasmic male sterility systems. J. Plant Biochem. Biotechnol., 2000, 9: 73-79.
4. Р а л д у г и н а Г.Н., Г о р е л о в а С.В., К о ж е м я к и н А.В. Стабильность и наследование трансгенов в растениях рапса. Физиол. раст., 2000, 47(3): 437-445.
5. B o u l t e r M.E., C r o y E., S i m p s o n P., S h i e l d s R., C r o y P.R.D., S h i rs a t A.H. Transformation of Brassica napus L. (Oilseed Rape) using Agrobacterium tumefaciense
and Agrobacterium rhizogenes: a сomparison. Plant Sci., 1990, 70: 91-99.
6. P o n s t e i n A.S., B a d e l J.B., V e r w o e r d T.C., M o l e n d i j k L., S t o r m s J.,
B e u d e k e r R.F., P e n J. Stable expression of phytase (phyA) in canola (Brassica napus)
seeds: towards a commercial product. Mol. Breed., 2002, 10: 31-44.
7. C a r d o z a V., S t e w a r t C.N. Increased Agrobacterium-mediated transformation and
rooting efficiencies in canola (Brassica napus L.) from hypocotyl segment explants. Plant Cell
Rep., 2003, 21: 599­604.
8. S t o u t j e s d i j k P.A., H u r l s t o n e C., S i n g h S.P., G r e e n A.G. High-oleic
Australian Brassica napus and B. juncea varieties produced by co-suppression of endogenous
?12-desaturases. Biochem. Soc. Trans., 2000, 28: 938-940.
9. K h a n M.R., R a s h i d H., A n s a r M., C h a u d r y Z. High frequency shoot regeneration and Agrobacterium-mediated DNA transfer in canola (Brassica napus). Plant Cell Tissue
Organ Cult., 2003, 75: 223-231.
10. Ф е д о т о в В.А., Г о н ч а р о в С.В., С а в е н к о в В.П. Рапс России. М., 2008.
11. S c h r o d e r M., D i x e l i u s C., R a h l e n L., G l i m e l i u s K. Transformation of
Brassica napus by using the aadA gene as selectable marker and inheritance studies of the
marker genes. Physiol. Plant., 1994, 92: 37-46.
53
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
12. Р а д ч у к В.В., К л о к е Э., Р а д ч у к Р.И., Н о й м а н н М., Б л ю м Я.Б.
Получение трансгенных растений рапса (Brassica napus L.) c помощью Agrobacterium
tumefaciens. Генетика, 2000, 36(7): 932-941.
13. L a z o G.R., S t e i n P.A., L u d w i g R.A. A DNA transformation-competent arabidopsis genomic library in agrobacterium. BioTechnology, 1991, 9: 963-967.
14. M u r a s h i g e T., S k o o g F. A revised medium for rapid growth and bioassays with tobacco tissue cultures. Physiol. Plant., 1962, 15: 473-497.
15. G a m b o r g O.L., M i l l e r R.A., O j i m a K. Nutrient requirements of suspension cultures of soybean root cells. Exp. Cell Res., 1968, 50: 51-158.
16. G a t e h o u s e J.A., B o w n D., E v a n s I.M., G a t e h o u s e L.N., J o b e s D.,
P r e s t o n P., C r o y R.R.D. Sequence of the seed lectin from pea (Pisum sativum L.).
Nucl. Acids Res., 1987, 15: 7642.
17. M i l l e r J.H. Experiments in molecular genetics. Cold Spring Harbor, 1972.
18. M o l o n e y M.M., W a l k e r J.M., S h a r m a K.K. High efficiency transformation of
Brassica napus using Agrobacterium vectors. Plant Cell Rep., 1989, 8: 238-242.
19. J e f f e r s o n R.A. Assaying сhimeric genes in plants: the GUS gene fusion system. Plant
Mol. Biol. Rep., 1987, 5: 387-405.
20. K o s u g i S., O h a s h f Y., N a k a j i m a K., A r a i Y. An improved assay for ?glucuronidase in transformed cells: methanol almost completely suppresses a putative endogenous ?-glucuronidase activity. Plant Sci., 1990, 70: 133-140.
21. H u e t t e m a n C.A., P r e e c e J.E. Thidiazuron: a potent cytokinin for woody plant tissue culture. Plant Cell Tissue Organ Cult., 1993, 33: 105-119.
Институт биохимии и генетики
Уфимского научного центра РАН,
Поступила в редакцию
26 ноября 2009 года
450054 г. Уфа, просп. Октября, 71,
e-mail: knyazev@anrb.ru, zilyaver@mail.ru,
alex@anrb.ru, chemeris@anrb.ru
GENETIC TRANSFORMATION OF Brassica napus L. Hanna VARIETY
WITH THE HELP OF Agrobacterium tumefaciens AGLO
A.V. Knyazev, Z.R. Vershinina, A.Kh. Baimiev, A.V. Chemeris
Summary
The authors investigated the effect of hormonal composition of media and concentration of
hygromicin antibiotic on regeneration of sprouts from cotyledonous explants of Brassica napus L.
Hanna variety. For isolation of transgenic plants the authors use the strain of Agrobacterium tumefaciens AGL0 with plasmid pCAMBIA 1305.1, containing the lectin genes of pea (psl), ?-glucuronidase (gus) and hygromicin phosphotransferase (hptII) in the T-DNA. During using of hygromicin
as selective marker, the efficiency of transformation reaches to 1,8 %. PCR-analysis of DNA from
transgenic plants confirms the presence and the expression of translocated gene of psl on mRNA level.
Научные конференции
К 45-ЛЕТИЮ ОСНОВАНИЯ ИНСТИТУТА ГЕНЕТИКИ И ЦИТОЛОГИИ НАН БЕЛАРУСИ
МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ
«ГЕНЕТИКА И БИОТЕХНОЛОГИЯ НА РУБЕЖЕ ТЫСЯЧЕЛЕТИЙ»
(25-29 октября 2010 года, г. Минск, Республика Беларусь)
Организаторы: Национальная академия наук Беларуси, Отделение биологических наук, Институт генетики и цитологии НАН Беларуси, Общественное объединение «Белорусское общество генетиков и селекционеров».
Научная программа конференции:
?
?
?
Общая, молекулярная генетика
Генетика растений
Генетика животных
?
?
Генетика микроорганизмов
Генетика человека и медицинская
генетика
Контакты и информация:
Республика Беларусь, 220072 г. Минск,
ул. Академическая, 27,
Институт генетики и цитологии НАНБ
E-mail: O.Orlovskaya@igc.bas-net.by
54
Телефоны:
+375 17-284-19-02, +375 17-284-04-11,
+375 17-284-19-44
Факс: +375 17-284-19-17
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ БИОЛОГИЯ, 2010, № 5
УДК 633.854.78:632.4.01/.08:575.174.015.3:577.2.08
ВНУТРИВИДОВОЙ ПОЛИМОРФИЗМ ВОЗБУДИТЕЛЯ ЛОЖНОЙ
МУЧНИСТОЙ РОСЫ ПОДСОЛНЕЧНИКА, ВЫЯВЛЯЕМЫЙ
МОЛЕКУЛЯРНЫМИ МАРКЕРАМИ
С.З. ГУЧЕТЛЬ, Т.С. АНТОНОВА, Т.А. ЧЕЛЮСТНИКОВА, С.А. РАМАЗАНОВА,
Н.М. АРАСЛАНОВА
У 42 изолятов шести рас возбудителя ложной мучнистой росы Plasmopara halstedii
(Farl.) Berl. et de Toni, поражающих подсолнечник в Краснодарском крае, с использованием 36
праймеров и их комбинаций в ПЦР изучали внутривидовой полиморфизм, выявляемый молекулярными маркерами. Степень полиморфизма оценена как слабая, поскольку лишь 10 праймеров и
праймерных комбинаций показали наличие полиморфизма.
Ключевые слова: ложная мучнистая роса, подсолнечник, Plasmopara halstedii, расы,
ПЦР, RAPD, SSR, маркеры, полиморфизм, дифференциация.
Key words: downy mildew, sunflower, Plasmopara halstedii, races, RAPD, SSR, markers,
polymorphism, differentiation.
Ложная мучнистая роса подсолнечника (ЛМР), вызываемая облигатным грибным патогеном Plasmopara halstedii (Farl.) Berl. et de Toni из
класса Oomycetes, — одно из наиболее вредоносных заболеваний этой культуры в мире. Практически во всех странах, занимающихся возделыванием
подсолнечника, ежегодно возникают новые патогенные расы гриба. Если
в 2002-2003 годах, по разным сведениям, насчитывалось 11-17 рас (1, 2),
то в 2007 году описано 36 патотипов патогена (3).
Традиционно дифференциацию рас P. halstedii (подобно расам других патогенов) осуществляют по их способности поражать растения линийдифференциаторов. Кроме того, достаточно эффективно используются
ПЦР-методы — для установления степени генетической близости между
расами и изолятами внутри вида, филогенетических взаимоотношений между видами (4, 5). Однако физиологические расы грибов в силу своего
общего происхождения часто бывают сходны по молекулярно-генетическим характеристикам и при анализе методами полимеразной цепной реакции, например с RAPD (random amplified polymorphic DNA) и SSR (simple
sequence repeat) праймерами, проявляют высокую генетическую однородность (6, 7).
Среди изолятов P. halstedii, собранных в районах Германии, обнаружен полиморфизм по микро- и минисателлитам, не коррелирующий ни
с географическим происхождением, ни с принадлежностью к физиологической расе. Вместе с тем праймерные комбинации генерировали амплифицированные фракции, позволяющие отличить один изолят от другого (8).
С помощью 30 RAPD-праймеров были дифференцированы 58 изолятов пяти патотипов P. halstedii, собранных во Франции, при использовании 21 RAPD-праймера изучена взаимосвязь между расами 100, 300, 700,
330, 710, 703, 730, 770 из разных стран и обнаружен слабый полиморфизм,
не зависящий от расы и географического происхождения (7). При испытании 12 EST-маркеров (expressed sequence tags-derived marker) выявлена
высокая степень генетической разнородности среди 32 изолятов возбудителя ложной мучнистой росы подсолнечника из Франции и России (9).
Мы, применив RAPD-ПЦР (10), показали, что четыре расы (330, 700, 710
и 730) генетически близки при четком отличии расы 300 от остальных.
Целью нашей работы было изучение выявляемого молекулярными
55
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
маркерами внутривидового полиморфизма возбудителя ложной мучнистой
росы Plasmopara halstedii, который поражает подсолнечник в Краснодарском крае.
Методика. Объектом исследований служили 42 изолята шести рас
возбудителя ложной мучнистой росы — 300, 310, 330, 700, 710 и 730 (соответственно 2, 1, 12, 3, 13 и 11 изолятов), собранные с пораженных растений подсолнечника в разных районах Краснодарского края в 2005-2007
годах (различия в числе изолятов по расам связаны с частотой их обнаружения в агроценозах Северного Кавказа) (11). Расовую принадлежность
изолятов определяли в соответствии с предложенной номенклатурой (12).
Искусственное заражение линий-дифференциаторов и сортов подсолнечника осуществляли по общепринятой методике погружением корней проростков в инокулюм зооспор (13).
ДНК выделяли из конидиального спороношения P. halstedii, используя модифицированный метод (14). Материал был собран с семядольных листьев проростков восприимчивого сорта подсолнечника ВНИИМК
8883, искусственно зараженных зооспорами каждого изолята отдельно.
Для ПЦР-анализа использовали 21 праймер: два минисателлита и
восемь SSR-праймеров — M13, T3B, GATA, GTG5, TCC5, GAA6, GACA4,
CA 8, CAC 5, GGAT4 (8), а также 15 их парных комбинаций — М13 + Т3B,
GAA6 + GACA4, TCC5 + GAA6, T3B + GTG5, M13 + GAA6, GAA6 + GTG5,
T3B + GAA6, TCC5 + GTG5, GACA4 + TCC5, GACA4 + M13, GACA4 + T3B,
GACA4 + GTG5, TCC5 + M13, TCC5 + T3B, M13 + GTG5; два праймера
ISSR (inter simple sequence repeat) — (СА)10G и (САС)7Т (15); SSR-праймеры
Pv 39 и Pv 17, выявившие полиморфизм между физиологическими расами
возбудителя ЛМР винограда (16); ITS 1, ITS 2 (internal transcribed spacer) и
G1, G2, G3 (17); два RAPD-праймера — РТО и OPG 06 (Operon Technologies, Inc., США), выявившие ранее полиморфизм между физиологическими расами возбудителя ЛМР подсолнечника (18) (общее число праймеров
и их комбинаций — 36).
ПЦР выполняли в реакционной смеси (25 мкл) следующего состава: 67 мМ Трис-HCl, рН 8,8; 16,6 мM сульфат аммония; 1,5-3,0 мM MgCl2;
0,01 % Твин 20; по 0,2 мM дезоксирибонуклеозидфосфатов; по 10 пМ
праймеров; 10 нг матричной ДНК и 1 ед. рекомбинантной термостабильной ДНК-полимеразы («Госниигенетика», Россия). Амплификатор Терцик
(«АО ДНК-технология», Россия), режим — начальная денатурация ДНК в
течение 2 мин при 94 °С; 30-35 циклов с последовательной сменой температур: 60 с, 94 °С (денатурация), 60 с, 36-60 °С (в зависимости от праймера) (отжиг), 120 с, 72 °С (элонгация); финальная элонгация 4 мин при 72 °С.
Электрофорез продуктов амплификации проводили в агарозном геле (1,5 % агароза, 1,5ЅТАЕ-буфер, камера для горизонтального электрофореза) в течение 1,5-2,0 ч при I = 50 мА, U = 70-90 В. Реакционную смесь
(10 мкл) наносили на гель вместе с красителем бромфеноловым синим. В
качестве маркеров длины фрагментов ДНК использовали GeneRuler 1 kb
DNA Ladder (UAB «Fermentas», Литва). Последующее окрашивание осуществляли бромистым этидием. Результаты электрофореза документировали при помощи трансиллюминатора и видеосистемы («АО ДНК-технология», Россия) с программным обеспечением Gel Imager 2. Реакции повторяли 2-3 раза, принимая за достоверные только воспроизводимые фракции.
Изоляты различали по наличию или отсутствию в геле полос, соответствующих фрагментам ДНК определенной длины. Длину фрагментов оценивали с помощью программы Gel-Pro.
Кластерный анализ выполняли с использованием пакета программ
56
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
Statistica 6.0 (для кластеризации применили метод Ward).
Результаты. Изученные изоляты перечислены в таблице.
Характеристика изолятов Plasmopara halstedii, проанализированных с применением ПЦР-маркеров (Краснодарский край, 2005-2007 годы)
Раса
Название
изолята
Место сбора изолята
Кластер,
субкластер
300
D8_5_05A
Поля ВНИИМК
Ia
300
L_05_1A
Лабинский район
Ia
310
A310_05B
Поля ВНИИМК
Ic
330
В_05_8C
Поля ВНИИМК
IIe
330
D116_05C
Поля ВНИИМК
IIe
330
ВК_2_06C
Поля ВНИИМК
IIe
330
D311_05C
Поля ВНИИМК
Ic
330
А_64_05C
Каневской район, станица Новоминская
IIe
330
А131_05C
Каневской район, станица Новоминская
IIe
330
F1_2_05C
Каневской район, фермерское поле
IIe
330
F110_05C
Каневской район, фермерское поле
IIe
330
G_11_05C
Каневской район
IIe
330
G_8_05C
Каневской район
IIe
330
В_61_05C
Станица Выселки
Ic
330
В_26_05C
Станица Выселки
IIe
700
В_P2_05D
Станица Выселки, поле 2
Ic
700
NP94_06D
Крыловской район, станица Новопашковская, поле 1
Ic
700
L_4_05D
Лабинский район
Ib
710
NP32_06E
Крыловской район, станица Новопашковская, поле 3
Ib
710
KG43_07E
Крыловской район
Ib
710
GL_2_05E
Поля ВНИИМК
Ic
710
В_05_13E
Поля ВНИИМК
Ic
710
В_19_05E
Станица Выселки
Ic
710
В_11_05E
Станица Выселки
Ic
710
В_09_05E
Станица Выселки
Ic
710
В08_05E
Станица Выселки
Ic
710
В_89_05E
Станица Выселки
Ic
710
В_85_13E
Станица Выселки
Ib
710
В_07_05E
Станица Выселки
Ib
710
L_2_05E
Лабинский район
Ib
710
L_3_05E
Лабинский район
Ib
730
D216_05F
Поля ВНИИМК
IId
730
GL_3_05F
Поля ВНИИМК
IIe
730
ВК_2_05F
Поля ВНИИМК
Ic
730
В_25_05F
Станица Выселки
Ib
730
В_32_05F
Станица Выселки
Ib
730
В_28_05F
Станица Выселки
Ic
730
В_43_05F
Станица Выселки
Ic
730
В_33_05F
Станица Выселки
Ic
730
В_18_05F
Станица Выселки
Ic
730
В_46_05F
Станица Выселки
IId
730
В_29_05F
Станица Выселки
IIe
П р и м е ч а н и е. Последние буквы в названии изолятов (A, B, C, D, E, F) — обозначение рас (соответственно 300, 310, 330, 700, 710 и 730); I, II — кластеры; a, b, c, d, e — субкластеры.
При скрининге праймеров для последующей дифференциации между пятью случайно отобранными изолятами, представляющими наиболее
распространенные расы (300, 700, 330, 710 и 730, рис. 1), GATA, (CA)10G,
(CAC)7T и ITS 1 не гибридизовались с матричной ДНК; 24 (праймеры и
праймерные комбинации) полиморфизма не выявили; 10, или всего 28 % от
испытанных (PTO, OPG 06, T3B, М13, TCC5, GTG5, GAA6, GAA6 + GACA4,
T3B + GAA6, TCC5 + T3B), выявили полиморфизм, что свидетельствует
о слабой внутривидовой изменчивости P. halstedii, поражающей подсолнечник в Краснодарском крае. С использованием праймеров, выявленных
в результате скрининга, анализировали все остальные изоляты гриба. При
этом обнаружили 58 фракций ДНК, в том числе 40 полиморфных, характеризующихся наличием/отсутствием фрагментов определенной длины (от
2 до 11 полиморфных локусов на праймер). Уровень полиморфизма соста57
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
вил 0,68, амплифицированные фрагменты имели (в зависимости от праймера) размер от 80 п.н. до 2500 п.н.
Мы не выявили локусов
ДНК, позволяющих четко различать расы между собой. Более
того, некоторые изоляты рас 330,
710 и 730 оказались сходными
(рис. 1, 2). Из них идентичными,
в основном, были изоляты, принадлежащие к одной расе. Лишь
в одном случае сходный спектр
ампликонов показали два изолята, принадлежащие к разным раРис. 1. Электрофоретические спектры продуктов
амплификации ДНК с праймером Т3В у рас Plasсам, — В-19-05E (раса 710) и Вmopara halstedii: 1-5 — соответственно расы 300,
Р2-05D (раса 700). Генетическое
330, 700, 710 и 730; стрелками отмечены полисходство этих изолятов нельзя
морфные фрагменты ДНК длиной 560 п.н. и
360 п.н. (сверху вниз); М — маркер молекуляробъяснить общей локализацией,
ной массы ДНК 1 kb (UAB «Fermentas», Литва)
поскольку они собраны с разных
(Краснодарский край, 2005-2007 годы).
полей Выселковского района. Возможно, изолят расы 700 на самом деле принадлежал к расе 710, так как
индикация с помощью линий-дифференциаторов не всегда надежна.
В то же время выявлялись фрагменты амплифицированной ДНК,
уникальные для некоторых изолятов. Так, фрагменты G061135, G061225,
(T3B + GAA6)553 и T3B521 были уникальны соответственно для изолятов
NP94_06D, KG43_07E, B_85_15E и B_43_05F, причем не наблюдалось связи между уникальностью генотипа и его расовой принадлежностью.
Предст авление данных ПЦРанализа в виде матрицы состояний бинарных признаков
(наличие в электрофоретических спектрах одинаковых по
размеру фрагментов
ДНК — 1 и отсутствие — 0), выполнение на основе матрицы кластерного
анализа и построение
дендрограммы генетических взаимоотРис. 2. Дендрограмма генетического сходства изолятов Plasmopara
ношений между изуhalstedii на основе полиморфных амплифицированных фрагментов
ченными изолятами
ДНК: I и II — кластеры, a, b, c, d, e — субкластеры; описание
(см. рис. 2) показаизолятов см. в таблице (Краснодарский край, 2005-2007 годы).
ло, что они разделились на два кластера — I и II с генетической дистанцией между ними
17,50. Кластер I включал три субкластера (a, b и c), кластер II — два (d и
e). Кластер I объединил изоляты рас 300, 310, 700, 710, пять изолятов расы
730 и два изолята расы 330. Оба изолята расы 300 выделились в отдельный
субкластер а со степенью дистанцирования 7,80 от объединенного кластера, включающего остальные генотипы. Этот факт также подтверждает на58
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
ше мнение, что раса 300 генетически удалена от остальных в силу происхождения с другого континента, в то время как остальные имеют общее
происхождение, вероятно от бывшей европейской расы 1 (100) (10, 18).
Изоляты рас 700, 710 и 730 равномерно распределились по субкластерам b
и с, генетическая дистанция между которыми составила 5,18.
Кластер II объединил в основном изоляты расы 330 (в субкластере е)
и четыре изолята расы 730, не попавшие в кластер I (см. рис. 2, см. табл.).
Такое распределение расы 730 может свидетельствовать о ее происхождении от гибридизации рас 710 и 330.
Объединение изолятов в кластеры в большей степени зависело от
принадлежности к определенной расе, чем от места сбора изолята.
Мы показали, что мини- и микросателлитные локусы более полиморфны в геноме P. halstedii, чем локусы, выявленные с помощью RAPDПЦР. В наших предыдущих исследованиях из 22 использованных RAPDпраймеров 13 позволили отличить расу 300 от остальных и лишь один выявлял изменчивость у всех изученных рас возбудителя ЛМР, поражающей
подсолнечник в Краснодарском крае (10, 18).
Таким образом, изученные изоляты расы 300 возбудителя ложной
мучнистой росы (мера дистанцирования между изолятами в дендрограмме
3,50) и большинство изолятов расы 330 (мера дистанцирования 4,80) объединяются в отдельные субкластеры (соответственно Ia и IIe), проявляя
большую степень внутрирасового сходства. Изоляты рас 310, 700 и 710 находятся в субкластерах b и с кластера I. Наибольшей генетической гетерогенностью обладают изоляты расы 730, поскольку анализ молекулярных характеристик позволил отнести их к разным кластерам и субкластерам. Вероятно, все эти данные можно объяснить новообразованием рас на территории Краснодарского края. Нечеткое распределение в отдельные кластеры и субкластеры свидетельствует, что образование современных рас произошло недавно и они генетически не обособлены друг от друга.
ЛИТЕРАТУРА
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
V e a r F., T o u r v i e i l l e d e L a b r o u h e D., M i l l e r J.F. Inheritance of the
wide-range downy mildew resistance in the sunflower line RHA 419. Helia, 2003, 26(39): 19-24.
V i r a n y i F. Downy mildew research in sunflower: facts and consideration (based on reports
of to the FAO sub-group, Plasmopara halstedii for 1999-2001). Proc. FAO technical meeting, 79.10.2002, ENSAM-INRA, Montpellier, France, 2002: 10-15.
G u l y a T.J. Distribution of Plasmopara halstedii races from sunflower around the world.
Proc. 2nd Int. Downy Mildew Symposium «Advances in downy mildew research». Olomouc,
Czech Republic, 2007, 3: 121-134.
Г а г к а е в а Т.Ю., Г а н н и б а л Ф.Б., Л е в и т и н М.М., Y l i - M a t t i l a T.
Выделение и идентификация токсикогенных видов грибов из родов Fusarium и Alternaria
с использованием полимеразной цепной реакции. Мат. II Всерос. съезда по защите растений. СПб, 2005, I: 150-151.
Б у л а т С.А., М и р о н е н к о Н.В. Идентификация грибов и анализ их генетической изменчивости методом полимеразной цепной реакции (ПЦР) с геноспецифичными
и неспецифичными праймерами. Генетика, 1996, 32(2): 165-183.
B a l m a s V., S h e r m B., M i g h e l i Q. Characterization of isolates of Phoma tracheiphilia by RAPD-PCR, microsatellite-primers PCR and RDNA ITS1/ITS2 sequencing. J.
Plant Pathol., 2003, 85(4): 312-315.
R o e c k e l - D r e v e t P., T o u r v i e i l l e J., G u l y a T.J., C h a r m e t G., N ic o l a s P., T o u r v i e i l l e d e L a b r o u h e D. Molecular variability of sunflower
downy mildew, Plasmopara halstedii from different continents. Can. J. Microbiol., 2003, 49(8):
492-502.
I n t e l m a n n F., S p r i n g O. Analysis of total DNA by minisatellite and simplesequence repeat primers for the use of population studies in Plasmopara halstedii. Can. J. Microbiol., 2002, 48: 555-559.
G i r e s s e X., T o u r v i e i l l e d e L a b r o u c h e D. , R i c h a r d - C e r v e r a S.,
59
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
D e l m o t t e F. Twelve polymorphic expressed sequence tags-derived markers for Plasmopara
halstedii, the causal agent of sunflower downy mildew. Molec. Ecol. Notes, 2007, 7: 1363-1365.
Г у ч е т л ь С.З., Ч е л ю с т н и к о в а Т.А., И в е б о р М.В., А н т о н о в а Т.С.,
А р а с л а н о в а Н.М., Р а м а з а н о в а С.А. Применение RAPD-ПЦР маркеров
для дифференциации физиологических рас Plasmopara halstedii (Farl.) Berl. et de Toni, поражающих подсолнечник в Краснодарском крае. С.-х. биол., 2008, 5: 82-87.
A n t o n o v a T., I w e b o r M., A r a s l a n o v a N. Races of Plasmopara halstedii on
sunflower in separate agrocenosises of Adigeya Republic, Krasnodar and Rostov region in Russia. Proc. 17th Int. sunflower conf. Cordoba, Spain, 2008, V1: 85-91.
T o u r v i e i l l e d e L a b r o u h e D., G u l y a T.J., R a s h i d Y.K, V i r a n y i F.
New nomenclature of race of Plasmopara halstedii (sunflower downy mildew). Proc. 2th Int.
sunflower conf. Toulouse, France, 2000, 2: I-61-I-66.
А н т о н о в а Т.С., А р а с л а н о в а Н.М., Г о л о в и н А.В., Ч е л ю с т н и к ов а Т.А., С а у к о в а С.В. К вопросу о расовой принадлежности возбудителя ложной
мучнистой росы на подсолнечнике на Северном Кавказе. Науч.-техн. бюл. ВНИИМК,
2000, 123: 16-20.
Z o l a n M.E., P u k k i l a P.J. Inheritance of DNA methylation in Corpinus cinereous.
Mol. Cell Biol., 1986, 6(1): 195-200.
Г л а з к о В.И., Д у б и н А.В., К а л е н д а р ь Р.Н., Г л а з к о Г.В., Ш е р е п и т ьк о В.И., С о з и н о в А.А. Генетические взаимоотношения между сортами сои, оцененные с использованием ISSR маркеров. Цитология и генетика, 1999, 33(5): 47-51.
D e l m o t t e F., C h e n W.J., R i c h a r d - C e r v e r a S., G r e i f C., P a p u r a D.,
G i r e s s e X., M o n d o r - G e n s o n G., C o r i o - C o s t e t M.-F. Microsatellite
loci from the grape downy mildew (Plasmopara viticola). Mol. Ecol. Notes, 2006, 6: 379-381.
S a y s - L a s a g e V., R o e c k e l - D r e v e t P., V i g u i e A., T o u r v i e i l l e J.,
N i c o l a s P., T o u r v i e i l l e d e L a b r o u h e D. Molecular variability within Diaporthe/Phomopsis helianthi from France. Phytopathology, 2002, 92: 308-313.
A n t o n o v a T., G u c h e t l S., I w e b o r M., T c h e l u s t n i k o v a T. Differences in some RAPD-loci DNA of Plasmopara halstedii races affected sunflower in Krasnodar
region of Russia. Proc.17th Int. sunflower conference. Cordoba, Spain, 2008, 1: 91-97.
ГНУ Всероссийский НИИ масличных культур
Россельхозакадемии,
Поступила в редакцию
26 августа 2009 года
350038 г. Краснодар, ул. Филатова, 17,
e-mail: vniimk-center@rambler.ru, antonova-ts@mail.ru
INTRASPECIFIC POLYMORPHISM IN SUNFLOWER FALSE MILDEW
REVEALED BY MOLECULAR MARKERS
S.Z. Guchetl’, T.S. Antonova, T.A. Chelyustnikova, S.A. Ramazanova, N.M. Araslanova
Summary
The intraspecific polymorphism in 42 isolates of six races of sunflower false mildew (Plasmopara halstedii (Farl.) Berl. et de Toni) in Krasnodar region, revealed by molecular markers with 36
primers and its combinations was studied with the use of PCR. The degree of polymorphism was estimated as weak, so long as only 10 primers and primer combinations show polymorphism.
Новые книги
Ф и л и п п о в и ч Ю.Б., К о в а л е вс к а я Н.И., С е в а с т ь я н о в а Г.А. и
др. Биологическая химия /Под ред. Н.И. Ковалевской. Изд. 3-е стер. М.: изд-во «Академия», 2009, 256 с.
Рассмотрены строение и свойства
важнейших биополимеров, углеводов, жиров,
витаминов и коферментов. Изложены общие
для всех биологических организмов закономерности обмена белков, нуклеиновых кислот, углеводов и липидов (жиров), а также
вопросы взаимосвязи и многоуровневой регуляции обмена веществ в организме.
К а л ы г и н В.Г. Промышленная экология. Изд. 4-е перераб. М.: изд-во «Акаде-
60
мия», 2010, 432 с.
Рассмотрены вопросы экологии разных отраслей промышленности, приоритетные принципы формирования экологически
безопасных и энергосберегающих технологий
обезвреживания отходов (газообразных, жидких и твердых). Приведена методика анализа
влияния технических параметров процессов
и аппаратов (машин) на условия образования
вредных выбросов в атмо-, лито- и гидросферу; обсуждаются экологические основы
устойчивого функционирования промышленных и коммунально-городских объектов в
чрезвычайных ситуациях и направления эволюции систем предварительной подготовки и
вторичной переработки отходов.
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ БИОЛОГИЯ, 2010, № 5
Культура клеток и тканей
УДК 633.1:581.33:58.02:57.086.83
ЦИТОЛОГИЧЕСКОЕ ПОДТВЕРЖДЕНИЕ СПОРОФИТНОГО
РАЗВИТИЯ МИКРОСПОР В КУЛЬТУРЕ ПЫЛЬНИКОВ
ТРИТИКАЛЕ БЕЗ ХОЛОДОВОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ
Т.И. ДЬЯЧУК, О.В. ХОМЯКОВА, Т.О. ДУГИНА
В культуре пыльников, полученных от донорных растений гекса- и октаплоидных тритикале и сорта Студент, цитологическими методами изучали развитие микроспор без воздействия
на пыльники холодовым шоком. Выявлено отсутствие необходимости индуцировать андрогенез
шоковыми температурами.
Ключевые слова: тритикале, культура пыльников, спорофитное развитие, предобработка холодом.
Key words: triticale, anther culture, sporophytic development, cold pretreatment.
Культура пыльников — один из приемов массового получения гаплоидных растений злаков. Этот метод основан на формировании копий
зиготических зародышей (эмбриоидов) из микроспор — андрогенезе (гаплоидный эмбриогенез, пыльцевой эмбриогенез, андроклиния), который наступает, когда пыльники растений, изолированные на определенной стадии развития, культивируются на питательных средах с гормональными добавками. Гомозиготные линии, полученные на основе диплоидизированных гаплоидов, нашли широкое применение при создании сортов и исходного селекционного материала яровой и озимой мягкой пшеницы, ячменя, риса и тритикале (1).
В многочисленных экспериментах продемонстрирована возможность
индукции спорофитного развития микроспор донорных растений при воздействии на колосья и пыльники. Для увеличения его частоты большое
распространение получило применение пониженной положительной температуры. Фактически холодовое воздействие стало рутинной процедурой
при создании гаплоидов в мировой практике. Высказываются различные
мнения о влиянии предобработки пыльников холодом на дальнейшее спорофитное развитие при культивировании. Физиологические исследования
показали, что предобработка холодом снижает интенсивность дыхания
пыльников и продлевает их жизнеспособность (2). Есть мнение, что холодовые обработки вызывают реориентацию веретена I деления, в результате
чего возникают микроспоры с двумя равными ядрами (3). При низких
температурах задерживается деструкция стенки пыльника, оказывающая
вредное влияние на развитие изолированных микроспор в культуре (цит.
по 4), но продлевается жизнеспособность микроспор и период, пригодный для введения пыльников в культуру in vitro («эмбриогенное окно»).
Это обстоятельство играет существенную роль в случаях, когда требуется
время для доставки материала от донорных растений в лаборатории.
Эффекту холода приписывается либо выключение генов, либо ингибирование функции генных продуктов, ответственных за гаметофитную программу (5). Считается также, что в культуре in vitro триггером спорофитного развития микроспор, находящихся в критической сильновакуолизированной стадии, служит стрессовое воздействие холодом в определенном
режиме (6).
В то же время обнаружена неоднозначность влияния этого фактора
61
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
на культивируемые пыльники злаков. Так, пыльники пшеницы, взятые из
донорных растений, выращенных в поле, не требовали воздействия холодом для индукции делений в микроспорах. Наблюдался неоднозначный
эффект холодового воздействия в течение различных сезонов (7). Предобработка срезанных колосьев ячменя холодом (от 3 до 14 сут) не дала положительных результатов в культуре пыльников ячменя (8). В опытах с
двумя широко возделываемыми сортами пшеницы Acheloos и Vergina и
гибридами от их скрещивания друг с другом показано отсутствие необходимости холодовых предобработок для гаплопродукции в культуре пыльников: основную роль играл генотип донорного растения и температура
культивирования пыльников (9).
Изучение холодового воздействия на генотипах мягкой пшеницы
саратовской селекции с разной степенью отзывчивости выявило, что спорофитное развитие микроспор происходит и в пыльниках свежеубранных
колосьев, причем у некоторых генотипов с большей частотой по сравнению с таковой у пыльников, подвергающихся этому стрессу (1, 10).
Нашей целью было цитологическое исследование спорофитного развития микроспор в свежеубранных пыльниках, не подвергавшихся холодовому воздействию.
Методика. Объектом изучения служили выращенные в полевых условиях (Саратовская обл., 2006-2008 годы) донорные растения первичных
гекса- и октаплоидных тритикале, полученных с использованием сортов
озимой ржи саратовской селекции, и допущенного к использованию в Саратовской области сорта Студент. Свежеубранные колосья, пыльники которых содержали вакуолизированные микроспоры, стерилизовали по стандартным процедурам и культивировали на питательной среде N 6 с добавлением в качестве регуляторов роста 2,4-Д (1,5 мг/л) и кинетина (0,5
мг/л); концентрация сахарозы — 6 %. Через 4; 9; 14 и 21 сут после начала
культивирования пыльники фиксировали в растворе Карнуа (3:1) (по 50
шт. для каждого срока), окрашивали ацетокармином и готовили давленые
препараты по общепринятым цитологическим методикам (11). Цитологические исследования с последующей микрофотосъемкой выполняли на микроскопе IM35 («Opton», Германия).
Данные обрабатывали методом дисперсинного анализа с помощью
программы Agros.
Результаты. Цитологические исследования выявили возможность
различных событий при культивировании свежеубранных пыльников: основная часть микроспор погибала уже к 7-м сут культивирования, часть
микроспор продолжала развиваться по гаметофитной программе с дальнейшей дегенерацией продуктов деления, и лишь немногочисленная популяция клеток переходила к спорофитному развитию. Последнее проявлялось как равное деление микроспоры (расположение поры и двух образующихся ядер соответствовало равностороннему треугольнику) (рис., 1)
либо деление с формированием вегетативной и генеративной клеток (при
последующей митотической активности вегетативной клетки) (см. рис., 2).
В результате серии делений формировались многоклеточные структуры,
которые находились внутри оболочки микроспоры (см рис., 3-6). Интенсивный рост многоклеточных новообразований вызывал растяжение и
разрыв оболочки микроспоры, а затем и стенки пыльника (см. рис., 7-9).
Анализ частоты образования различных андрогенетических структур (эмбриоидов и каллусов) свидетельствует, что для индукции андрогенеза в
культуре пыльников тритикале не требовалось воздействия шоковыми
температурами. Более того, у двух генотипов (амфидиплоид АД-1 и сорт62
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
стандарт Студент) спорофитное развитие микроспор происходило только
в пыльниках свежеубраных колосьев, не подвергавшихся хранению при
пониженных положительных температурах (частота соответственно 1,7 и
7,8 %) (табл.).
Таким образом, наблюдения за цитологическими событиями в культуре пыльников тритикале без воздействия холодовым шоком выявили различные стадии спорофитного развития микроспор, описанные ранее для
пыльников, подвергающихся воздействию этого стресса (3, 12).
Цитологические события при спорофитном развитии микроспор в культуре пыльников тритикале
без холодового шока (состав среды культивирования см. в разделе «Методика»): а, б — первые
деления микроспор; в-д — формирование многоклеточных новообразований; е — общий
вид пыльника; ж-и — разрыв оболочки микроспоры; к, л — формирование андрогенетических объектов (каллусов и эмбриоидов); м — общий вид пыльника с андрогенетическими
структурами; а-и — окрашивание ацетокармином; увеличение Ѕ10Ѕ60.
Считается, что генеральным сигналом, ответственным за переключение микроспор на альтернативное, то есть спорофитное, развитие, служит
стресс (13). В культуре пыльников ячменя (14), риса (15), пшеницы (16,
17) роль такого стресса может выполнять азотное или углеводное голодание пыльников, в культуре пыльников (18) и изолированных микроспор
63
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
пшеницы (13) — температура (свыше 30 °С).
Полученные нами результаты по культивированию
пыльников тритикале и пшеницы не подтверждают точку зрения о роли пониженных полоЧисло
Частота эм- Общая частота
жительных температур как тригГенотип пыльни- бриогенных новообразоваков, шт. пыльников, % ний, %
гера спорофитного развития микАД-1:
роспор (6). Очевидно, само удаопыт
235
0,85
1,70
ление колосьев с донорного расконтроль
456
0
0
АД-2:
тения является стрессом, котоопыт
1871
1,12
1,34
рый в сочетании с культивироконтроль
4690
0,38
0,41
АД-3:
ванием пыльников в условиях
опыт
240
2,92
2,92
in vitro без других воздействий
контроль
507
0,99
0,99
Сорт Студент (стандарт):
может вызывать репрессию гаопыт
51
3,92
7,80
метофитных генов и переклюконтроль
326
0
0
чение на программыу спорофит0,08
0,09
НСР05
П р и м е ч а н и е. Состав среды культивирования см.
ного развития.
в разделе «Методика». Опыт — без холодового шока,
Итак, анализ частоты обконтроль — при холоовом воздействии.
разования андрогенетических
структур (каллусов и эмбриоидов) свидетельствует, что для индукции андрогенеза в культуре пыльников тритикале не требуется воздействия шоковыми температурами. Следовательно, существующая процедура культивирования пыльников может быть упрощена за счет исключения одного из
этапов — предварительного выдерживания пыльников при пониженных
положительных температурах.
Частота спорофитного развития микроспор в культуре пыльников у разных генотипов тритикале при воздействии и без
воздействия холодом
ЛИТЕРАТУРА
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
64
Д ь я ч у к Т.И. Технологические и селекционные аспекты гаплоидии (на примере
пшеницы и ячменя). Докт. дис. Саратов, 2003.
O u y an g J.W., H e D.G., F e n g G.H., J i a S.E. The response of anther culture to culture
temperature varies with growth conditions of anther-donor plants. Plant Sci., 1987, 49: 145-148.
С у х а н ов В.М. Андроклиния и ее особенности у пшеницы. Канд. дис. Саратов, 1983.
Р е з н и к о в а С.А. Цитология и физиология развивающегося пыльника. М., 1984.
C h e n Y. Anther and pollen culture of rice. In: Haploids in higher plants in vitro. Springer
Verlag Publishers, 1986: 3-25.
К р у г л о в а Н.Н., Б а т ы г и н а Т.Б., Г о р б у н о в а В.Ю., С е л ь д и м и р ов а О.А. Эмбриологические основы андроклинии пшеницы: атлас. М., 2005.
H e n r y Y., d e B u y s e r J. Wheat anther culture. In: Biotechnology in agriculture and
forestry (Wheat) /Y.P.S. Bajaj (ed.). Springer-Verlag, 1990: 283-326.
А л е к с а н д р о в а Л.Г., Л у к ь я н ю к С.Ф. Пыльниковая культура ячменя: эффективность, воспроизводимость. Мат. науч. конф. по с.-х. биотехнологии. Целиноград,
1991: 63-65.
X y n i a s I.N., Z a m a n i I.A., G o u l - V a v d i n o u d i E. Effect of cold pretreatment and incubation temperature on bread wheat (Triticum aestivum L.) anther culture. Cer.
Res. Com., 2001, 29: 331-338.
Т к а ч е н к о О.В. Культура тканей in vitro коротстебельной мягкой и твердой пшеницы. Автореф. канд. дис. Саратов, 2001.
П а у ш е в а З.П. Практикум по цитологии растений. М., 1970.
А н а п и я е в Б.Б. Экспериментальный морфогенез и биотехнология получения гаплоидов в культуре микроспор пшеницы. Автореф. докт. дис. М., 2001.
T o u r a e v A., I n d r i a n t o A., W r a t c h k o I., H e b e r l e - B o r s E. Efficient
microspore embryogenesis in wheat (Triticum aestivum L.) induced by starvation at high temperature. Sex Plant Reprod., 1996, 9: 209-215.
H o e k s t r a S., Z i j d e r v e l d M.H., H e i d e k a m p F., M a r k F. Microspore
culture of Hordeum vulgare L.: the influence of dencity and osmolality. Plant Cell Reprod.,
1993, 12: 661-665.
O g a w a T., F u k u o k a H., O h k a w a Y. Induction of cell division of isolated pollen
grains by sugar starvation in rice. Breed. Sci. Jpn., 1994, 44: 75-77.
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
16. H u T.C., Z i a u d d i n A., S i m i o n E., K a s h a K.J. Isolated microspore culture of
wheat (Triticum aestivum L.) in a defined media. 1. Effects of pretreatments, isolation methods
and hormones. In vitro Cell Dev. Biol. (Plant), 1995, 31: 79-83.
17. M e j z a S.J., M o r g a n t V., D i B o n a D., W o n g I.R. Plant regeneration from
isolated microspores of Triticum aestivum L. Plant Cell Rep., 1993, 12: 149-153.
18. H u a n g B. Wheat anther culture: effect of temperature. In: Biotechnology in agriculture and
forestry (Wheat). V. 13 /Y.P.S. Bajaj (ed.). Springer-Verlag, 1990: 403-415.
19. L i H.C., Q u r e s h h i J., K a r t h a K.K. The influence of different temperature treatments on anther culture response of spring wheat (Triticum aestivum L.). Plant Sci., 1988, 57:
55-61.
Поступила в редакцию
11 марта 2009 года
ГНУ НИИ сельского хозяйства
Юго-Востока Россельхозакадемии,
410010 г. Саратов, ул. Тулайкова, 7,
e-mail: raiser_saratov@mail.ru, cell_selection@list.ru
CYTOLOGICAL EVIDENCE OF SPOROPHYTE DEVELOPMENT OF
MICROSPORES IN CULTURE OF TRITICALE ANTHERS WITHOUT
COLD TREATMENT
T.I. D’yachuk, O.V. Khomyakova, T.O. Dugina
Summary
In the culture of anthers, obtained from donor hexa- and octaploid triticale plants and the
Students variety, by the cytological techniques the authors studied the development of microspores
without action on anthers by cold shock. It was revealed, that shock temperatures are not required
for an induction of androgenesis.
39 ЛЕТ В ПОЛИГРАФИИ
ТИПОГРАФИЯ
РОССЕЛЬХОЗАКАДЕМИИ
ТИПОГРАФИЯ ИМЕЕТ ШИРОКУЮ СПЕЦИАЛИЗАЦИЮ
И РАСПОЛАГАЕТ КОМПЛЕКСОМ ПОЛИГРАФИЧЕСКОГО
ОБОРУДОВАНИЯ, ПОЗВОЛЯЮЩИМ ИЗГОТАВЛИВАТЬ
ПРОДУКЦИЮ ВЫСОКОГО КАЧЕСТВА В ПРЕДЕЛЬНО СЖАТЫЕ СРОКИ
???????? ??????, ??????? ????????, ????? ? ?????????, ???????, ???????, ?????, ?????????????, ????????, ???????
??????????? ????? ?????????? ???????, ????????? ?????? (??
100 ???.), ?????? ????
?????????????????? ????????? ????? ? ?????????, ?????? ????????????? ????? ??????
Адрес офиса: 127434 Москва, Дмитровское ш., д. 11, офис 244 (станция метро «Тимирязевская»)
? (495) 976-35-78, (495) 976-21-12 (факс)
Адрес типографии (производство): 115598 Москва, ул. Ягодная, д. 12
? (495) 329-45-00, 329-45-11, 325-52-00
E-mail: typogragmail@mtu-net.ru
65
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ БИОЛОГИЯ, 2010, № 5
УДК 635.646:631.52:575.222.7:581.481:57.086.83
ПОЛУЧЕНИЕ МЕЖВИДОВЫХ ГИБРИДОВ БАКЛАЖАНА МЕТОДОМ
ЭМБРИОКУЛЬТУРЫ
В.М. ВЕРБА, М.И. МАМЕДОВ, О.Н. ПЫШНАЯ, Т.П. СУПРУНОВА,
Н.А. ШМЫКОВА
Проводили межвидовые реципрокные скрещивания между тремя видам баклажана Solanum melongena, S. aethiopicum и S. integrifolium. С использованием культуры зародышей in vitro
получили межвидовые гибриды следующих комбинаций: S. melongena Ѕ S. aethiopicum, S. melongena Ѕ S. integrifolium, S. aethiopicum Ѕ S. melongena, S. aethiopicum Ѕ S. integrifolium и S. integrifolium Ѕ S. melongena. Определена стадия развития зародыша, на которой он наиболее пригоден для изоляции, оптимизирован состав питательных сред для развития зародыша и укоренения проростков.
Ключевые слова: баклажан, межвидовая гибридизация, эмбриокультура.
Key words: eggplant, interspecific hybridization, embryo culture.
Межвидовая гибридизация имеет важное практическое значение как
прием расширения генетической изменчивости культурных растений, позволяющий получать большое разнообразие исходного материала для создания новых сортов и гибридов.
Вид Solanum aethiopicum L. может служить источником генов устойчивости к Fusarium oxysporum (1), F. solani (2), Phytophtora parasitica (3),
S. aethiopicum sp. Gilo — как источник устойчивости к грибу Phomopsis vexans (4). S. integrifolium использован при передаче устойчивости к стеблевому и цветочному долгоносику, вирусной мелколиственности и плодовой
гнили (6). Указывается на возможность переноса генов устойчивости к
двупятнистому паутинному клещу от S. macrocarpon (син. S. integrifolium)
к S. melongena (7). Отмечено, что S. aethiopicum и S. macrocarpon меньше
поражались бактериальным увяданием (5).
При межвидовых скрещиваниях трудности связаны с нескрещиваемостью исходных форм, стерильностью и нарушением формообразования у межвидовых гибридов. Так, S. aethiopicum и S. integrifolium при скрещивании с S. melongena проявляли несовместимость на постзиготическом
и постэмбриональном этапах (8).
Целью нашей работы было получение межвидовых гибридов баклажана с использованием метода эмбриокультуры.
Методика. Материалом для исследований служили селекционные и
коллекционные образцы баклажана из генофонда лаборатории селекции и
семеноводства пасленовых культур Всероссийского НИИ селекции и семеноводства овощных культур (ВНИИССОК) — S. melongena (линии ЛАлмаз и Л-Бриллиант), S. aethiopicum и S. integrifolium. Скрещивания проводили в теплице на растениях, выращиваемых по технологии малообъемной гидропоники, по полной диаллельной схеме.
Опыление с изоляцией опыленных цветков выполняли с 1000 до
1200. Плоды S. aethiopicum и S. integrifolium собирали на 20-е, 25-е, 30-е, 35-е,
40-е и 45-е сут после опыления (в зависимости от комбинации скрещивания и с учетом биологических особенностей развития зародышей исходных видов), S. melongena — на 20-е, 23-е, 27-е, 31-е, 35-е и 40-е сут. Семена, извлеченные из плодов, обеззараживали 50 % коммерческим препаратом «Белизна» (гипохлорит натрия) в течение 10 мин с последующим многократным промыванием стерильной дистиллированной водой.
66
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
Для культивирования зародышей использовали среду Мурасиге и
Скуга (МС) (9) с добавлением регуляторов роста — тидиазурона (ТДЗ)
(0,1 мг/л) и нафтилуксусной кислоты (НУК) (10 мг/л) (10, 11). Экспланты
культивировали в стеклянных сосудах объемом 100 мл с 20 мл агаризованной среды. Условия культивирования: освещенность — 1,5-2,0 тыс. лк, фотопериод — 14 ч, температура — 20-22 °С.
Проростки длиной 0,3-1,0 см (10-15-суточные) переносили для укоренения на агаризованную среду Мурасиге и Скуга с половинным содержанием основных компонентов (1/2 МС) без добавления регуляторов роста. После появления 1-й пары настоящих листьев и хорошо развитых корней (15-25-е сут) растения пересаживали из сосудов в торфяные горшочки
с почвосмесью под пластиковые стаканы с перфорациями.
Для определения оптимальных сроков изоляции гибридных зародышей изучали стадии развития зародышей родительских видов и гибридов, полученных с их участием. Учитывали следующие стадии развития:
глобулярный, сердечковидный и торпедовидный эмбриоид, почти сформированный и сформированный зародыш. В каждой гибридной комбинации измеряли 15-20 зародышей с помощью окуляр-микрометра стереомикроскопа (STEMI-SV8, «OPTON», Германия).
Наряду с морфологическим описанием выполняли тест на гибридность полученных межвидовых гибридов баклажана с помощью полимеразной цепной реакции (ПЦР) с использованием ISSR (inter simple sequence repeat — полиморфизм фрагментов ДНК, фланкированных микросателлитными последовательностями) и IRAP (inter retrotransposon amplified polymorphism — полиморфизм фрагментов ДНК, фланкированных инвертированными терминальными участками ретротранспозона) праймеров.
Тотальную ДНК родительских линий и гибридных растений баклажана выделяли из молодых листьев, как описано (12), с незначительными модификациями, а именно: растительные пробы растирали непосредственно в экстракционном буфере, после чего пробирки инкубировали в
термостате 20 мин при температуре 65 °С. Амплификацию ДНК проводили в реакционной смеси объемом 25 мкл, содержащей 1ЅTaq-буфер (50 %
глицерол, 20 мM Трис-HCl, pH 8,0, 100 мM KCl, 0,1 мM ЭДТА, 1мM 1,4дитио-DL-треитол, 0,5 % Твин 20) из соответствующего набора реагентов,
1,5 мМ MgCl2, 0,2 мМ каждого dNTP, 20 пмоль праймера, 0,2 ед. Taq-полимеразы (UAB «Fermentas», Литва) и 10-50 нг ДНК. Использовали термоциклер MyCycler («Bio-Rad», США) в следующем режиме: предварительная денатурация — 4 мин при 94 °С; денатурация — 40 с при 94 °С;
отжиг праймеров — 40 с при 50-62 °С (в зависимости от праймеров); синтез
ДНК — 1 мин при 72 °С, 30 циклов; заключительная элонгация — 10 мин
при 72 °С. Контролем служила ПЦР-смесь, не содержащая ДНК. Продукты амплификации разделяли электрофорезом в 1,5 % агарозном геле с
0,5ЅТВЕ-буфером (0,89 М Трис-HCl, 0,89 М борная кислота, 20 мМ ЭДТА, рН 7,5), окрашивали бромистым этидием; результаты фотодокументировали с помощью системы CN-1500 Darkroom («Vilber Lourmat», Франция). Для амплификации использовали восемь ISSR-праймеров и пять
IRAP-праймеров, синтезированных в ЗАО «Синтол» (Россия).
Стандартным вариационно-статистическим методом определяли
предельную ошибку выборочной средней с помощью программы Microsoft
Excel (13).
Результаты. Учитываемые стадии развития зародышей у всех трех
видов баклажана проходили в период с 20-х до 45-х сут с даты опыления
(рис. 1). Наиболее быстро зародыш формировался у вида S. aethiopicum,
67
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
медленно — у вида S. integrifolium (табл. 1).
1. Стадии развития зародышей у изученных видов рода Solanum L.
Время поДлина заросле опыледыша, мм
ния, сут
Вид
S. melongena
S. aethipicum
S. integrfolium
20-е
23-и
27-е
31-е
35-е
40-е
20-е
25-е
30-е
20-е
25-е
30-е
35-е
40-е
45-е
0,032±0,001
0,100±0,010
0,600±0,060
1,200±0,060
3,800±0,090
4,300±0,090
0,080±0,007
2,200±0,300
4,100±0,050
0,070±0,005
0,150±0,030
1,100±0,100
1,800±0,200
3,900±0,200
4,500±0,100
Стадия развития зародыша
Глобулярный эмбриоид
Сердечковидный эмбриоид
Торпедовидный эмбриоид
Торпедовидный эмбриоид
Почти сформированный зародыш
Сформированный зародыш
Глобулярный эмбриоид и сердечковидный эмбриоид
Торпедовидный эмбриоид/почти сформированный зародыш
Сформированный зародыш
Глобулярный эмбриоид
Сердечковидный эмбриоид
Торпедовидный эмбриоид
Торпедовидный эмбриоид
Почти сформированный зародыш
Сформированный зародыш
Наблюдение за развитием
зародышей in vitro у гибридов между S. melongena и дикими видами
показало, что стадия полностью
сформированного зародыша наступала несколько раньше, чем у материнского компонента S. melongena.
У гибрида S. melongena Ѕ S. aethiopicum зародыш полностью формировался на 35-е сут после опыления и достигал 4,4-4,5 мм в длину.
У гибрида S. melongena Ѕ S. integriРис. 1. Стадии развития зародышей у предстаfolium зародыш полностью формивителей рода Solanum L.: а — глобулярный эмбриоид, б — сердечковидный эмбриоид, в —
ровался на 40-е сут (так же, как у
торпедовидные эмбриоиды, г — почти сфорS. melongena) при длине 4,2-4,3 мм.
мированный зародыш, д — сформированный
В других гибридных комзародыш.
бинациях, где материнским компонентом служили дикие виды, развитие зародыша происходило в сроки, характерные для исходных материнских форм. Размеры зародышей также соответствовали их размерам у исходных видов.
2. Характер развития зародышей у межвидовых гибридов (Solanum melongena —
материнский компонент) через 14-28 сут после начала культивирования in
vitro на среде с разными регуляторами роста
Гибридная
комбинация
S. melongena (Л-Бриллиант) Ѕ S. integrifolium
Время после опыления, сут
25-е
30-е
35-е
40-е
20-е
25-е
30-е
68
Регулятор роста
ТДЗ (0,1 мг/л)
Посадка в зародышевых мешках,
развития нет
Ненормальные семядоли, толстый
главный корень без придаточных
Развитие нормальных побегов, адвентивные почки на гипокотиле
Развитие нормальных побегов, начало укоренения, адвентивные
почки на гипокотиле
Посадка в зародышевых мешках,
развития нет
Посадка в зародышевых мешках,
развития нет
Развитие нормальных побегов
НУК (10 мг/л)
Посадка в зародышевых мешках,
развития нет
Слабый белый каллус с зеленой
почкой в центре
Слабое развитие, разрастание белой
паренхимной ткани на гипокотиле
Белый и слабый зеленый каллус с
почками
Посадка в зародышевых мешках,
развития нет
Посадка в зародышевых мешках,
развития нет
Развитие побегов с корнями,
мощный белый каллус
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
Продолжение таблицы 2
Развитие нормальных побегов, на не- Белый каллус, ненормально разкоторых зеленый каллус с почками витые семядоли, побегов и корней
нет
S. melongena (Л-Ал25-е
Посадка в зародышевых мешках,
Посадка в зародышевых мешках,
маз) Ѕ S. integrifolium
развития нет
развития нет
30-е
Развитие побегов, ненормальные
Белый каллус со слабым зеленым
семядоли и мощный центральный побегом в центре
корень
35-е
Развитие побегов, адвентивные
Развитие слабого побега, разраспочки на гипокотиле
тание белой паренхимной ткани,
белый каллус
40-е
Развитие нормальных побегов, на- Белый каллус с почками
чало укоренения, адвентивные
почки на гипокотиле
S. melongena (Л-Ал20-е
Посадка в зародышевых мешках,
Посадка в зародышевых мешках,
маз) Ѕ S. aethiopicum
развития нет
развития нет
25-е
Посадка в зародышевых мешках,
Посадка в зародышевых мешках,
развития нет
развития нет
30-е
Развитие нормальных побегов
Белый каллус, ненормально развитые листовые розетки без гипокотиля
35-е
Развитие нормальных побегов
Белый каллус, слабые ненормально развитые листовые розетки
П р и м е ч а н и е. TДЗ — тидиазурон, НУК — нафтилуксусная кислота.
35-е
У всех трех видов зародыши лучше развивались на среде МС + ТДЗ
(0,1 мг/л). В полноценные растения с нормально развитыми семядолями
и корневой системой развивались 30-40-суточные зародыши. На среде
МС + НУК (10 мг/л) зародыши, как правило, формировали белый рыхлый
каллус с ненормально развитыми семядолями без стебля и с сильной корневой системой (либо, наоборот, она отсутствовала). Из таких зародышей
не формировались нормальные растения.
Характер развития заА
родышей у всех гибридных комбинаций и исходных видов был
схож (табл. 2, рис. 2, А). На
среде с НУК (10 мг/л) 30- и 35суточные зародыши образовывали белый рыхлый каллус с ненормальными семядолями, без
корней (рис. 2, Б).
В комбинации S. melongena Ѕ S. integrifolium зародыши
развивались в нормальные расБ
тения только с 35-суточного
возраста на среде МС с ТДЗ
(0,1 мг/л). Учет выживаемости
на этой среде показал, что у
30-40-суточных зародышей (торпедовидный эмбриоид—полностью сформировавшийся зародыш) показатель составил в среднем 86,4 %, у 20-25-суточных
(глобулярный эмбриоид—торпедовидный зародыш) — только
Рис. 2. Развитие зародышей (возраст 35 сут) гибри7,9 %. Исключение составила
да Solanum melongena (Л-Бриллиант) Ї S. aethiopicum
комбинация S. melongena (Лчерез 7-14 сут после пересадки на индукционную среБриллиант) Ѕ S. aethiopicum (35
ду: А — среда МС + тидиазурон (0,1 мг/л), Б —
сут), в которой из зародышей
среда МС + нафтилуксусная кислота (10 мг/л).
69
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
развивались сильные побеги и корни, а также белый каллус.
В среднем доля укоренившихся и пригодных к пересадке в почву растений для зародышей, перенесенных со среды с добавлением ТДЗ (0,1 мг/л)
и НУК (10 мг/л), составила соответственно 69,0 и 9,6 %. Частота укоренения у зародышей в возрасте 35 сут и более в большинстве комбинаций превышала 80,0 %.
Наиболее информативными из протестированных оказались ISSRпраймер (CAG)5 и IRAP-праймер AACGAGGGGTTCGAGGCC, с которыми
амплифицировалось наибольшее число полиморфных фрагментов ДНК. Эти
праймеры были использованы для изучения чистоты гибридности растений,
полученных при межвидовых скрещиваниях. В спектрах амплифицированных ISSR- и IRAP-фрагментов индивидуальных растений F1 присутствовали как отцовские, так и материнские компоненты (рис. 3). Результаты
молекулярного анализа трех гибридных комбинаций подтвердили гибридную природу всех индивидуальных растений F1, полученных с использованием метода эмбриокультуры in vitrо.
Рис. 3. Электрофореграмма продуктов ПЦР-амплификации с помощью ISSR (А и Б) и IRAP (В)
праймеров у трех родительских форм баклажана — Solanum integrifolium (1), S. melongena (ЛАлмаз) (2), S. aethiopicum (3) и их межвидовых гибридов F1, полученных с использованием метода эмбриокультуры in vitrо. М — маркер молекулярных масс (GeneRuler, 100 bp DNA Ladder,
UAB «Fermentas», Литва).
Таким образом, зародыши видов Solanum melongena, S. aethiopicum и
S. integrifolium проходят основные стадии развития (от глобулярного эмбриоида до полностью сформировавшегося зародыша) за период от 20-х до
45-х сут после опыления цветка материнского растения. Быстрее, чем у других изученных видов, развивается зародыш у S. aethiopicum, медленнее — у
S. integrifolium. Для изоляции наиболее пригодны хорошо развитые торпедовидные зародыши (> 2 мм) на более поздних стадиях развития (30-45-е
сут). Оптимальная индукционная среда для развития зародышей на первом
этапе — среда Мурасиге и Скуга с добавлением тидиазурона (0,1 мг/л), на
которой период развития зародыша не должен превышать 7-14 сут. Для
укоренения развившихся побегов подходит среда Мурасиге и Скуга с половинным количеством основных компонентов без добавления регуляторов роста. В этих условиях в короткие сроки были получены гибридные
формы в следующих комбинациях скрещивания: S. melongena Ѕ S. aethiopicum, S. melongena Ѕ S. integrifolium, S. aethiopicum Ѕ S. melongena, S. aethiopicum Ѕ S. integrifolium и S. integrifolium Ѕ S. melongena.
ЛИТЕРАТУРА
1.
70
Y a m a k a w a K., M o c h i z u k i H. Nature and inheritance of Fusarium wilt resistance
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
in eggplant cultivars and related wild Solanum species. Bull. Veg. Orn. Crops Res. Stn,
1979, 6: 19-27.
D a u n a y M.C., L e s t e r R.N., L a t e r r o t H. The use of wild species for the genetic
improvement of Brinjal eggplant (Solanum melongena) and tomato (Lycopersicon esculentum). In:
Solanaceae III: taxonomy, chemistry, evolution /J.C. Hawkes, R.N. Lester, M. Nee, N. Estrada
(eds.) /Royal Botanic Gardens Kew and Linnean Soc., London, 1991, 27: 389-413.
B e y r i e s A., L e f o r t L., B o u d o n J. Contribution а la recherche du йpйrissement
de l’aubergine (Solanum melongena L.) aux Antilles franзaises. I. Etude de la virulence d’isolats
de Phytophtora nicotianae var. parasitica (Dastur.) artificielle. Stn. Pathologie vйgйtale, INRAENSA. Montpellier, France, 1984.
K a l d a T.S., S w a r u p V., C h o u d h u r y B. Resistance to Phomosis blight in eggplant. Veg. Sci., 1977, 4: 90-101.
M o n m a S., S a t o T., M a t s u n a g a T. Evaluation of resistance to bacterial fusarium
and verticillium wilt in eggplant and eggplant-related species collected in Ghana. Caps. and
Egg. Newslett., 1996, 15: 71-72.
R a o G., B a k s h S. Relationship between Solanum melongena L. and Solanum integrifolium
Poir. Indian J. Genet. Plant Breed, 1981, 41(1): 46-53.
S c h a f f D.A., J e l e n k o v i c G., B o y e r C.D., P o l l a c k B.L. Hybridization
and fertility of hybrid derivatives of Solarium melongena L. and Solanum macrocarpon L.
Theor. Appl. Genet., 1982, 62(2): 149-153.
Б у х а р о в А.Ф., Б у х а р о в а А.Р Генетический потенциал диких сородичей баклажана и перспективы вовлечения их в селекционный процесс. В сб.: Селекция и семеноводство овощных культур в XXI веке. Т. I. М., 2000: 146-148.
M u r a s h i g e T., S k o o g F.A. A revised medium for rapid growth and bioassays with tobacco tissue culture. Phys. Plant, 1962, 15: 473-497.
R o t i n o G.L., F a l a v i g n a A., F i u m e F., N e r v o G., R e s ta i n o F. Possibility of eggplant (Solanum melongena L.) improvement through in vitro techniques. Genet.
Agraria, 1987, 41: 314-315.
M a r i a n i P. Eggplant somatic embryogenesis combined with synthetic seed technology.
Capsicum Newslett., 1992, 289-294.
E d w a r d s S.K., J o h n s t o n e C., T h o m p s o n C. A simple and rapid method for
the preparation of plant genomic DNA for PCR analyses. Nuc. Acids Res., 1991, 19(6): 1349.
Д о с п е х о в Б.А. Методика полевого опыта. М., 1985.
ГНУ Всероссийский НИИ селекции и семеноводства
овощных культур Россельхозакадемии,
Поступила в редакцию
12 мая 2010 года
143080 Московская обл., п/о Лесной городок, пос. ВНИИССОК,
ул. Селекционная, 14,
e-mail: vniissok@mail.ru
ISOLATION OF EGGPLANT INTERSPECIFIC HYBRIDS BY THE
METHOD OF EMBRYO CULTURE
V.M. Verba, M.I. Mamedov, O.N. Pyshnaya, T.N. Suprunova, N.A. Shmykova
Summary
The authors made interspecific reciprocal crossings between three species of eggplant: Solanum melongena, S. aethiopicum and S. integrifolium. By the using of embryo culture in vitro the authors obtained the interspecific hybrids of following combinations: S. melongena Ѕ S. aethiopicum, S. melongena Ѕ S. integrifolium, S. aethiopicum Ѕ S. melongena, S. aethiopicum Ѕ S. integrifolium и S. integrifolium Ѕ S. melongena. The stage of embryonic development, optimal for isolation,
was determined, the composition of nutrient media for embryo development and rootage of seedlings
was optimized.
Новые книги
Б е л о з е р с к и й Г.Н. Радиационная экология. М.: изд-во «Академия», 2008, 384 с.
Изложены теоретические положения, необходимые для анализа экологических последствий работы ядерных реакторов
атомных электростанций, функционирования ядерного топливного цикла, последствий
испытания ядерного оружия и накопления
радиоактивных отходов. Приведен анализ
экологических последствий некоторых радиационных аварий. Даны современные представления о рисках (экологическом и радиационном), о коэффициентах риска и ущербе
от различных видов деятельности. Рассмотрены научные основы оценки воздействия
поллютантов на биоту, необходимые для решения экологических задач в случае загрязнения биоты радионуклидами.
71
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ БИОЛОГИЯ, 2010, № 5
Генетика, селекция, семеноводство
УДК 633.18:575.222.78:631.52/.524
НАСЛЕДОВАНИЕ ПРИЗНАКОВ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИХ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЙ
БАЗИС ГЕТЕРОЗИСА У ГИБРИДОВ РИСА*
Ю.К. ГОНЧАРОВА
На шести сортах риса и 30 гибридных комбинациях изучали наследование признаков
(скорость роста зародышевого корня и стебля, продолжительность периода фотосинтетической
активности листовой поверхности, отзывчивость на уровень минерального питания, содержание
хлорофилла а, b и каротиноидов), определяющих физиологический базис гетерозиса у гибридов.
Показано, что результирующее проявление признака обусловлено как межгенными, так и внутрилокусными взаимодействиями, но основную роль играют аддитивные эффекты генов. Выявлен
полигенный характер наследования и ненаправленное доминирование по изученным признакам.
Для скорости роста зародышевого стебля отмечено сверхдоминирование, для остальных признаков — неполное доминирование большего значения показателей. Доминирование большинства
признаков, повышающих адаптивность, позволяет получать комплекс благоприятных генов уже
в F1 .
Ключевые слова: гетерозисные гибриды, скорость роста, содержание хлорофилла, каротиноиды, продолжительность фотосинтетической деятельности, отзывчивость, минеральное питание, наследование.
Key words: heterozis hybrid, speed of growth, chlorophyll content, carotenoids, duration of
photosynthetic activity, response, mineral nutritiou, inheritance.
Применение гетерозисных гибридов позволило значительно увеличить урожайность многих культур, причем потенциал таких гибридов растет по мере создания более урожайных сортов традиционной селекции. Так,
супергибриды риса, полученные в последние годы в Китае, превосходят более ранние на 15-20 % и имеют потенциал продуктивности 12-15 т/га (1).
Вопрос о физиологическом базисе гетерозиса до сих пор дискутируется,
но многие морфологические и физиологические признаки, ответственные
за его проявление, известны. Эффект гетерозиса у кукурузы наблюдается
уже на самых ранних этапах развития: усиление экспрессии генов у гибридов
по сравнению с показателями у родительских форм отмечено сразу после
оплодотворения, а на 6-е сут гибридный эмбрион уже превосходит по
размерам негибридные (2, 3). Более высокий уровень экспрессии был характерен для 15,3 % генов из 13 999 исследованных, у 8,7 % генов он более чем в 2 раза превышал таковой у родительских форм (4). Примерно
для 4 % генов, экспрессирующихся в корнях, листьях и метелках, уровень
экспрессии у гибридов и родительских форм неодинаков (5).
Анализ функций генов с повышенной экспрессией показал, что в
основном это гены, вовлеченные в регуляцию транскрипции или инициацию репликации, синтез белка и РНК, деление клеток (6). Изучение размера клеток у гибридов и родительских форм выявило отсутствие достоверных различий, следовательно, увеличение гибридных эмбрионов обусловлено ускоренным делением клеток (7). При благоприятных условиях
выращивания гетерозис связывают с дополнительным накоплением биомассы в расчете на единицу площади и более высоким индексом урожая,
чем у сортов традиционной селекции (8). Например, у арабидопсиса в 4-й
хромосоме локализован кластер из 23 генов, доминирование, сверхдоминирование или аддитивное действие которых в разные фазы развития оп*
Работа поддержана грантом РФФИ № 09-04-96597.
72
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
ределяет гетерозис по биомассе (сухой массе побегов) (9). Во многих работах гетерозисный эффект объясняется лучшей реутилизацией углеводов из
стебля в фазу налива зерна. В странах с умеренным климатом его связывают с высокой скоростью роста и продуктивным кущением, приводящим
к повышению индекса листовой поверхности в более ранние сроки (10). У
гетерозисных гибридов, как правило, меньше удельная плотность поверхности листа и тоньше листовые пластины (11). Гибриды лучше выращивать на среднем и высоком фоне минерального питания, где и урожай, и
гетерозис выше. В частности, при внесении минерального азота в количестве более 120 кг/га при средней урожайности 6,5 т/га стандартный гетерозис составил 25,3 %, прибавка урожая — 1,4 т/га, менее 120 кг/га — соответственно 5,2 т/га, 13,0 % и 0,5 т/га. Экономический эффект от выращивания гибридов также возрастает при высоких дозах азота (до 180 кг/га).
Следует отметить, что у гибридов урожайность выше, чем у сортов,
как на высоком, так и на низком фоне минерального питания, однако на
высоких фонах прибавка урожая у них значительно выше. Гетерозисный
эффект увеличивается при оптимизации сроков и доз внесения удобрений.
Так, применение азота в фазу цветения улучшало налив зерна, а дробное
внесение (вместо 100 кг/га однократно 60 кг/га до посева и 40 кг/га в середине фазы кущения) увеличивало стандартный гетерозис на 11,0 %, тогда
как для сортов традиционной селекции достоверные различия не зафиксированы. Снижение дозы азота с 200 до 125 кг/га уменьшало урожай у гибрида — на 13, у сорта — только на 5 % (12).
Гетерозис проявляется уже на ранних стадиях развития в виде повышенной скорости мобилизации и превращения запасных веществ — как
правило, метаболические процессы протекают у гетерозисных гибридов интенсивнее. У Vicia faba L. из 5500 изученных локусов около 9 % показывали изменение экспрессии у гетерозисных гибридов, среди них гены, вовлеченные в контроль метаболизма углерода и азота, устойчивости к стрессам, скорости деления клеток, гормональную регуляцию, проявление митохондриальной активности (13). Быстрое развитие корневой системы у
гибридов обеспечивает им преимущество перед сортами по интенсивности
поглощения минеральных веществ, скорости формирования фотосинтетического аппарата. У гетерозисных гибридов кукурузы, как правило, больше
число, длина и степень разветвленности зародышевых корешков (14). Показана тесная взаимосвязь морфологических признаков, характеризующих длину и массу корней и стеблей, эффективность фотосинтеза и использования
удобрений, с продуктивностью растений (15-16).
Цель представляемой работы — изучение наследования признаков,
определяющих скорость роста проростков риса, эффективность фотосинтеза и использования удобрений.
Методика. Объектами исследования служили шесть сортов риса
(Хазар, Нарцисс, Фонтан, ВНИИР 7718, ВНИИР 7887, Лиман) и 30 комбинаций, полученных при гибридизации перечисленных сортов по полной
диаллельной схеме. Скорость роста стебля и корня учитывали у 5-суточных проростков, выращенных в термостате при 29 °C. Содержание хлорофилла а, b и каротиноидов в фазу цветения определяли с помощью спектрофотометра Genesys 8 («Minoltra», Япония) после экстракции растворителями, количество пигментов в листьях растений — в этаноловой вытяжке из высечек из средней части 2-х верхних листьев (пробочное сверло
диаметром 0,5 см; 20 растений образца), используя формулу Лихтенталера.
Оценку продолжительности фотосинтетической деятельности листьев проводили в фазу цветения по ярусам. Это позволяет количественно охарак73
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
теризовать состояние листьев в период от начала усыхания до отмирания.
Состояние листьев оценивали по шкале: 100 % — лист зеленый, признаков
усыхания нет; 75 % — пожелтевшие участки составляют не более 25 % площади поверхности; 50 % — лист пожелтел примерно наполовину; 25 % —
зеленая окраска сохраняется не более чем на 1/4 площади поверхности листа и 0 % — лист усох полностью.
Оценку образцов по продуктивности и отзывчивости на уровень минерального питания проводили при выращивании растений в сосудах (по
10 растений на сосуд и 20 — на вариант опыта в двух повторностях) на
среднем (N120P60K60) и высоком (N240P120K120) фонах удобрений.
Результаты, полученные в скрещиваниях, обрабатывали методом
диаллельного анализа по Хейману (17): по каждому признаку составляли
диаллельные таблицы данных и строили графики Хеймана, позволяющие
описать генетику наследования изучаемого признака, а также выделить
сорта-доноры.
Результаты. На графике Хеймана парабола Wri = Vri ЅVp, где Wri —
ковариация между значениями признака у гибридов и их родительских
форм, Vri — дисперсия значений признака у гибридов, Vp — дисперсия
значений признака у родительских образцов, имеет очень важный биологический смысл: она пересекает линию регрессии (Vr, Wr) в точках, в которых находились бы родители, если бы они несли все доминантные или
все рецессивные гены. В случае направленного доминирования эти точки
показывают, насколько отбор позволяет сдвинуть значение показателя относительно величины, регистрируемой у родителя. Если родитель несет
много доминантных генов, варианса будет небольшой, и такой сорт окажется на линии регрессии близко к началу координат. Сорт со многими
рецессивными генами смещается по линии регрессии вправо вверх, так
как его потомство при скрещивании с сортами, богатыми доминантными
генами, имеет большую вариансу. Расположение точек сортов компактной
группой в средней области линии регрессии далеко от точек ее пересечения с параболой при направленном доминировании указывает на то, что
Графики Хеймана, построенные по данным диаллельного анализа наследования признаков скорость роста колеоптиля (А) и продолжительность фотосинтетической деятельности листьев (Б)
у сортов риса: Vr и Wr — соответственно варианса и коварианса; а, б, в, г, д, е — соответственно сорта ВНИИР 7718, Лиман, Хазар, Нарцисс, Фонтан, ВНИИР 7887, ж, з, и, к, л —
Хазар, ВНИИР 7718, Лиман, Фонтан, ВНИИР 7887, Нарцисс; 1 — Wri = Vri Ѕ Vp, где Wri —
ковариация между значениями признака у гибридов и их родительских форм, Vri и Vp —
дисперсия значений признака соответственно у гибридов и у родительских образцов; 2 —
линия регрессии (Vr, Wr).
отбором из такой популяции можно создать генотип, обладающий всеми
доминантными генами. Параметр r[(Wr + Vr)i; xi], характеризующий корре74
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
ляцию между средними значениями для признака у родителей и суммой
(Wr + Vr), показывает направление доминирования.
Определение скорости роста зародышевого корня и зародышевого стебля выявило полигенный характер наследования этих признаков.
Корреляция между средним значением показателей у родителей и суммой
Vr (дисперсия) + Wr (коварианса) была низкой, что свидетельствует о ненаправленном доминировании, следовательно, в популяции есть как доминантные, так и рецессивные гены, усиливающие проявление признаков.
Оценка среднего направления доминирования показала, что оно в популяции ориентировано в сторону увеличения проявления признаков. По скорости роста зародышевого корня обнаружили неполное доминирование
большего значения показателя. Расположение линии регрессии на графике Хеймана (рис., А) указывало на сверхдоминирование большего значения по признаку скорость роста зародышевого стебля. Влияние межлокусного взаимодействия (комплементарный эпистаз) оказалось характерно для
наследования обоих признаков, но в отношении скорости роста зародышевого стебля было значительно слабее. В популяции генетическая дисперсия по этому признаку в основном обусловлена аддитивным действием
генов. Высокая корреляция между числом зерен в метелке и скоростью
роста зародышевого корешка (r = 0,98), а также между числом зерен в метелке и скоростью роста зародышевого стебля (r = 0,99) позволяет рекомендовать отбор гибридных комбинаций с высокой скоростью роста на
ранних стадиях развития как метод селекции на урожайность. В связи с
высокой наследуемостью (87-90 %) признаков, определяющих скорость роста
проростка на начальных этапах развития, рекомендуется проводить отбор
по этим признакам при создании исходного материала.
Гетерозисные гибриды характеризуются повышенными показателями фотосинтеза в период налива зерна, в связи с чем важнейшее значение для селекции высокопродуктивных сортов и гибридов имеет изучение
продолжительности сохранения фотосинтетической активности у листьев
(18). Как оказалось, контроль этого признака осуществляется полигенами.
В популяции доминирование по признаку при наследовании было направленно в сторону увеличения показателя при низкой корреляции между его
средним значением у родителей и суммой Vr (дисперсия) + Wr (коварианса) — r [(Wr + Vr)i; xi] = 0,16, что указывает на ненаправленное доминирование, следовательно, и по этому признаку в популяции есть как доминантные, так и рецессивные гены, контролирующие повышение степени
его проявления. Доминирование в популяции направлено в сторону усиления экспрессии признака, а расположение линии регрессии на графике
Хеймана (см. рис., Б) соответствует неполному доминированию большей
продолжительности периода фотосинтетической активности листьев и отражает значительное влияние межлокусного взаимодействия (комплементарный эпистаз). У сортов Хазар, ВНИИР 7718 и Лиман имеется больше
доминантных генов, детерминирующих этот признак. Общая комбинационная способность по признаку наибольшая у сортов Фонтан и ВНИИР
7887, специфическая комбинационная способность — в комбинациях ВНИИР 7718/Нарцисс, Нарцисс/Фонтан, Фонтан/Нарцисс. Сорта Фонтан, ВНИИР 7887 и Нарцисс несут в основном рецессивные гены, увеличивающие
фотосинтетический потенциал листовой поверхности, и могут быть использованы в соответствующих селекционных программах.
Как известно, на низком фоне минерального питания сортовые различия по урожайности минимальны, поскольку недостаток азота служит
лимитирующим фактором. На повышенном и высоком фонах сорта раз75
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
личались по коэффициенту хозяйственной эффективности фотосинтеза —
интегральному показателю донорно-акцепторных отношений у растений,
имеющему высокую корреляцию с их продуктивностью и отзывчивостью
на внесение азота. Для гибридов была характерна большая отзывчивость
на применение удобрений, поскольку во всех изученных комбинациях отмечалось увеличение гетерозиса на высоком фоне минерального питания.
Так, на среднем фоне гетерозис по числу колосков в метелке составил: в
гибридной комбинации Серпантин/Белозерный — 43,0; Курчанка/Лиман —
32,3; ВНИИР 100999/ВНИИР 10132 — 21,7; Первоцвет/Регул — 21,8; Лидер/Белозерный — 17,7; Хазар/Краснодарский 424 — 14,8 и Кубань /Нарцисс —
13,6 %. На высоком фоне значения оказались выше: Серпантин/Белозерный — 72,4; Курчанка/Лиман — 75,2; Первоцвет/Регул — 53,2; Лидер/Белозерный — 23,2; Хазар/Краснодарский 424 — 45,6 и Кубань/Нарцисс — 64,3 %. Наибольшее преимущество гибридов над сортами по отзывчивости на уровень минерального питания отмечали на стадии созревания.
Большинство гибридов демонстрируют гетерозис по количеству и продолжительности потребления азота после цветения (19).
По содержанию хлорофилла можно судить о степени развития фотосинтетического аппарата и физиологическом состоянии растений, об
ассимиляционной деятельности и вкладе ассимилирующих органов в формирование урожая, о потенциале его формирования и возможности накапливать урожай (20-22). По заключению А.А. Ничипоровича (23), повышенное содержание хлорофилла создает пул, который может быть использован в условиях, более благоприятных для фотосинтеза, чем те, при которых фотосинтетический аппарат формировался изначально. По нашему
мнению, повышение содержание хлорофилла — один из компенсационных механизмов, обеспечивающих гомеостатичность при воздействии стрессовых факторов. Изучение содержания хлорофилла a, b и каротиноидов
также выявило полигенный характер наследования этих признаков. В популяции существуют как доминантные, так и рецессивные гены, обусловливающие увеличение количества указанных пигментов. Доминирование в
популяции было направлено в сторону большего проявления признаков.
Отмечались внутрилокусные взаимодействия (неполное доминирование
большего показателя) и значительное влияние межлокусного взаимодействия (комплементарный эпистаз). Высокую корреляционную связь выявили
между признаками содержание хлорофилла а и хлорофилла b (r = 0,91),
хлорофилла b и каротиноидов (r = 0,81), хлорофилла а и каротиноидов
(r = 0,95), что позволяет при широкомасштабных исследованиях использовать для отбора образцов с повышенным содержанием пигментов Chlorofhyll meter SPAD-502 («Minoltra», Япония) (прибор измеряет общее содержание хлорофилла без повреждения листа).
Высокая продуктивность, или гетерозис, при скрещивании проявляется в результате интеграции в одном генотипе большого числа благоприятных генов, повышающих жизнеспособность, а также нивелирования
эффекта летальных аллелей и полулеталей за счет их перехода в гетерозиготное состояние у гибридов F1. Гетерозис не относится к особым в генетическом отношении событиям и представляет собой высшую ступень жизнеспособности. Наибольшая жизнеспособность свойственна гибридам с мощным адаптивным гетерозисом, у которых благодаря достаточно полной
реализации генотипа уменьшается вариабельность индивидуумов по количественным признакам и повышаются средние показатели в целом по каждому гибриду (24).
Таким образом, при изучении характера наследования ряда призна76
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
ков, определяющих физиологический базис гетерозиса у гибридов риса, показано, что их результирующее проявление обусловлено как межгенными,
так и внутрилокусными взаимодействиями, но основную роль играют
аддитивные эффекты генов. Выявлен полигенный характер наследования
и ненаправленное доминирование по всем изученным признакам. Для
скорости роста зародышевого стебля отмечено сверхдоминирование, для
остальных признаков — неполное доминирование большего значения показателей. Основным направлением селекции риса должна стать разработка методов, позволяющих минимизировать число летальных генов, а также
объединить большое число положительных генов в одном генотипе. В этой
связи следует отметить, что доминирование большинства признаков, повышающих адаптивность, позволяет получать комплекс благоприятных генов уже в F1.
ЛИТЕРАТУРА
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
Y u a n L.P. The second generation of hybrid rice in China. Sustainable rice production for food security. Proc. of the 20th Session of the International Rice Commission. Beijing, 2003: 117-121.
M e y e r R.C, T o r j e k O., B e c h e r M., A l t m a n n T. Heterosis of biomass production in Arabidopsis. Establishment during early development. Plant Physiol., 2004, 134:
1813-1823.
H o e c k e r N., K e l l e r B., P i e p h o H.P., H o c h h o l d i n g e r F. Manifestation of hete-rosis during early maize (Zea mays L.) root development. Theor. Appl. Genet., 2005,
12: 421-429.
M e y e r S., S c h o l t e n S. Equivalent parental contribution to early plant zygotic development. Current Biology, 2007, 17: 1686-1691.
B a o J., L e e S., C h e n C., Z h a n g X., Y u C., H u S. Serial analysis of gene
expression study of a hybrid rice strain (LYP9) and its parental cultivars. Plant Physiol., 2005,
138: 1216-1231.
M e y e r S., P o s p i s i l H., S c h o l t e n S., M e l c h i n g e r A., S e l b i g J.
Heterosis associated gene expression in maize embryos 6 days after fertilization exhibits additive,
dominant and overdominant pattern. Trends Biochem. Sci., 2007, 20: 56-59.
S c h o l t e n S., L о r z H., K r a n z E. Paternal mRNA and protein synthesis coincides
with male chromatin decondensation in maize zygotes. Plant J., 2002, 32: 221-231.
A k i t a S. Physiological bases of heterosis in rice. Proc. the Int. Symp. on hybrid rice. Los
Banos (Philippines), 1988: 67-77.
A l t m a n n T., E b e r t B., K u s t e r e r B., J a n L., R i e w e D., S c h m i d t R.,
S t e i n f a t h M. Molecular and genetic analysis of biomass-heterosis in Arabidopsis thaliana.
Proc. Int. Conf. on heterosis in plant «Genetic and molecular causis and optimal exploitation in
breeding». Stuttgart, 2009: 29.
A k i t a S., B l a n c o L.C., K a t a y a m a K. Physiological mechanism of heterosis in
seedling growth of indica F1 rice hybrids. Jpn. J. Crop Sci., 1990, 59(31): 548-556.
Y a m a u c h i M., Y o s h i d a S. Heterosis in net photosynthetic rate, leaf area, tillering, and some physiological characters of 35 F1 rice hybrids. J. Exp. Bot., 1985, 36(163):
274-278.
P e n g S., Y a n g J., L a s a R.S., S a n i c o A.L., V i s p e r a s R.M., S o n T.T.
Physiological bases of heterosis and crop management strategies for hybrid rice in the tropics.
Hybrid rice for food security, poverty alleviation, and environmental protection. Proc. Int.
Conf. Hanoi, 2003: 153-173.
M e i t z e l T., R a d c h u k R., L i n k W., W e b e r H. Molecular physiology and
genetics of seed heterosis in the model Vicia faba L. Proc. Int. Conf. on heterosis in plant «Genetic and molecular causis and optimal exploitation in breeding». Stuttgart, 2009: 32.
P a s c h o l d A., M a r c o n C., H o e c k e r N., H o c h h o l d i n g e r F. Molecular
dissection of heterosis manifestation in maize roots. Proc. Int. Conf. on heterosis in plant «Genetic and molecular causis and optimal exploitation in breeding». Stuttgart, 2009: 30.
K a b a k i N. Growth and yield of japonica-indica hybid rice. Jpn. Agric. Res. Q., 1993, 27: 88-94.
Г о с т и м с к и й С.А., Р ы б ц о в С.А., Е ж о в а Т.А. О возможности получения
гетерозисных форм гороха. С.-х. биол., 1992, 1: 64-71.
Д р а г а в ц е в В.А., Ц и л ь к е Р.А., Р е й т е р Б.Г. и др. Генетика признаков продуктивности яровых пшениц в Западной Сибири. Новосибирск, 1984: 230.
А б д у л л а е в Х.А., К а р и м о в Х.Х. Индексы фотосинтеза в селекции хлопчатника. Душанбе, 2001.
P e n g S. Single-leaf and canopy photosynthesis of rice. In: Redesigning rice photosynthesis to
77
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
increase yield. Philippines, 2000: 213-228.
20. Т у р Н.С., К о л е с н и к о в Г.П., Б р у с А.Г. Фотосинтетическая продуктивность
сортов риса в условиях засоления. Бюл. НТИ ВНИИ риса (Краснодар), 1980, 28: 20-25.
21. К у р б а н б а е в А.А. Формирование листовой поверхности растений сортов различной скороспелости. Бюл. НТИ ВНИИ риса (Краснодар),1986, 35:11-13.
22. Н и ч и п о р о в и ч А.А. Хлорофилл и фотосинтетическая продуктивность растений. В
сб.: Хлорофилл. Минск, 1974: 49-62.
23. П о р о х н я А.Д. Сравнительная характеристика сортов риса по содержанию пигментов и связь фотосинтетической активности с урожаем. Бюл. НТИ ВНИИ риса
(Краснодар), 1978, 24: 31-34.
24. С т р у н н и к о в В.А., С т р у н н и к о в а Л.В. Природа гетерозиса, методы его
повышения и закрепления в последующих поколениях без гибридизации. Изв. АН. Серия биологическая, 2000, 6: 679-687.
ГНУ Всероссийский НИИ риса Россельхозакадемии,
350921 г. Краснодар, п/о Белозерное,
e-mail: serggontchar@mail.ru
Поступила в редакцию
14 декабря 2009 года
INHERITANCE OF DETERMINANTS SPECIFIC FOR PHYSIOLOGICAL
HETEROSIS BASIS IN RICE HYBRIDS
Yu.K. Goncharova
Summary
The inheritance of determinants (growth speed of radical and stem, duration of leaf area
photosynthetic activity, sensitiveness to level of mineral nutrition, content of a, b chlorophylls and
carotenoids) specific for physiological heterosis basis in hybrids was investigated in six rice varieties
and 30 hybrid combinations. It was shown, that resulting determinant manifestation is determined
both intergenic and intraloci interaction, but the main role belongs to additive gene effects. The polygenic character of inheritance and nondirectional domination among studied determinants were
revealed. The superdominance is specific for stem growth speed, but the incomplete domination of
major portion of parameters — for other determinants. The domination of majority parameters increased the adaptability permits to obtain the complex of useful genes already in F1.
Научные собрания
ИТОГИ XI МОСКОВСКОЙ МЕЖДУНАРОДНОЙ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКОЙ
КОНФЕРЕНЦИИ «БИОТЕХНОЛОГИЯ: ЭКОЛОГИЯ КРУПНЫХ ГОРОДОВ»
Прошедшая 15-17 марта 2010 года конференция стала значимым международным
форумом, в котором обсуждались актуальные проблемы в сфере охраны окружающей среды,
относящейся к мегаполисам, и были сформированы рекомендации по совершенствованию
экологической политики. В работе конференции приняли участие представители государственных органов законодательной и исполнительной власти Российской Федерации, Москвы,
других городов России, мирового сообщества, представители бизнеса, общественных экологических организаций, авторитетные ученые и эксперты.
Было отмечено, что экологические проблемы, связанные с образованием, обезвреживанием и переработкой отходов производства и потребления, актуальны для всех крупных
городов мира. В последние годы проблемы оздоровления окружающей среды, экологической
безопасности мегаполисов и крупных городов неоднократно поднимались на самом высоком
уровне. Создание эффективного сектора экономики в виде конкурентоспособного экологического бизнеса в сфере разрабоки и внедрения инновационных технологий (в том числе биотехнологий) остается насущной необходимостью. Решение экологических проблем крупных
городов невозможно без разработки и внедрения новых инновационных технологий на основе биологических процессов (очистка воды, воздуха и почв мегаполисов, защита городских
ландшафтов, биопереработка отходов бытового, растительного и животного происхождения,
создание на ее основе биотоплив, позволяющих в значительной степени экономить материальные и энергетических ресурсы).
Основываясь на полезном опыте проведения конференции и учитывая несомненную актуальность рассматриваемых на ней вопросов предложено сделать конференцию регулярной. Адекватно современным реалиям долждна повыситься роль и значение экологической
деятельности за счет внедрения передовых технологий, в том числе биотехнологии. Следует
сформировать долгосрочные концепции «зеленого экономического роста» на основе международных научных исследований и опыта в области энергосбережения и энергоэффективности, разработать методику мониторинга состояния окружающей среды крупных городов и
оценки наносимого ей ущерба (в том числе и при возникновении аварийных ситуаций).
78
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ БИОЛОГИЯ, 2010, № 5
УДК 633.15:631.52/.524
СОЗДАНИЕ ГАПЛОИНДУКТОРОВ КУКУРУЗЫ: ТРИ ЦИКЛА ОТБОРА
НА ВЫСОКУЮ ЧАСТОТУ ИНДУКЦИИ МАТРОКЛИННЫХ ГАПЛОИДОВ
О.А. ШАЦКАЯ
С использованием гибридизации исходных метчиков, выявления индивидуальных растений с высокой частотой индукции и трех циклов отбора в 14 поколениях гибридного образца
(РЕМ 48II Ѕ ЗМ 97)F1 созданы гаплоиндукторы кукурузы ЗМК 1, ЗМК 1У и ЗМК 3 с высокой
частотой индукции гаплоидов — соответственно 5-7, 8-13 и 10-14 %. Высокоэффективные гаплоиндукторы ЗМК значительно расширяют возможности использования метода гаплоидии в селекционных программах по получению гомозиготных линий кукурузы.
Ключевые слова: кукуруза, зародышевый маркер, матроклинные гаплоиды, частота индукции гаплоидов, индукторы, отбор.
Key words: Zea mays L., embryo marker, maternal haploids, haploid induction rate, inducers, selection.
Последние 15 лет метод ускоренного создания гомозиготных автодиплоидных линий из гаплоидов кукурузы, полученных в условиях in vivo,
широко используется в мировой селекции, на что указывают данные литературы (1-3) и информация Интернет-сайтов ведущих селекционных фирм
PIONEER (США) (4) и Great Lakes Hybrids (США) (5). Такая возможность
появилась благодаря созданию эффективных гаплоиндукторов для массового получения гаплоидов (1-3, 6-8) и усовершенствованию способов удвоения числа хромосом в клетках гаплоидных проростков (1, 8). Возникновение гаплоидного спорофита матроклинного (материнского) типа происходит в результате развития зародыша с гаметическим числом хромосом
(Zea mays L., n = 10) из неоплодотворенной яйцеклетки. S.S. Chase (9), а
затем и многие другие авторы (6, 10-12) показали, что возникновение гаплоидов находится под генетическим контролем и при скрещивании двух
форм определяется обоими (как мужским, так и женским) родителями. В
1960-е годы частота возникновения гаплоидов при скрещивании с известным метчиком Purple Embryo Marker (РЕМ) составляла 1,054 на 1000 проанализированных зерновок, или 0,11 %, а линия Stock 6, обнаруженная
E.H. Coe, в потомстве давала 3,23 % гаплоидов (10). Передачу высокой
гаплоидной индукции от Stock 6 в гибрид (Stock 2 Ѕ Stock 6)F1BC1 продемонстририровали K.R. Sarkar с соавторами (1972); два цикла тестирования и отбора гибридного материала усилили гаплоидную индукцию (возрастание частоты с 0,60 до 1,33 %) (11). P. Lashermts и M. Beckert (7) в результате самоопыления гибрида W 23 Ѕ Stock 6 получили линию WS 14,
которая индуцировала матроклинные гаплоиды с частотой 2-5 %. В 1990-е
годы в разных странах были созданы гаплоиндукторы с участием метчиков
РЕМ и Stock 6, стимулирующие возникновение матроклинных гаплоидов с
высокой частотой: ЗМС 8 (Россия) — 3-8 % (цит. по 13), ЗМК 1У (Россия) — 3-10 % (1), МНI (Молдова) – 6-8 % (2), RWS (Германия) — 8 % (цит.
по 3). В настоящей статье образцы кукурузы с генами окраски A1C1R1nj:cudu будут обозначены иностранным термином «маркер» и русскоязычным — «метчик», а обладающие гаплоиндуцирующей спсобностью — термином «гаплоиндуктор».
Механизм индукции развития неоплодотворенной яйцеклетки в гаплоидный зародыш в настоящее время раскрыт не до конца. Предполагается, что нарушения в микроспорогенезе могут быть одним из факторов индукции. Н.Х. Еналеева с соавт. (13) проводили эмбриологический анализ
79
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
завязей с початков кукурузы, зафиксированных через 32-96 ч после опыления пыльцой линии-гаплоиндуктора ЗМС 8. По результатам анализа был
сделан вывод, что индуцирующая способность этой линии обусловлена мутацией, которая приводит к дефектности функций мужских гамет (отсутствие подвижности, неспособность к слиянию с женскими ядрами) и, как
следствие, — к нарушению двойного оплодотворения. Оплодотворение
только центральной клетки зародышевого мешка и развитие эндосперма
может индуцировать деление неоплодотворенной яйцеклетки. С.Т. Чалык (2)
отмечает высокую частоту (11,0-14,7 %) микроспороцитов в варианте с индуктором гаплоидов MHI и предполагает, что анеуплоидные гаметы могут
быть причиной нарушения двойного оплодотворения.
Для выявления гаплоидов, кроме маркированных проростков, успешно используют генетическую маркерную систему окраски сухой зерновки с участием генов A1C1R1-nj:cudu, созданную D.K. Nanda с соавт.
(14). Перевод гаплоидов в диплоидное состояние обычно осуществляется
обработкой апикальных меристем водным раствором алкалоида колхицина
(С22Н26О6). Удвоение числа хромосом в ядрах соматических клеток в дальнейшем приводит к образованию жизнеспособных гамет в отдельных секторах мужского и женского соцветий удвоенного гаплоида. Потомство, полученное в результате самоопыления фертильных растений, представляет
собой поколение S1 новых автодиплоидных линий. Таким образом, гомозиготные линии можно получить за два полевых сезона, включая проведение скрещивания и выращивание гаплоидов.
Настоящая работа, целью которой было создание высокоэффективных индукторов матроклинных гаплоидов кукурузы, представляет собой продолжение исследований явления гаплоидии, начатых в 1967 году в Краснодарском НИИ сельского хозяйства им. П.П. Лукьяненко (КНИИСХ) по идее
академика ВАСХНИЛ М.И. Хаджинова.
Методика. Работа выполнялась в 1984-2007 годах в КНИИСХ. На
начальном этапе в качестве исходного материала для гибридизации использовали две группы метчиков, содержащих гены окраски A1C1R1-nj — шесть
синтетических популяций-аналогов, созданных в КНИИСХ М.В. Чумаком
(15) на основе известных образцов РЕМ и Stock 6, а также три линии зародышевых маркеров ЗМ 4, ЗМ 17, ЗМ 97 (6) селекции Саратовского государственного университета, родственных линии ЗМС 8. Исходным материалом для оценки гаплоиндуцирующей способности и отбора служили
гибриды (РЕМ 48II Ѕ ЗМ 97)F2, [(8 RnjStock 6 Ѕ ЗМ 4) Ѕ ЗМ 97)]F1,
(РЕМ 18 Ѕ ЗМ 17)F2, (5 RnjStock 6 Ѕ ЗМ 97)ВС1, [(РЕМ 48IV Ѕ 8 RnjStock
6) Ѕ ЗМ 97]ВС1, [(РЕМ 48II Ѕ 5 RnjStock 6) Ѕ ЗМ 97)]F2. Размножение семян индукторов в разных поколениях проводили самоопылением растений
или переопылением между сестринскими растениями. Селекцию индукторов выполняли в соответствии с рабочей программой по массовому получению гаплоидов, поэтому на начальных этапах в качестве материнских форм
использовали большое число источников. Гаплоиндуцирующую способность гибридных метчиков F1 оценивали по результатам скрещивания с
различными тестерами — гибридами и популяциями, созданными с участием инбредных, а также автодиплоидных линий и рас кукурузы из Латинской Америки. Материнскими формами при оценке метчиков F2 были популяции кукурузы 4-го и 7-го циклов отбора, предоставленные в
КНИИСХ д-ром R.J. Lambert (16): BS 3, BS 16, RDA, RSSS-С Pr. Для выявления гаплоиндуцирующей способности отдельных растений-метчиков
применяли единый тестер — популяцию BS 10 c7 (далее BS 10) и в разные
годы — несколько других популяций и гибридов обычной кукурузы с полузубовидным типом зерна. В скрещиваниях с материнскими тестерами
80
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
пыльцой каждого метчика поколений F1 и F2С0 опыляли по 10-15 початков на каждой материнской форме, пыльцой индивидуальных растений поколений S0 и S1С0 — по 3-5 початков. Оценку семей поколений F6-F14 индукторов проводили, опыляя 4-10 и более початков тестера.
Использовали индивидуальный и семейный методы отбора с одновременной оценкой гаплоиндуцирующей способности отбираемых образцов. При отборе учитывали следующие фенотипические признаки: проявление антоциановой окраски зерновки и стебля, количество пыльцы на
метелке. Для получения гаплоидов применяли метод индукции развития
неоплодотворенной яйцеклетки в гаплоидный зародыш семени в условиях
in vivo, для выявления гаплоидов — генетическое маркирование с участием генов A1C1R1-nj (в результате синтеза антоциана окрашены стебель,
алейроновый слой эндосперма и зародыш зерновки). Пыльцой метчиков
опыляли початки материнских форм желтозерной кукурузы, имеющей рецессивные признаки окраски (гены acr). Контролируемые скрещивания проводили ручным опылением растений согласно общепринятой методике с
изолированием початков пергаментными пакетами. Предполагаемые гаплоиды — зерновки с неокрашенным (белым) зародышем и антоциановым
алейроном эндосперма — отбирали в фазу сухих семян. Гибридные зерновки, у которых зародыш и эндосперм были окрашены, выбраковывали.
Зерновки из группы предполагаемых гаплоидов проращивали в термостате, истинные гаплоиды выявляли по морфологическим признакам 3-суточных проростков (толщина зародышевого корешка, длина 1-го листочка).
Частоту гаплоидов определяли как процентное отношение числа истинных
гаплоидов к числу маркированных зерновок.
Результаты. Краснодарские метчики — аналоги РЕМ и Stock 6 характеризовались мощным габитусом растения, но апомиктичное развитие
гаплоидных зародышей стимулировали в среднем с частотой 0,10 %, в то
время как саратовские линии зародышевых маркеров ЗМ позволяли выделять гаплоиды с частотой до 1,00 % (А.Н. Завалишина, личное сообщение). На первом этапе селекции (С0 — нулевой цикл) гибридизация двух
групп метчиков, различающихся двумя основными признаками, позволила
получить рекомбинантные генотипы с полезными признаками обоих родителей (гибридный тип растения и повышенная способность к гаплоиндукции). Лучшая комбинация была отобрана по результатам тестирования
гибридов F1 и F2 на гаплоиндуцирующую способность. Средняя частота индукции матроклинных гаплоидов у восьми изучаемых метчиков F1 (0,06 %)
соответствовала среднему значению у родительских форм, у шести гибридов F2 (0,20 %) — находилась в пределах значений для линий ЗМ (табл. 1).
Выполняя тест-скрещивания в поколениях F1 и F2 гибридных метчиков,
для опыления собирали смесь пыльцы нескольких растений с делянки. При
этом на некоторых маркированных початках материнских форм наблюдали
отсутствие зерновок с немаркированным (гаплоидным) зародышем. Частота
индукции у гибрида РЕМ 48II Ѕ ЗМ 97 в F1 и F2 (соответственно 0,14 и
0,27 %) достоверно превышала показатель у саратовских метчиков. При тестировании гибрида (РЕМ 48 II Ѕ ЗМ 97)F1 на разных материнских формах
частота гаплоидов варьировала от 0,04 % (с популяцией инбредных линий)
до 1,12 % (с автодиплоидными линиями); в варианте с популяцией BS 10
было обнаружено 0,11 % гаплоидов от числа маркированных зерновок.
В 1986 году при оценке гибридов F2 пять популяций-аналогов РЕМ
и Stock 6 стимулировали возникновение гаплоидов в среднем с частотой
0,08 %, три линии ЗМ — с частотой 0,25 %. Частота индукции для шести
гибридов F2С0 (нулевой цикл) составила в среднем 0,20 % (395 гаплоидов
81
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
из 197 230 зерновок). Однако при тестировании на популяции RDA гибрид (РЕМ 48II Ѕ ЗМ 97)F2 показал наибольшую частоту гаплоиндукции —
0,94 % (53 гаплоида из 5670 зерновок). Мы выявили неодинаковое генотипическое влияние популяции RDA на индуцирующую способность родительских форм этого гибрида. Частота возникновения матроклинных гаплоидов в популяции RDA при опылении пыльцой метчика имела высокий
для этого образца показатель 0,14 % (9 из 6460), а при опылении линией
ЗМ 97 — 0,16 % (3 из 1890), то есть показатель, средний по величине. В то
же время при скрещивании с тремя другими тестерами (BS 3, BS 16, RSSSC Pr) метчик РЕМ 48II стимулировал возникновение гаплоидов с низкой
частотой (0,04 %, или 7 из 17 770), а линия ЗМ 97 — с повышенной частотой (0,37 %, или 59 из 15 890). Сопоставление значений частоты гаплоиндукции, полученных при скрещивании с различными тестерами, указывает
на разную генетическую и физиологическую природу взаимодействия генотипов РЕМ 48II и ЗМ 97 с генотипом одной и той же материнской формы.
1. Эффективность, этапы и методы отбора метчиков ЗМК 1 и ЗМК 1У на
высокую частоту индукции матроклинных гаплоидов кукурузы
Индуктор, исходный образец Число изу- Частота гаплоиндук- Система размножения,
Год (P), поколение (F1-F14) и цикл чаемых об- ции в среднем (от-до), отбор по каждому
(С0-С3) отбора
разцов, шт. %
образцу
4
0,04 (0,02-0,06)а
3
8
1
6
1
2 (из 10)
10
0,08 (0,05-0,13)а
0,06 (0,03-0,14)а
0,14
0,20 (0,11-0,27)а
0,27
0,87; 2,14
4,01 (2,35-6,92)а
1988 (РЕМ 48II Ѕ ЗМ 97)F4C0-S2С1
4
6,22 (4,50-7,81)а
1989 ЗМК 1 F5C0-S3С1
1
–
1993 ЗМК 1 F6C0-S4С1
1
7,53
1994 ЗМК 1 F7C0-S1С2
1995 ЗМК 1 F8C0-S2С2
2
7
1996 ЗМК 1У F9C0-S3С2
1
1984 Популяции — аналоги РЕМ и
Stock 6 P
Линии ЗМ P
1984 (Аналоги РЕМ и Stock 6 Ѕ ЗМ)F1C0
(РЕМ 48II Ѕ ЗМ 97)F1C0
1986 (Аналоги РЕМ, Stock 6 Ѕ ЗМ)F2C0
(РЕМ 48II Ѕ ЗМ 97)F2C0
(РЕМ 48II Ѕ ЗМ 97)F2C0-S0С1
1987 (РЕМ 48II Ѕ ЗМ 97)F3C0-S1С1
8,00б
5,64 (3,55-9,51)
11,81
Размножение и тестирование смесью пыльцы
Размножение и тестирование смесью пыльцы, выявление лучшего генотипа
Самоопыление, тестирование пыльцы индивидуальных растений, отбор лучших растений
Семейное размножение,
тестирование смесью пыльцы, отбор лучших семей
Объединение семян четырех лучших семей, размножение смесью пыльцы
Размножение и тестирование смесью пыльцы, отбор
лучших початков
Семейное размножение,
тестирование смесью пыльцы, отбор лучших початков
Объединение семян шести
семей, размножение и
тестирование смесью пыльцы
Семейное размножение,
тестирование смесью пыльцы, отбор лучших початков
1997 ЗМК 1У F10C0-S4С2
2
12,24
1998 ЗМК 1У F11C0-S1С3
2
12,19
1999 ЗМК 1У F12C0-S2С3
3
11,76
2001 ЗМК 1У F13C0-S4С3
1
13,07
2002 ЗМК 1У F14C0-S5С3
2
13,05
П р и м е ч а н и е. Прочерк означает, что показатель не определяли; а — интервал частоты индукции
для отдельных образцов метчиков-гаплоиндукторов; б — из двух размноженных семей частоту гаплоидов определяли у одной.
Мы предположили, что растения метчика могут различаться по наличию и степени проявления генетического фактора индукции, поэтому на следующем этапе селекции провели самоопыление и индивидуальное тестирование пыльцы растений лучшего гибрида (РЕМ 48II Ѕ ЗМ 97)F2С0, предложенного в качестве исходного материала для дальнейшего отбора. При таком тестировании пыльцы (то есть гаметофитного поколения S0С1) на популяции
BS 10 для десяти растений гибрида F2С0 отмечали индукцию в среднем
0,41 % матроклинных гаплоидов. В том числе у двух растений (№№ 2 и 3)
частота была высокой — соответственно 0,87 и 2,14 % (см. табл. 1), для пяти
82
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
зарегистрированы средние показатели — от 0,15 до 0,40 %, тестирование еще
трех выявило отсутствие гаплоидов в 15 маркированных початках. Варьирование частоты индукции от 0 до 2,14 % можно объяснить наличием или отсутствием фактора гаплоиндукции у растений в гибридной популяции (РЕМ
48II Ѕ ЗМ 97)F2С0 (вероятно, в результате спонтанной мутации, контролирующей микроспорогенез и/или микрогаметогенез). Высокая наследуемость признака гаплоиндукции, которая наблюдалась во всех последующих
поколениях гибридной комбинации РЕМ 48II Ѕ ЗМ 97 — от F2 до F14,
положительно повлияла на эффективность отбора (см. табл. 1).
В отличие от популяции РЕМ 48II у линий ЗМ, а также у метчика
(РЕМ 48II Ѕ ЗМ 97) во всех поколениях, начиная с F3, при опылении
смесью пыльцы зерновой набор початков характеризовался череззерницей,
наличием не имеющих зародыша и щуплых зерновок. Для сохранения оптимальной озерненности вместо самоопыления (поколения F2 и F3) образцы метчиков в F4-F14 размножали посемейно, то есть смесью пыльцы с
делянки, и в отдельных случаях — сочетанием обоих способов. Череззерницу и дефектные зерна наблюдали и на початках материнских форм, опыленных пыльцой индукторов, то есть в маркирующих скрещиваниях. При
размножении «в себе» у популяций и гибридов обычной кукурузы отклонений в развитии зерна не отмечали.
Средняя частота гаплоиндукции 10 потомков растений № 2 и № 3 в
поколении S1С1 составляла 4,01 %. Четыре линии поколения S2С1, индуцирующие гаплоиды с частотой 4,50-7,81 %, стали основой для создания гаплоиндуктора ЗМК 1 (зародышевый маркер краснодарский). Частота возникновения матроклинных гаплоидов в популяции зубовидной кукурузы
П3, опыленной пыльцой индуктора ЗМК 1 (S4C1), составила 7,53 % (140
гаплоидов из 1860 маркированных зерновок). То есть в результате первого
цикла отбора на увеличение гаплоиндуцирующей способности, проведенного в трех поколениях (F2-F4) гибрида РЕМ 48II Ѕ ЗМ 97, частота индукции
гаплоидов увеличилась в 28 раз по сравнению с таковой у исходной формы
(F2C0 — 0,27 %). Популяция ЗМК 1 отвечает требованиям, предъявляемым к
опылителям: высота растений достигает 150-170 см, ветвящаяся метелка обладает хорошей пыльцеобразующей способностью. Гомозиготное состояние
маркирующей системы генов A1C1R1-nj гаплоиндуктора ЗМК 1 обеспечивало
четкое окрашивание зерна самого индуктора и гибридных зерновок на маркированных початках материнских форм зубовидного и полукремнистого типа. Однако у некоторых линий кремнистого типа и зубовидной линии Т 22
антоциановая окраска эндосперма и зародыша не проявилась из-за наличия
у этих форм генов-модификаторов или генов-ингибиторов.
Одновременно с использованием ЗМК 1 для массового получения
гаплоидов мы продолжали проводить отбор семей на повышенную частоту
гаплоиндукции. Второй цикл отбора выполняли в четырех (с F7C0-S1С2 по
F10C0-S4С2) семенных поколениях индуктора ЗМК 1 (см. табл. 1). Причем
наряду с основным признаком (число зерновок с гаплоидным зародышем,
выявленных на маркированных початках материнского тестера) учитывали
косвенный признак гаплоиндукции — наличие беззародышевых и щуплых
зерновок, а также эффект череззерницы на початках индуктора, что свидетельствует о нарушениях в мужской генеративной сфере, обусловливающих одинарное оплодотворения или его полное отсутствие. Частота индукции гаплоидов семи семей F8C0-S2С2 варьировала от 3,55 до 9,51 %.
Подсчет числа беззародышевых зерен на початках индукторов показал, что
для семьи с минимальным числом беззародышевых зерен (2,13 %, или 13
дефектных из 623 обследованных) характерна наименьшая частота (3,55 %)
индукции гаплоидов. В семье с наибольшей (9,51 %) частотой индукции
83
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
матроклинных гаплоидов на початках индуктора выявили и максимальную
долю беззародышевых зерен (11,4 %, или 31 из 302).
В 1996 году была создана новая популяция — гаплоиндуктор ЗМК
1У (17). С этой целью высевали смесь взятых в равном количестве семян
шести семей индуктора ЗМК 1 (F8C0-S2С2) c частотой гаплоиндукци от 3,55
до 9,51 % и выращенные растения опыляли смесью взятой с них пыльцы
для получения семян F9C0-S3С2. На материнской форме BS 10 пыльца,
собранная с растений индуктора ЗМК 1У, стимулировала возникновение
11,81 % матроклинных гаплоидов (157 из 1330 маркированных зерновок).
Третий цикл отбора в четырех поколениях (F11C0-S1С3—F14C0-S4С3) был
направлен на стабилизацию высокой гаплоиндукцирующей способности у
популяции ЗМК 1У. Семена различных семей получали как самоопылением, так и опылением смесью пыльцы, контролируя число доброкачественных зерен в початке. По результатам тестирования пыльцы внутрисемейный отбор початков индуктора на частоту индукции гаплоидов и беззародышевых зерен дал положительный эффект: в этих четырех поколениях
индуктор ЗМК 1У стабильно стимулировал возникновение гаплоидов с высокой частотой — от 11,76 до 13,07 % (см. табл. 1).
Полученные положительные результаты (увеличение частоты индукции гаплоидов во втором и стабилизация — в третьем цикле селекции
индукторов) позволяют сделать заключение о правильности выбора дополнительного признака отбора — доли зерен без зародыша в початках
индуктора. Однако анализ наших многолетних наблюдений не позволяет
утверждать, что между двумя этими признаками (частота индукции матроклинных гаплоидов и частота появления зерен без зародыша в початках
индуктора) имеется прямая связь. В то же время факт наличия зерен с неразвитым зародышем и в разной степени выраженную череззерницу необходимо учитывать, планируя получение необходимого количества семян
индукторов. В испытаниях 2002 года в одном початке у индуктора завязывалось в среднем небольшое число зерен с развитым зародышем: у ЗМК 1,
ЗМК 1У и ЗМК 3 — соответственно 83, 85 и 41 зерно. Линия ЗМК 3 — инбредный потомок гибрида (РЕМ 48II Ѕ ЗМ 97)F2-S2С0, который характеризовался лучшим показателем частоты индукции гаплоидов (7,81 %). В поколениях F9-F12 частота гаплоиндукции у этой линии варьировала от 10,00 до
14,00 % в зависимости от условий года и генотипа источника гаплоидов.
2. Частота и число гаплоидных зерновок при различных условиях опыления
гибридов кукурузы пыльцой гаплоиндукторов ЗМК
Скрещивание
Контролируемое (селекционный питомник)
Неконтролируемое (изолированный участок)
Число, шт.
Частота гаплоидов, %
Год материнских маркированных
гаплоидов в среднем
от-до
форм
початков
2007
8
270
2864
9,90
7,30-14,00
2004
22
1557
11768
4,40
1,70-6,80
Использование гаплоиндукторов ЗМК дает возможность массового
получения гаплоидов как при ручном скрещивании с изолированием початков пергаментными пакетами (контролируемое опыление), так и при
свободном опылении початков на пространственно изолированном участке с обрыванием метелок на растениях материнских форм (табл. 2).
Значительное варьирование частоты гаплоидов как в опыте, так и по
годам объясняется генетическим влиянием материнского и отцовского родителей, поскольку источниками гаплоидов служили разные гибриды кукурузы, а в качестве опылителей использовались различные образцы из рабочей коллекции гаплоиндукторов ЗМК. На частоту возникновения гаплои84
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
дов, кроме генетических факторов, вероятно, влияют неконтролируемые модифицирующие факторы внешней среды. Увеличение площади посева и использование эффективных гаплоиндукторов при наличии технического персонала позволит получать гаплоидные зерновки в необходимом количестве.
Результаты наших исследований подтверждают известные утверждения многих авторов о генетической детерминации явления гаплоидии
у кукурузы. Источником гаплоиндуцирующей способности у ЗМК мог
служить генетический материал линии Stock 6, присутствующий в генотипе обоих родителей маркера РЕМ 48II Ѕ ЗМ 97. F.К. Rober в 1999 году (18),
используя метод полиморфизма длин рестриктных ферментов (RLFP), получил результаты, указывающие на вероятность существования у индуктора
ЗМК 1 мутации, отличающей его от Stock 6. У индуктора KEMS (KEMS —
Krasnodar empryo marker syntetic) только 21,10 % RLFP-маркеров были
одинаковыми со Stock 6, 78,89 % — различались и указывали на наличие
аллеля Х неизвестного родителя или гетерозиготы. Надо отметить, что в
разные годы частота индукции у лучшего по этому признаку родителя
ЗМК 1 — линии ЗМ 97 не превышала верхний предел варьирования показателя у ЗМС (2,23 %) (6) и у Stock 6 (3,23 %) (10). Низкая гаплоиндуцирующая способность (< 1 %) второго исходного метчика РЕМ 48II свидетельствует о небольшой доле влияния генотипа Stock 6 на этот образец.
Повышение частоты гаплоиндукции почти в 100 раз — с 0,14 % у
гибрида (РЕМ 48II Ѕ ЗМ 97)F1С0 до 13,05 % у популяции ЗМК 1У (F14C0F4С3) можно объяснить действием новой мутации. Фенотипическое проявление признаков, свидетельствующих о нарушении в системе оплодотворения у индукторов ЗМК (череззерница, наличие не имеющих зародыша и
щуплых зерновок в початках), дает основание полагать, что, как и в опытах Н.Х. Еналеевой с соавт. (13) и С.Т. Чалыка (2), действие мутации связано с дефектами развития мужских гамет. Увеличение частоты гаплоиндукции можно объяснить еще несколькими причинами. Так, учитывая,
что для кукурузы характерен перекрестный тип опыления, а метчик РЕМ
48II представляет собой популяцию, можно предположить, что рекомбинантные генотипы, несущие эту мутацию, сформировались уже в F1. В F2
могли возникнуть новые комбинации генов. Эти генотипы были зафиксированы двукратным самоопылением в поколениях S0 и S1 и отобраны по
результатам тестирования пыльцы индивидуальных растений. Смена способов опыления (переопыление между разными растениями и самоопыление), используемых для получения семенного потомства индукторов, могла стать причиной увеличения частоты мутантного аллеля или аллелей и
аллельных взаимодействий, то есть изменения генетической и генотипической структуры исходной популяции (РЕМ 48II Ѕ ЗМ 97)F2, наконец,
длительное давление отбора в 13 поколениях (F2-F14) гибрида, вероятно,
способствовало увеличению частоты мутантного аллеля.
S. Deimling с соавт. (8) в Германии использовали высокий потенциал гаплоиндукции метчика ЗМК 1 для создания нового гаплоиндуктора
RWS. По их данным, частота индукции гаплоидов (6,92 %) у КЕМS (ЗМК 1)
превышала таковую (1,99 %) у французской линии WS 14 более чем в 3
раза. Гаплоиндукторы кукурузы ЗМК 1, ЗМК 1У и ЗМК 3 применяются в
российской и мировой селекционной практике для массового получения
гаплоидов и ускоренного создания гомозиготных линий кукурузы. Введение
в ЗМК маркерного гена негативного отбора pehA, отвечающего за синтез
фермента монофосфатэстеразы, позволило американским исследователям
(19) эффективно выявлять гаплоиды в культуре незрелых зародышей.
Итак, в результате трех циклов отбора на признак высокой частоты
гаплоиндукции созданы новые индукторы ЗМК — линии и популяции,
стимулирующие возникновение гаплоидов кукурузы с частотой 6-13 % и
85
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
более. Использование гаплоиндукторов ЗМК делает возможным массовое
получение гаплоидов и внедрение в селекционную практику ускоренного
метода создания гомозиготных линий кукурузы.
Работа выполнена под руководством к.б.н. В.С. Щербака. Автор выражает
благодарность сотрудникам Саратовского государственного университета им. Н.Г. Чернышевского профессору, д.б.н. В.С. Тырнову и к.б.н. А.Н. Завалишиной, любезно предоставившим исходные образцы линий ЗМ, а также бывшим сотрудникам КНИИСХ
им. П.П. Лукьяненко к.с-х.н. Э.Р. Забировой и к.б.н. М.В. Чумаку за содействие и помощь в проведении экспериментов.
ЛИТЕРАТУРА
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
З а б и р о в а Э.Р., Ч у м а к М.В., Ш а ц к а я О.А., Щ е р б а к В.С. Технология
массового ускоренного получения гомозиготных линий. Кукуруза и сорго, 1996, 4: 17-19.
Ч а л ы к С.Т. Методы гаплоидии в генетике и селекции кукурузы. Кишинев, 2003.
R o b e r F.K., G o r d i l l o G.A., G e i g e r H.H. In vivo induction in maise — performance of
new inducers and significance of doubled lines in tybrid breeding. Maydica, 2005, 50: 275-283.
http://www.pioneer.com/CMRoot/pioneer%5Cresearch%5Cpipeline%5Cspec_sheets%5CDoubl
edHaploids. 06.02.2009.
http://www.greatlakeshybrids.com/performance/research-information/doubled-haploid-breeding-technology/ 30.05.2008.
Т ы р н о в В.С., З а в а л и ш и н а А.Н. Индукция высокой частоты возникновения
матроклинных гаплоидов у кукурузы. ДАН СССР, 1984, 276(3): 735-738.
L a s h e r m e s P., B e c k e r t M. Genetic control of maternal haploidy maize (Zea mays
L.) and selection of haploid inducing lines. Theor. Appl. Genet., 1988, 76: 570-572.
D e i m l i n g S., R o b e r F.K., G e i g e r H.H. Methodik und Genetic der in-vivoHaploideninduction bei Mais. Vortr. Pflanzenzuchtung, Stuttgart, Germany, 1997, 38: 203-224.
C h a s e S.S. Monoploid frequencies in a commercial doubl cross hybrid maize and in its
component single cross hybrids and inbred lines. Genetics, 1949, 34: 328-332.
C o e E.H. A line of maize with high hafoid frequency. Amer. Nat., 1959, 93: 381-382.
S a r k a r K.R. Genetic selection techniques for the production of hahloids in plants. Proc. 1st
Int. Symp. «Haploids in higher plants. Advances and potential». Guelph, Canada, 1974: 33-42.
Ч у м а к М.В. Получение и выделение матроклинных и андрогенных гаплоидов кукурузы. Канд. дис. Л., 1977.
Е н а л е е в а Н.Х., Т ы р н о в В.С., С е л и в а н о в а Л.П., З а в а л и ш и н а А.Н. Одинарное оплодотворение и проблема гаплоидии у кукурузы. ДАН СССР, 1997, 353(3): 405-407.
N a n d a D.K., C h a s e S.S. An embryo marker for detecting monoploids of maize (Zea
mays L.). Crop. Sci., 1966, 6: 213-215.
Х а д ж и н о в М.И., Ч у м а к М.В. Создание новых маркеров для выделения гаплоидов
кукурузы. В сб.: Апомиксис и цитоэмбриология растений. Вып. 4. Саратов, 1978: 117-118.
L a m b e r t R.J. Breeding maize in a non-limiting environment. Proc. IX Meeting of Eucarpia maize and sorgum section. Krasnodar, 1977, 156-174.
Патент № 1057 на селекционное достижение сорт кукурузы ЗМК 1У от 11.09.2001 с датой приоритета 10.10.2000. Государственный реестр охраняемых селекционных достижений Российской Федерации. М., 2002.
R o b e r F.K. Fortpflanzungsbiologische und genetische Untersuchungen mit RLFP-Markern
zur in vivo-Haploideninduktion bei Mais. Verlag Grauer. Stutgart, Germany, 1999.
S i d o r o v V., B r a r G., F o l e y T. e.a. Transformation of haploid corn and the production of
dihaploid transgenic plants. XIV Int. Conf. «Plant & animal genomes». San Diego, CA, 2006, post. 690.
ГНУ Краснодарский НИИ сельского хозяйства
им. П.П. Лукьяненко Россельхозакадемии,
Поступила в редакцию
26 августа 2009 года
350012 г. Краснодар, 12, Центральная усадьба КНИИСХ,
e-mail: o.shatskaya@mail.ru
HAPLOINDUCTORS ISOLATION IN MAIZE: THREE CYCLES OF SELECTION
ON HIGH FREQUENCY OF INDUCTION OF MATROCLINAL HAPLOIDS
O.A. Shatskaya
Summary
With a using of hybridization of initial markers, revelation of individual plants with high
frequency of induction and three cycles of selection during 14 generation of hybrid sample (РЕМ
48II Ѕ ЗМ 97)F1 the author isolated maize haploinductors of ЗМК 1, ЗМК 1У and ЗМК 3 with
high frequency of haploid induction — 5-7, 8-15 and 10-14 %, respectively. High effective haploinductors of ЗМК give an extended facility for using of haploidization method in breeding programs on isolation of maize homozygous lines.
86
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ БИОЛОГИЯ, 2010, № 5
УДК: 634.75:631.527.5:581.142:575.2
ОСОБЕННОСТИ ПРОРАСТАНИЯ СЕМЯНОК АГАМОСПЕРМНЫХ
ПОТОМКОВ Fragaria Ѕ ananassa Duch. ПРИ РАЗНЫХ СПОСОБАХ
СЕМЕННОЙ РЕПРОДУКЦИИ*
С.О. БАТУРИН1, Е.В. АМБРОС2
У партеногенетических потомков Fragaria Ѕ ananassa Duch. (2n = 8Ѕ = 56) сорта Пурпуровая сравнили скорость прорастания семянок при инбридинге, аутбридинге и агамоспермии.
Показано, что выявленные различия обусловлены генотипически. При инбридинге и аутбридинге
всхожесть семянок партеногенетических потомков существенно выше, чем у исходного сорта.
Сеянцы агамоспермного происхождения можно успешно использовать в селекции крупноплодной
земляники благодаря высокой всхожести семянок.
Ключевые слова: Fragaria Ѕ ananassa Duch., всхожесть семянок, динамика прорастания, инбридинг, аутбридинг, агамоспермия, селекция.
Key words: garden strawberry, germinating capacity, seed germination rate, inbreeding, outbreeding, agamospermy, selection.
Крупноплодная земляника Fragaria Ѕ ananassa Duch. (2n = 8Ѕ = 56)
по занимаемым площадям относится к ведущим ягодным культурам в мире. Ее сортимент постоянно пополняется за счет реализации научно обоснованных селекционных программ (1). Основной селекционной технологией остается гибридизация для получения семянок в различных комбинациях скрещиваний. У крупноплодной земляники в благоприятных условиях реализуется половой (зиготический) способ формирования семян посредством двойного оплодотворения. При этом семянки могут развиваться
как в результате самоопыления (автогамия), так и перекрестного опыления (ксеногамия). Т.С. Фадеева (2) относит F. Ѕ ananassa к факультативным перекрестно опыляющимся растениям.
Показано, что у крупноплодной земляники семянки прорастают не
одновременно, а всхожесть зависит от генотипических особенностей сорта
(3, 4). Семянки, полученные от перекрестного опыления (аутбридинга), имеют очень хорошую всхожесть (3). В то же время в ряде исследований отмечается достаточно низкая всхожесть и частичная гибель проростков (57). Частота этих проявлений обусловлена характерным для аутбридинга или
инбридинга действием летальных факторов в генотипе растения (2). Поливариантностью систем и способов развития семянок у F. Ѕ ananassa
обеспечивается формирование широкой генетической изменчивости в семенном потомстве, что необходимо для осуществления первичного селекционного отбора. Известно, что у крупноплодной земляники наряду с зиготическим способом семяобразования может реализовываться апозиготический (агамоспермный) (8-11). Для Fragaria характерна апогамоспермия
псевдогамного типа, которая реализуется в неблагоприятных условиях опыления и при затруднениях оплодотворения (10). Агамоспермные потомки
сохраняют число хромосом материнской формы и проявляют генетическую
изменчивость, достаточную для отбора перспективных сеянцев — кандидатов в сорта (10, 11). Помимо этого агамоспермные сеянцы могут успешно
использоваться в селекционных программах в качестве одной из родительских форм, поскольку их генотипический статус соответствует сеянцам, полученным от самоопыления (12).
Цель настоящей работы — изучить процесс прорастания семянок у
агамоспермных потомков крупноплодной земляники, полученных при ин*
Работа выполнена при поддержке интеграционного гранта № 99 Сибирского отделения РАН.
87
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
бридинге, аутбридинге и агамоспермии.
Методика. Эксперименты проводили на опытном участке Института
цитологии и генетики СО РАН (г. Новосибирск) в открытом грунте. В качестве материнских форм F. Ѕ ananassa использовали октаплоидные образцы агамоспермного происхождения, полученные от сорта Пурпуровая:
Ю-541 и Ю-545 — в результате чужеродного опыления пыльцой лапчатки
гусиной (Potentilla anserina, 2n = 4Ѕ = 28), Д-344 — при опылении пыльцой мускатной земляники (F. moschata, 2n = 6Ѕ = 42), подвергнутой рентгеновскому облучению (186 Гр). Эти образцы имели биоморфологическое
сходство с материнской формой, но по проявлению некоторых признаков
отличались как друг от друга, так и от материнского сорта (13).
В контролируемых скрещиваниях применяли изоляторы из прозрачного упаковочного пищевого целлофана, которые надевали на цветонос
(прокладка из ваты у основания цветоноса исключала проникновение насекомых-опылителей). При аутбридинге цветки кастрировали при помощи
пинцета в состоянии нераскрытого бутона и использовали пыльцу экспериментального образца F. Ѕ ananassa — сортолинейного гибрида Л-1-17-2
(2n = 56), которую собирали из нераскрытого бутона и подсушивали при
20-22 °С без доступа прямых солнечных лучей. Опыление производили мягкой кисточкой однократно. Семянки агамоспермного происхождения получали, индуцируя диплоидный партеногенез (10, 11). Для этого применяли чужеродное (межродовое) опыление кастрированных и изолированных
цветков. В качестве опылителя использовали пыльцу местного экотипа лапчатки гусиной (P. anserina L., 2n = 4Ѕ = 28), выделенную из бутонов и подсушенную также при температуре 20-22 °С без доступа прямых солнечных
лучей. Контролем при оценке динамики прорастания служили семянки
сорта Пурпуровая, сформировавшиеся в результате открытого опыления.
Cемянки проращивали при температуре 20-23 °С в чашках Петри
на влажной фильтровальной бумаге после стратификации при температуре
2-3 °С в течение 4 мес. Выживаемость сеянцев учитывали через 30 сут после
высадки проростков в грунт.
Статистическую обработку результатов проводили с применением
критерия ?2 (14).
Результаты. У образцов Ю-545 и Ю-541 наблюдалось достоверно
значимое снижение всхожести семянок в варианте с использованием пыльцы P. anserina L. по сравнению с показателем при самоопылении (табл. 1).
1. Показатели прорастания семян у образцов земляники крупноплодной сорта
Пурпуровая при разных вариантах опыления (лабораторный опыт)
Комбинация опыления
всего, шт.
Семян
проросших, шт.
проросших, %
?2
Д-344 Ѕ РА
473
308
65,1
1,7
Д-344 S
48
42
87,5
Ю-545 Ѕ РА
80
12
15,0
24,0
Ю-545 S
40
36
90,0
Ю-541 Ѕ РА
371
54
14,6
38,6
Ю-541 S
38
29
76,3
П р и м е ч а н и е. Описание образцов земляники крупноплодной см. в разделе «Методика». РА —
Potentilla anserina; S — самоопыление; ?20,05 = 3,84.
То есть можно предположить, что при межродовой гибридизации семянки
не прорастают вследствие постзиготической летальности гибридного зародыша (5, 6). У образца Д-344 также отмечали меньшую всхожесть при чужеродном опылении, чем при самоопылении, но различия были недостоверны (?2 = 1,7). Иными словами, среди проросших семянок гибридные
88
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
проростки (межродового происхождения) будут отсутствовать или их доля
2. Летальность проростков при проращивании семян у образцов земляники
крупноплодной сорта Пурпуровая при разных вариантах опыления (лабораторный опыт)
Комбинация опыления
Семян, шт.
Д-344 Ѕ РА
473
Д-344 S
48
Ю-545 Ѕ РА
80
Ю-545 S
40
Ю-541 Ѕ РА
371
Ю-541 S
38
П р и м е ч а н и е. То же, что в таблице 1.
Погибших проростков
шт.
%
206
26
9
9
48
4
43,5
54,2
11,3
22,5
12,9
10,5
?2
0,72
1,90
0,14
окажется крайне мала. Результаты сравнения частоты гибели проростков
при различных вариантах опыления подтвердили это предположение (табл.
2). Как при чужеродном опылении, так и при самоопылении доля погибших проростков существенно не различалась, из чего следует, что причина
летальности проростков не в гибридном (межродовом) происхождении, а в
проявлении генетических факторов, вызывающих их гибель.
Динамика прорастания семян у образцов
Ю-545 (А), Ю-541 (Б) и Д-344 (В)
земляники крупноплодной сорта Пурпуровая, полученных при разных способах опыления: 1, 6 и 8 — самоопыление; 4, 7 и 10 — скрещивание с
Potentilla anserina L. (чужеродное); 2,
5 и 9 — скрещивание с линией Л-1-172; 3 — контроль (сорт Пурпуровая, открытое опыление) (лабораторный опыт).
У всех трех изученных
образцов F. Ч ananassa наименьшей скоростью прорастания характеризовались семянки, полученные при чужеродном опылении (агамоспермное происхождение семянок)
(рис.). Их конечная всхожесть
для образцов Ю-545, Ю-541 и
Д-344 составила соответственно 11,3; 12,7 и 62,6 %. У семянок, полученных при инбридинге и аутбридинге, всхожесть была значительно выше, а динамика прорастания
имела общий характер. Тем не
менее, обнаруженные различия в скорости прорастания у
семянок, полученных при инбридинге и аутбридинге, оказались существенными. Так,
для образцов Ю-545, Ю-541 и
Д-344 значение ?2 равнялось соответственно 33,0; 18,1 и 26,8 при пороговом значении ?20,05 соответственно 11,0; 12,6 и 9,5.
Семянки, полученные в скрещивании Ю-545 Ѕ Л-1-17-2 (аутбридинг), прорастали в течение 46 сут, семянки от самоопыления образца Ю89
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
545 — 68 сут (см. рис., А), однако доля проросших семянок при этом была
несколько выше (80,0 %), чем при аутбридинге (73,0 %). Комбинация скрещивания Ю-545 Ѕ P. anserina (чужеродное опыление) имела самую низкую всхожесть (11,3 %) и растянутый период прорастания (до 78 сут).
При использовании другой материнской формы — образца Ю-541
семянки, полученные при самоопылении, прорастали медленнее сформировавшихся при аутбридинге (см. рис., Б), при этом доля проросших семянок в
варианте с аутбридингом была выше (87,5 %), чем с инбридингом (76,4 %).
Семянки от чужеродного опыления с участием образца Ю-541 имели растянутый период прорастания (110 сут) при конечной всхожести 12,7 %.
В отличие от образцов Ю-545 и Ю-541 у образца Д-344 семянки в
разных вариантах опыления прорастали быстрее (см. рис., В): в течение 39 сут
при инбридинге и 42 сут — при аутбридинге (всхожесть — соответственно
83,0 и 77,7 %). При чужеродном опылении у образца Д-344 всхожесть была
существенно выше, чем у образцов Ю-545 и Ю-541, и составила 62,6 %,
однако период прорастания оставался по-прежнему растянутым — 107 сут.
Известно, что крупноплодная земляника при семенном воспроизведении предъявляет повышенные требования к условиям проращивания
семянок, которые часто имеют низкую всхожесть и растянутые сроки прорастания, несмотря на предварительную кратковременную обработку холодом (4). Дополнительные меры (длительная стратификация, скарификация концентрированной серной кислотой, проращивание семян in vitro и
т.д.) улучшают всхожесть (4, 15, 16). В нашем эксперименте ее повышение
достигалось за счет реконструкции генотипа сорта Пурпуровая посредством агамоспермии. У сортов и гибридов F. Ѕ ananassa агамоспермный способ образования семянок реализуется благодаря проявлению одной из форм
агамоспермии — мейотической диплоспории (10). Опыты по индукции
агамоспермии у F. Ѕ ananassa выявили возможность определения генотипической структуры полиплоидного материнского растения по характеру
сегрегации дискретных признаков в агамоспермном потомстве (12). Так,
мы показали сходный характер генетической изменчивости при инбридинге и в партеногенетическом потомстве крупноплодной земляники (10, 11).
В связи с этим партеногенетические потомки имеют различные генотипы,
что закономерно проявляется в наличии фенотипической изменчивости.
Сеянцы агамоспермного происхождения, полученные от сорта Пурпуровая, при половом процессе (аутбридинг и инбридинг) формировали семена со всхожестью не ниже 73,0 %, в то время как у сорта Пурпуровая этот
показатель составил лишь 17,9 %. Возможно, улучшенная всхожесть семянок у агамоспермных образцов обусловлена гомозиготизацией генотипа
материнского сорта. При этом семянки с набором генетических комплексов, вызывающих гибель зародыша, не прорастают, а если прорастают, то
проростки вскоре погибают, что и было показано в нашем эксперименте.
Сеянцы партеногенетического происхождения, которые выжили, по характеру семенной репродукции близки к чистым линиям. Таким образом,
однократная реконструкция генотипа сорта посредством агамоспермии позволяет существенно увеличить эффективность семенного размножения
партеногенетических потомков, что открывает перспективы для их использования в новом селекционном направлении — создании сортов крупноплодной ремонтантной земляники, размножаемой семенами (17).
Итак, у крупноплодной земляники скорость прорастания семянок,
полученных при инбридинге, аутбридинге и агамоспермии, неодинакова и
обусловлена генотипическими различиями. При инбридинге и аутбридинге всхожесть семянок у агамоспермных потомков существенно выше, чем
у сорта, от которого они произошли. При чужеродном опылении развив90
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
шиеся семянки агамоспермного происхождения прорастают медленно, а
их всхожесть низка, вследствие чего доля возникающих сеянцев агамоспермного происхождения в посеве семянок от открытого или направленного
опыления, очевидно, невелика. Высокая всхожесть семянок у образцов Fragaria Ѕ ananassa агамоспермного происхождения открывает перспективы их
использования в селекции ремонтантной земляники, размножаемой семенами.
ЛИТЕРАТУРА
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
Г о в о р о в а Г.Ф., Г о в о р о в Д.Н. Земляника: прошлое, настоящее, будущее. М., 2004.
Ф а д е е в а Т.С. Генетика земляники. Л., 1975.
Д у к а С.Х. Биология и селекция садовой крупноплодной земляники (Fragaria Ч ananassa Duch.). Науч. тр. Украинского НИИ садоводства. Вып. 35. Киев, 1959.
З у б о в А.А., А р х и п о в Ю.Б. Способы повышения всхожести семян земляники.
Тр. ЦГЛ им. И.В. Мичурина, 1969, 10: 72-77.
E l l i s J.R. Fragaria-Potentilla intergeneric hybridization and evolution in Fragaria. Proc.
Linn. Soc. London, 1962, 173(2): 99-106.
M a r t a A.E., C a m a d r o E.L., D н a z - R i c c i J.C., C a s t a g n a r o A.P.
Breeding barriers between the cultivated strawberry, Fragaria Ч ananassa, and related wild germplasm. Euphytica, 2004, 136(2): 139-150.
К л и п к о В.П. Изучение самоопыленного потомства у гибридов Fragaria. В сб.:
Генетические основы селекции. Новосибирск, 1982: 219-224.
E a s t E.A. The origin of the plants of maternal types which occur in connection with
interspecific hybridizations. PNAS USA, 1930, 16: 377-380.
С у х а р е в а Н.Б. Об апомиксисе у земляники. В сб.: Апомиксис и его значение для
эволюции и селекции. Новосибирск, 1976: 152-164.
Б а т у р и н С.О. Экспериментальный апомиксис у садовой земляники (Fragaria Ч
ananassa Duch.). Автореф. канд. дис. Новосибирск, 1997.
Б а т у р и н С.О. Сравнительно-морфологический анализ апомиктического потомства
крупноплодной земляники. С.-х. биол., 2001, 1: 39-43.
М а л е ц к и й С.И., С у х а р е в а Н.Б., Б а т у р и н С.О. Наследование пола у
апомиктических сеянцев земляники крупноплодной (Fragaria Ч ananassa Duch.). Генетика, 1994, 30(2): 237-243.
A m b r o s E. Pollen sterility in Fragaria Ч ananassa. Biologia, 2003, 58(1): 103-107.
З а й ц е в Г.Н. Методика биометрических расчетов. М., 1973.
H a m d o u n i E.M.El., L a m a r t i A., B a d o c A. In vitro germination of the achenes
of strawberry (Fragaria Ч ananassa Duch.) cvs. «Chandler» and «Tudla». Bull. Soc. Pharm.
Bordeaux, 2001, 140: 31-42.
H o n g x i a n g M.A., G u i h o n g Y.U., W e i m i n W.U., X i u l a n C. Effects of
achene in vitro culture on seed germination percentage of strawberry. Jiangsu J. Agricul. Sci.,
2001, 17(2): 87-90.
B e n t v e l s e n G.C.M., B o u w E., V e l d h u y z e n v a n Z a n t e n J.E. Breeding
strawberry (Fragaria Ч ananassa Duch.) from seed. Acta Horticulture, 439 (ISHS), 1997, 1: 149-153.
1Институт
цитологии и генетики СО РАН,
630090 г. Новосибирск, просп. Лаврентьева, 10,
e-mail: SO_baturin@mail.ru;
2Центральный сибирский ботанический
Поступила в редакцию
14 февраля 2009 года
сад СО РАН,
630090 г. Новосибирск, ул. Золотодолинская, 101,
e-mail: ambros@ngs.ru
PECULIARITIES OF THE SEED GERMINATION OF
AGAMOSPERMIC SEEDLINGS Fragaria Ѕ ananassa Duch.
IN DIFFERENT BREEDING SYSTEMS
S.O. Baturin1, E.V. Ambros2
Summary
The seeds germination dynamics of parthenogenetic progenies of the cultivar Purpurovaya
Fragaria Ѕ ananassa Duch. (2n = 8Ѕ = 56) were compared during inbreeding, autbreeding and
agamospermia. It was shown that the revealed differences are caused by genotypic conditions. The
seed germination of parthenogenetic progenies is much higher during inbreeding and autbreeding,
than the one of original cultivar from which they were breeding. It is possible to use offsprings of
agamospermetic origin succesfully in garden strawberry breeding due to high seed germination.
91
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ БИОЛОГИЯ, 2010, № 5
Проблемы адаптации
УДК 634.11:581.145:[581.13+58.056
МОРФОГЕНЕТИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ РАЗВИТИЯ И РЕЖИМ
ПИТАНИЯ ЯБЛОНИ В УСЛОВИЯХ ЮГА РОССИИ*
Н.Н. СЕРГЕЕВА, Л.Л. БУНЦЕВИЧ
Исследовали режим питания плодоносящей яблони на подвое М9 с использованием метода листовой диагностики на различных этапах органообразовательного процесса в насаждениях
интенсивного типа. Проанализировано влияние гидротермических условий по этапам и фазам
морфогенеза растений. Показано, что органоминеральные подкормки на ранней стадии развития
яблони в различной степени стимулируют рост бутонов в цветках в зависимости от генотипа сорта. Наиболее высокое содержание основных элементов минерального питания в индикаторных
органах культуры наблюдается на этапах формирования мужского и женского гаметофитов и в
период перехода от вегетативного развития почки к генеративному.
Ключевые слова: режим питания яблони, органоминеральные подкормки, этапы органогенеза, гидротермические факторы среды.
Key words: nutritious mode of apple, organomineral fertilization, organogenesis stages, the
hydrothermal environment factors.
Эффективность дифференцированной системы оптимизации питания плодовых культур основана на знании потребности растений в минеральных элементах, а также зависимости их развития и роста от климатических условий зоны произрастания. Изучение характера требований плодовых культур к комплексу внешних и внутренних условий формообразовательного процесса имеет важное значение для решения практических вопросов агротехники и формирования продуктивности плодовых деревьев.
Наиболее объективно диагностировать потребность плодовых культур в элементах жизнеобеспечения позволяет использование методов биологического контроля развития растений в сочетании с химической диагностикой и метеонаблюдениями, что особенно актуально для юга России
(1-4). Комплексный подход к изучению режима питания плодовых растений дает возможность учитывать генотип сортов, конструктивные особенности биоценоза и условия его функционирования (5, 6).
В связи с этим целью экспериментов было выявление особенностей развития и режима питания плодовых растений (на примере яблони)
в зависимости от эндо- и экзогенных факторов.
Методика. Объект исследований — плодоносящая слаборослая яблоня зимних сроков созревания (сорта Айдоред, Прикубанское) в насаждениях
интенсивного типа на разных фонах минерального питания. Наблюдения
проводили в 2006-2007 годах в полевых стационарных опытах (Опытнопроизводственное хозяйство «Центральное» Северо-Кавказского зонального
НИИ садоводства и виноградарства — СКЗНИИСиВ, г. Краснодар). Почва
участка — малогумусный сверхмощный чернозем выщелоченный. Содержание подвижных соединений основных элементов минерального питания
в слое почвы 0-40 см в варианте с применением удобрений составило: для
фосфора — 322 млн-1, для калия — 192 млн-1. В контроле (без удобрений)
эти показатели были ниже соответственно на 50 и 79 % и равнялись: по
фосфору — 214 млн-1, по калию — 1007 млн-1 (ГОСТ 26204-91). Содержание
гумуса в слое 0-20 см — 3,34-3,63 % (ГОСТ 26213-91), рНводное (0-40 см) —
*
Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ и Администрации Краснодарского края № 06-04-96768.
92
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
6,69-6,87 (ГОСТ 26423-85), рНсолевое (0-40 см) — 5,18-5,50 (ГОСТ 26483-85).
Закладку и проведение полевых опытов осуществляли в соответствии с принятыми методиками (7, 8): 1-й вариант — контроль (без удобрений), 2-й вариант — внесение органоминеральных удобрений (ОМУ) 1 раз
в 3 года + ежегодные некорневые подкормки (2-3 раза в течение вегетации;
концентрация рабочего раствора для некорневых подкормок 0,3-0,5 %). Для
внесения в почву использовали ОМУ Универсальное (ОАО «Буйский химический завод», Россия), для некорневых подкормок — Растворин, Акварин
(ОАО «Буйский химический завод», Россия) и Компо (COMPO GmbH &
Co. KG, Германия). ОМУ вносили локально в борозды на глубину 15-18 см
на расстоянии 1,2 м от штамбов деревьев (при дозе удобрения 5,5 т/га —
N30P30K35). Обеспеченность плодоносящей яблони минеральными элементами (по доле листьев в сухом веществе, %) устанавливали в соответствии с рекомендациями СКЗНИИСиВ: ниже оптимальной — N < 1,80;
P < 0,14; K < 1,00; оптимальная — соответственно 1,80-2,20; 0,14-0,18 и
1,00-1,20; выше оптимальной — > 2,2, > 0,18 и > 1,20 (9).
Биологический
контроль за органогенезом растений выполняли по методикам А.И. Ускова (1) и И.С. Исаевой
(2). Объекты микроскопировали и фотографировали при увеличении
Ѕ840 (микроскоп Olympus ВХ41, «Olympus corporation», Япония). Листовую диагностику обеспеченности растений элементами питания проводили по общепринятым
методикам и ГОСТам
(10-13).
Статистическую
обработку данных осуществляли по Б.А. Доспехову (14) с использованиРис. 1. Динамика температуры воздуха (А) и суммы осадков
ем электронного журна(Б) в 2006 (1) и 2007 (2) годах по декадам месяце (1-3-я) и
этапам органогенеза яблони (I-XII) (ОПХ «Центральное»
ла регистрации резульСКЗНИИСиВ, г. Краснодар).
татов анализов и наблюдений в программе Microsoft Excel.
Результаты. Метеонаблюдения, химическую и морфогенетическую
диагностику осуществляли за 3 нед до цветения яблони, когда в цветках
одновременно проходят два формообразовательных процесса — микроспорогенез и формирование мужского гаметофита, а также макроспорогенез и формирование женского гаметофита (VI-VII этапы органогенеза).
Установлено, что интенсивность процессов развития растений в этот период регулировалась главным образом воздействием внешних факторов —
прежде всего температуры воздуха (рис. 1).
В 2007 году снижение среднесуточной температуры воздуха в этот
период до 7,5-9,1 °С (ниже средней многолетней нормы на 1,4 °С) и минимальной — до 1,1 °С вызвало приостановку развития у яблони. Дальнейшая стабилизация температуры в пределах 9,9-11,0 °С стимулировала
93
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
активность ростовых процессов: начался интенсивный рост всех органов
соцветия и цветка (особенно быстро росли чашелистики и лепестки, медленнее — пестики и тычинки).
В зависимости от фона питания и сорта в листьях яблони в указанный период содержание азота составило 3,38-3,91; фосфора — 0,54-0,57;
калия — 1,63-1,73; кальция — 0,40-0,69; магния — 0,13-0,27 % (по сухому
веществу) (табл. 1).
1. Содержание основных минеральных элементов (по сухому веществу, %) в
листьях яблони (VII-VIII этапы органогенеза) на разных фонах органоминерального питания (ОПХ «Центральное» СКЗНИИСиВ, г. Краснодар,
2006-2007 годы)
Вариант опыта
1-й (контроль — без удобрений)
2-й (органоминеральные
подкормки)
НСР05
N
Сорт Айдоред
P
K
Ca
Mg
N
Сорт Прикубанское
P
K
Ca
Mg
3,38
0,54
1,63
0,69
0,24
3,43
0,56
1,73
0,40
0,13
3,91
0,25
0,57
0,01
1,67
0,04
0,69
0,02
0,27
0,07
3,51
0,03
0,56
0,07
1,71
0,03
0,45
0,04
0,14
0,01
У растений яблони сорта Айдоред в варианте с применением внутрипочвенных подкормок органоминеральными удобрениями развитие на
этом этапе протекает быстрее, чем в контроле (без удобрений) (бутоны в
соцветиях более развиты — венчик крупнее, цветоножки длиннее). У растений яблони сорта Прикубанское подобную зависимость не выявили, что
характеризует сорт как менее отзывчивый на дополнительное минеральное
питание.
В конце апреля яблоня находилась на VIII этапе органообразования (гаметогенез). Отмечалась наибольшая интенсивность роста всех органов цветка, очень быстро в результате клеточных делений росла завязь.
Этот этап развития яблони можно охарактеризовать как критический период питания растений. В индикаторных органах наблюдалось максимальное за сезон вегетации содержание общего азота и других зольных элементов на фоне интенсивного роста всех органов цветка. Формирование женского гаметофита совпадало с усиленным ростом цветков и сопровождалось быстрым ростом семяпочки. Началось отмирание отставших в развитии, поврежденных или аномальных цветков.
У сорта Айдоред генеративное развитие происходило быстрее, чем
у сорта Прикубанское (судя по состоянию соцветий, растения раньше вступали в VIII этап органогенеза). Такое опережение протекало на фоне более
высокого содержания общего азота в листьях розеток. Только к середине мая
у сортов Айдоред и Прикубанское одновременно наступили фазы окончания цветения, осыпания цветков и начала завязывания плодов.
Изучая процесс развития и режима питания яблони, мы уделили
особое внимание периоду начала закладки урожая будущего года, когда в
почке завершается образование зачаточных вегетативных органов и происходит становление бугорка оси соцветия. Переход от вегетативного развития почки к генеративному (III этап органогенеза), выявляемый при изучении дифференциации верхушечных меристем, начался в середине июля
при среднесуточной температуре 24,6-25,8 °С (рис. 2).
В 2007 году этот период был отмечен практически полным отсутствием осадков в отличие от 2006 года, когда выпало почти 100 мм осадков,
или более 450 % от средней многолетней нормы (см. рис. 1). Как следствие,
в 2007 году указанный этап органогенеза начался в конце 2-й декады июля
после непродолжительных осадков (16 % от средней многолетней нормы).
Для формирования плодовых почек необходима температура воздуха 23-30 °С, причем этот процесс подразделяется на две фазы (Коломиец,
94
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
1961): первая наступает при повышении содержания клеточного сока в меристематических клетках, обеспечивающем давление до 13 атм., вторая — начинается при более низких значениях температуры воздуха, влажности почвы
Рис. 2. Этапы перехода от вегетативного развития почки к генеративному у яблони сорта Айдоред на III этапе органогенеза (формирование генеративного потенциала): а, б — соответственно
формирование и развитие первичного бугорка оси соцветия; в, г — соответственно дифференциация и ветвление оси соцветия. Увеличение Ѕ840 (ОПХ «Центральное» СКЗНИИСиВ,
г. Краснодар, 2007 год).
и содержании клеточного сока, обеспечивающем давление не выше 10 атм.
Продолжительность первой и второй фаз при благоприятных условиях —
до 25-30 сут. При этом у яблони число цветков, формирующихся в плодовых почках, зависит от условий питания дерева, работы листового аппарата
и корней, влажности почвы. Содержание подвижных питательных веществ
в почве на этом этапе определяется ее температурным режимом. Воздействуя на скорость движения воды и растворимых солей, температура влияет на поступление питательных веществ в растения из почвы. В условиях
юга России период формирования потенциальной продуктивности яблони
характеризуется отсутствием осадков, высокой температурой, сухостью воздуха и почвы. Корневое питание минимизируется, обеспечение растений
минеральными элементами происходит только за счет собственных запасов. Проведенная диагностика обеспеченности яблони основными элементами питания позволила установить, что в начале этапа гаметогенеза содержание азота, фосфора и калия в листьях ростовых побегов яблони было
высоким и составляло соответственно 2,20-2,40; 0,20-0,22 и 1,02-1,07 %.
Формирование генеративного потенциала яблони в 2007 году совпало с аномальной жарой. Максимальная дневная температура воздуха поднималась до 39,9 °С, сумма осадков не превысила 16 % от средней многолетней нормы. В связи с установившейся аномальной жарой переход к генеративному развитию у яблони приостановился. Среднесуточная температура воздуха устойчиво возрастала до 31,0 °С на фоне практически пол95
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
ного отсутствия осадков. Процесс возобновился в середине августа, когда
колебания максимальных температур не превышали 32,2-34,9 °С и количество осадков составило 116 % от нормы. Началась дифференциация оси
соцветия, ветвление оси соцветия и образование зачатков цветочных бугорков. Дальнейшее развитие вновь совпало с аномальной жарой: среднесуточная температура воздуха равнялась 27,3 °С, что на 5,5 °С выше нормы, количество осадков — всего 5 % от нормы.
Анализ содержания основных элементов питания в этот период позволил выявить на II-III этапе органогенеза очень низкую обеспеченность
яблони калием. Отметим, что подобная тенденция характерна для условий
региона уже в течение ряда лет.
При анализе качества питания культуры на разных этапах органогенеза с использованием диагностических критериев сбалансированности
минеральных элементов (табл. 2) обнаружили, что показатели, характерные для условий юга России, имеют более широкий диапазон величин по
азоту и значительно превышают общепринятую норму соотношения макроэлементов (58:6:36) на фоне снижения доли калия.
2. Соотношение основных минеральных элементов в листьях яблони по этапам органогенеза на разных фонах органоминерального питания (по данным анализа состава листьев; ОПХ «Центральное» СКЗНИИСиВ, г. Краснодар, 2006-2007 годы)
Этап
органогенеза
Вариант
опыта
N:Р:К
N:Р
N:К
K+Mg
Ca
Сорт Айдоред
64:9:27
6,9
2,40
2,75
60:10:30
6,2
2,02
2,77
VIII
62:6:32
9,5
1,93
1,95
68:6:26
10,6
2,64
1,71
II-III
65:6:29
10,0
2,30
0,90
66:7:27
9,0
2,40
1,10
IV
70:5:25
12,8
2,80
0,70
70:5:25
13,5
2,89
0,80
Сорт Прикубанское
VII
1-й
60:10:30
6,1
2,00
4,11
2-й
60:10:30
6,2
2,02
4,65
VIII
1-й
61:7:32
9,2
1,88
1,75
2-й
64:6:30
9,8
2,17
1,71
II-III
1-й
66:6:28
10,0
2,40
0,80
2-й
67:7:26
10,0
2,60
0,70
IV
1-й
70:6:24
11,0
2,90
0,60
2-й
71:6:23
12,0
3,00
0,60
П р и м е ч а н и е. Фоны по вариантам опыта см. в разделе «Методика». Критерием, на основании
которого осуществляется оценка качества питания яблони, служит соотношения общего содержания
основных элементов.
VII
1-й
2-й
1-й
2-й
1-й
2-й
1-й
2-й
Изучение режима питания на протяжении органообразовательного
цикла позволило установить, что в листьях ростовых побегов плодоносящей яблони наибольшее содержание фосфора и калия приходится на этап
микро- и макроспорогенеза, а также на период перехода почки от вегетативного развития к генеративному, общего азота — на VII этап органогенеза. В период формирования, роста и созревания плода содержание азота
находилось в пределах оптимальных значений.
Таким образом, морфогенетические наблюдения за развитием плодоносящей яблони показали, что скорость прохождения этапов и фаз развития растений в первую очередь зависит от воздействия внешних факторов и генотипа сорта. Органоминеральные подкормки на ранней стадии
развития растений способствуют усиленному росту бутонов в цветках у
яблони сорта Айдоред. Отсутствие достаточного количества осадков, повышенная температура пахотного слоя почвы, где располагается большая часть
активных корней слаборослой яблони, снижает доступность обменных форм
96
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
калия и, как следствие, его содержание в растении. Использование методов биологического контроля развития растений в сочетании с химической
диагностикой содержания основных макроэлементов в почве и растении, а
также с дифференцированным учетом условий среды позволило наиболее
объективно оценить особенности режима питания в садовых ценозах у двух
сортов яблони в зависимости от генотипа.
ЛИТЕРАТУРА
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
У с к о в А.И. Органогенез яблони. М., 1967.
И с а е в а И.С. Морфофизиология плодовых растений. М., 1974.
М о с о л о в И.В. Физиологические основы применения минеральных удобрений. М., 1979.
С е р г е е в а Н.Н., П о п о в а В.П., П е с т о в а Н.Г. Концепция системного подхода к исследованиям диагностики условий питания плодовых растений. Наука Кубани,
2007 (приложение): 102-106.
Л и т в а к Ш.И. Системный подход к агрохимическим исследованиям. М., 1990.
Т е р е н ь к о Г.Н., К л а д ь А.А., С е р г е е в а Н.Н. Концепция оптимизации питания яблони в условиях юга России. Вест. РАСХН, 2004, 5: 36-39.
Программа и методика сортоизучения плодовых, ягодных и орехоплодных культур.
Орел, 1999.
Методические указания по проведению исследований в длительных опытах с удобрениями /Под ред. В. Панникова. М., 1983.
Уровни оптимизации минерального питания яблони (Рекомендации) /Сост. А.А. Чундокова, Н.Г Пестова. Краснодар, 1993.
К р и щ е н к о В.П. Методы оценки качества растительной продукции. М., 1983.
Г и н з б у р г К.Е., Щ е г л о в а Г.М., В у л ь ф и у с Е.В. Ускоренный метод сжигания почв и растений. Почвоведение, 1963, 5: 89-96.
ГОСТ 26570-85. Корма, комбикорма, комбикормовое сырье (Методы определения кальция). М., 1985: 1-11.
П е т е р б у р г с к и й А.В. Практикум по агрономической химии (комплексонометрический метод определения магния в растениях). М., 1968.
Д о с п е х о в Б.А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследований). М., 1985.
ГНУ Северо-Кавказский зональный НИИ
садоводства и виноградарства Россельхозакадемии,
Поступила в редакцию
10 июля 2008 года
350901 г. Краснодар, ул. 40 лет Победы,
e-mail: sady63@bk.ru
MORPHOGENETIC FEATURES OF DEVELOPMENT AND THE FEED
REGIME OF AN APPLE-TREE IN THE CONDITIONS OF SOUTH OF
RUSSIA
N.N. Sergeeva, L.L. Buntsevich
Summary
The authors investigated the nutritious mode of a fructifying apple-tree on stock M9 with
the use of a method of sheet diagnostics at various stages of organogenesis process in intensive type
plantings. The analysis of influence of hydrothermal conditions on intensity of development of stages
and phases of plant’s morphogenesis is given. It is shown, that organomineral additional fertilizing at
an early stage of development of an apple-tree in a various degree stimulates the growth of buds in
flowers depending on a genotype of a grade. It is established, that the highest maintenance of basic
elements of a mineral feed in display bodies of culture is observed at stages of formation man's and
female gametophyte and during transition from vegetative development of a kidney to generative one.
Новые книги
Б е р е з и н а Н.А., А ф а н а с ь е в а Н.Б.
Экология растений. М.: изд-во «Академия»,
2009, 400 с.
В учебном пособии рассмотрены
вопросы взаимодействия растений и их совокупностей со средой, а также факторы, влияющие на эти процессы. Изложены основы
устойчивости растительных организмов и типы их экологической гетерогенности. Особое
внимание уделено фундаментальным исследованиям в области экологии растений. Для
студентов учреждений высшего профессионального образования. Может быть рекомендовано специалистам, использующим данные
об экологии растений
97
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ БИОЛОГИЯ, 2010, № 5
УДК 633.8:581.144:577.175.19:58.056
РОСТ И БИОСИНТЕЗ ЭКДИСТЕРОИДОВ У ЛЕВЗЕИ САФЛОРОВИДНОЙ
ПОД ВЛИЯНИЕМ ЭДАФИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ*
Н.П. ТИМОФЕЕВ
Исследовали ростовые процессы у левзеи сафлоровидной Rhaponticum carthamoides
(Willd.) Iljin в условиях Архангельской области и их связь с биосинтезом экдистероидов. Установлены факторы внешней среды, лимитирующие рост побегов (диапазон ростовых реакций на
освещенность, температуру и влажность), устойчивость к низким и отрицательным температурам,
а также влияние стресса на синтез и накопление экдистероидов в листьях.
Ключевые слова: левзея сафлоровидная, факторы внешней среды, рост побегов, стресс,
биосинтез экдистероидов.
Key words: Rhaponticum carthamoides, Leuzea, environmental factors, growth of propagules,
stress, biosynthesis ecdysteroids.
Фармацевтические средства и биологически активные добавки на
основе левзеи сафлоровидной Rhaponticum carthamoides (Willd.) Iljin (Leuzea, рапонтикум сафлоровидный, маралий корень) используются при лечении сердечно-сосудистых и раковых заболеваний, в технологиях иммунокоррекции, жизнеобеспечения и защиты человека в экстремальных условиях, в агропромышленном комплексе (1-3). Выделяемые из растения экдистероиды служат объектами и инструментами исследований по клеточной
биологии и молекулярной генетике (экдизон-индуцированные системы
экспрессии генов), применяются в профессиональном спорте (препараты
Экдистен и их аналоги на основе экдистерона), при разработке экологически безопасных инсектицидов (4-7).
Известно, что после первоначального синтеза и накопления во
взрослых листьях фитоэкдистероиды (ФЭС) перемещаются в интенсивно
растущие ткани и органы (8-9), причем эти процессы непрерывны (10).
Условия внешней среды (температура, длина дня, освещенность, стресс при
засухе и заморозках), влияя на рост и направленность метаболических процессов в растениях, способны изменять биосинтез и накопление целевых
веществ в лекарственном сырье. До настоящего времени факторы, регулирующие образование ФЭС, не исследованы (за исключением воздействия
спектра освещения на содержание экдистероидов в листьях растений родов Rhaponticum и Lychnis в условиях фитотрона) (11).
Нашей целью было изучение роли основных эдафических факторов
(освещенность, высокие и низкие температуры, влажность, водный стресс)
в регуляции роста побегов и биосинтеза экдистероидов у Rhaponticum carthamoides.
Методика. Объектом изучения были две разновозрастные агропопуляции R. carthamoides (площадь 1 и 4 га), расположенные в подзоне
средней тайги европейского Северо-Востока (62° с.ш., 47° в.д.; г. КотласКоряжма, Архангельская обл.). Подробные характеристики объекта и природно-климатические условия описаны в предыдущих публикациях (10,
12). В целом климат в подзоне умеренно-прохладный, средняя температура января равна ?14,3 °С, июля — +17,4 °С, сумма температур свыше
+5/+10 °С — 1936/1577 °С, свыше 15 °С — 911 °С. Длина светового дня в
мае—июне равна 16-20 ч; коэффициент увлажнения — 1,5 (13). Почвы
*
Работа выполнена при финансовой поддержке гранта Администрации Архангельской области и РФФИ
(грант № 08-04-98840).
98
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
участков супесчаные дерново-подзолистые на водно-ледниковых двучленных отложениях, средней окультуренности (pH 6,4-6,5; содержание гумуса —
1,5-3,6 %; K2O — 7,1-12,3; P2O5 — 18,0-31,2 мг/100 г; MgO — 1,0-1,4 мгэкв/100 г).
Норма высева семян в опыте составляла 3 кг/га (собственные семена). Минеральные и органические удобрения, химические средства защиты растений не применялись. Портативными цифровыми приборами
фиксировали температуру и относительную влажность воздуха (PDT 300,
«COMARK Div. of Fluke Electronics», США), а также освещенность на уровне травостоя (люксметр ELVOS LM 1010, «Elvos GmbH», Германия; диапазон измерений 0-200 тыс. лк). Влажность почвы определяли в корнеобитаемом слое 1-25 см (усредненные образцы, отобранные в 6-10 точках по
диагонали участка, которые доводили до воздушно-сухого состояния, а затем досушивали при 130 °С в течение 30 мин).
Среднесуточный прирост фиксировали у 15-20 типичных случайных
особей. Динамику роста у каждой особи учитывали по высоте наиболее
развитых побегов — как вегетативных (розеточных с укороченными междоузлиями), так и генеративных (удлиненных репродуктивных). Часовой
прирост побегов измеряли в периоды отрастания и бутонизации у шести
растений на микроделянках в течение 9 сут и сопоставляли с показателями освещенности, температуры и влажности.
Изменчивость содержания ФЭС отслеживали во взрослых розеточных листьях вегетативных побегов. Образцы отбирали через каждые 3-6 сут
(по два листа от 20-25 растений), высушивали при комнатной температуре
и формировали средний образец методом квартования. Обращенно-фазовую высокоэффективную жидкостную хроматографию (ВЭЖХ) ФЭС выполняли в биохимической лаборатории Ботанического сада Института биологии Коми НЦ УрО РАН (г. Сыктывкар) (14). Содержание суммы ФЭС
пересчитывали на абсолютно-сухое вещество.
Математическую обработку данных проводили стандартными методами статистики. При оценке результатов использовали значения среднего
арифметического (x), коэффициенты корреляции (r) и уровни их достоверности (?), а также сглаженные (приближенные) кривые аппроксимации экспериментальных данных 4-й степени с определением достоверности аппроксимации (R2 на рисунках).
Результаты. Р а з в и т и е R. c a r t h a m o i d e s в р а з л и чн ы х п р и р о д н ы х з о н а х. Данные о культивировании R. carthamoides в различных регионах указывают, что теплообеспеченность и
плодородие почвы не влияют на формирование продуктивности растений.
Например, на географических широтах 52° (Прибалтика), 55-57° (Томская—
Новосибирская области) и 61-62° (Карелия—Коми Республика) сумма активных температур свыше 10 °С различалась в 1,5-1,8 раза (от 2100-2300 до
1400-1500 °С), содержание гумуса — в 2-3 раза (от 5-9 % до 2-3 %) (15), в то
время как продуктивность фитомассы левзеи сафлоровидной в этих зонах
на 3-4-й годы жизни не различалась и варьировала в пределах от 55-60 до
81-86 г для надземных и от 58-60 до 76-91 г для подземных органов (1, 12).
Наше 4-летнее сравнительное возделывание R. carthamoides в условиях агропопуляций Центральной Польши (53° с.ш.) и на европейском Северо-Востоке России (62° с.ш.), проведенное по единой методике, показало,
что процессы роста и развития растений в двух этих климатических зонах
идентичны — среднее число побегов, их высота, ширина листовых пластинок были одинаковыми для одних и тех же возрастных состояний (16).
Величина сухой фитомассы надземных органов с 1-го по 4-й год
99
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
жизни в условиях Польши составила по годам соответственно 0,23; 7,00;
17,50 и 47,80 г. Такая же динамика прироста наблюдалась в агропопуляции на европейском Севере — соответственно 0,26; 6,20; 16,40 и 56,80 г.
Фитомасса подземных органов (корни и корневища) на 3-4-й год равнялась
соответственно 16,80-29,50 и 11,90-38,20 г. Содержание ФЭС во взрослых
листьях в условиях Польши составило 0,036 % у имматурных растений,
0,18 % — у виргинильных, на европейском Севере — соответственно 0,170,19 и 0,22 %.
Д и а п а з о н р о с т о в ы х р е а к ц и й н а т е м п е р а т у р у,
о с в е щ е н н о с т ь и в л а ж н о с т ь п о ч в ы. У с т о й ч и в о с т ь
к о т р и ц а т е л ь н ы м т е м п е р а т у р а м. Начало массового отрастания вегетативных побегов в зависимости от погодных условий в годы
наблюдений (1990-2008 годы) отмечали в сроки между 17 апреля и 12 мая,
видимый рост генеративных побегов — через 5-7 сут. В этот период часты
возвраты холодов с выпадением снега и многократные заморозки. Отрицательные температуры (до ?5 °С) R. carthamoides выдерживает без видимых
последствий. При температурах ?8…?10 °С повреждалась апикальная зона
роста (1,5Ѕ2,0 см) у листовых органов (верхушки листовых пластинок),
через 4-5 сут поврежденные участки восстанавливались, заменяясь новообразованной тканью. У генеративных побегов при кратковременных ночных заморозках (?7…?10 °С) апикальные части (соцветия) повреждались
необратимо, чернели и отмирали. Осенние заморозки (?2…?3 °С в сентябре—октябре) не причиняли вреда вегетирующим розеточным листьям.
Суточный цикл
п а р а м е т р о в в н е шн е й с р е д ы. Ростовые
процессы весьма чувствительны к колебаниям освещенности, температуры и влажности (17). На растениях 3-го
и 9-го годов жизни в фазу
отрастания (II декада мая,
длина дня 17-18 ч) мы исследовали динамику часового прироста побегов в зависимости от суточного цикла
факторов внешней среды. УсРис. 1. Динамика суточных показателей температуры
тановили, что в безоблачную
(1) и освещенности (2) в период отрастания Rhapontiпогоду в ночное время полcum carthamoides. R2 — достоверность аппроксимации
(Архангельская обл., подзона средней тайги, 2003ного отсутствия освещенно2004 годы).
сти не наблюдается, минимальная величина рассеянного света приходится на 100-200 и составляет
10-20 лк, с 300-400 до 1200-1400 освещенность возрастает до максимума (156164 тыс. лк), после чего снижается и в 2100-2200 составляет 24-7 тыс. лк
(рис. 1). При легкой и средней облачности освещенность в полдень снижалась в 1,5-2,0 раза (до 110-70 тыс. лк), утром и вечером — в 3,0-4,0 раза
(до 30-40 тыс. лк в 900 и 1800).
Минимум температурной кривой (6-10 °С) приходился на раннее
утро (300-500), максимум (28-30 °С в травостое) — на 1300-1400; в послеполуденное время температура постепенно снижалась (до 20 °С в 1900, до 1311 °С — в 2200-2400), то есть следовала за освещенностью (см. рис. 1) (кривая несколько сдвигалась вправо, проявляя инерционность). Корреляционная зависимость между температурой и освещенностью в ночное время от100
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
рицательная, с 500-600 — положительная, в дневное время (с 900-1000 утра) —
прямолинейная (r = 0,94-0,97; ? = 0,999).
Динамика изменения относительной влажности воздуха
противоположна динамике освещения и температуры; корреляция между ними отрицательная и
высокая (? = 0,999) — r = ?0,74…
?0,82 для влажности и величины
солнечной радиации, r = ?0,85…
?0,90 для влажности и температуры.
Наибольшие показатели
влажности (88-90 %) приходятся на раннее утро (200-800), наименьшие (31-33 %) — на полуРис. 2. Часовой прирост вегетативных побегов у
Rhaponticum carthamoides в суточном цикле на 3-й (1)
денное время — 1400-1800. В пеи 9-й (2) годы жизни. R 2 — достоверность аппрокриод с 900 до 1200 влажность посимации (Архангельская обл., подзона средней тайстепенно уменьшается с 80-83 до
ги, 2003-2004 годы).
40-42 %, с 1900 до 2300 — увеличивается с 35 до 80 %.
Ч а с о в о й п р и р о с т п о б е г о в в с у т о ч н о м ц и к л е.
Характер кривых, описывающих прирост вегетативных побегов (рис. 2),
оказался идентичен у растений разного возраста, но величина абсолютных
показателей у молодых 3-летних (виргинильных) была в 1,5-1,7 раза меньше,
чем у 9-летних взрослогенеративных. Ростовые процессы в условиях высокой влажности не прекращались даже в ночное время: прирост составлял
около 1 мм/ч у 3-летних особей, 1,2-1,8 мм/ч — у 9-летних. В условиях
сумеречного рассеянного освещения в 300 (2 тыс. лк) он возрастал в 2 раза,
к 900-1000 на фоне яркой освещенности наблюдалась тенденция к его замедлению (см. рис. 2). Экстремальные значения солнечной радиации (150160 тыс. лк) и температуры (28-30 °С) в 1300-1400 ингибировали прирост побегов до значений, сопоставимых с ночными (1,0-1,1 мм/ч у 3-летних и 1,61,8 мм/ч у 9-летних растений).
Наибольший прирост (2,0-2,6 и 3,0-3,8 мм/ч соответственно для
3- и 9-летних растений) в суточном цикле отмечали в вечернее время — с
1600-1700 до 2200-2300, когда освещенность снижалась со 120 тыс. лк до
7 тыс. лк, температура — с 25 до 10-12 °С, а влажность воздуха возрастала
с 30 до 70-80 %.
В целом полученные данные согласуются с результатами модельных опытов Т.К. Головко с соавт. (18), показавших, что у R. carthamoides
величина светового компенсационного пункта (баланс между фотосинтезом и дыханием по CO2) составила 4,4-6,7 Вт/м2, а интенсивность радиации приспособления равна 30-50 Вт/м2, или около 5-10 % от максимальной инсоляции.
Анализ кривой аппроксимированных значений корреляции между
приростом побегов и условиями внешней среды свидетельствует, что 3летние растения сильнее нуждались в свете, чем 9-летние (R2 = 0,84 против R2 = 0,54 в суточном цикле). Реализация потенциала 9-летних особей
зависела прежде всего от оптимальной влажности и температуры (соответственно R 2 = 0,96 и R2 = 0,92), что может быть связано с возрастанием роли корневой системы в обеспечении жизнедеятельности (12).
С р е д н е с у т о ч н ы й п р и р о с т. Исследование развития ро101
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
зеточных побегов R. carthamoides в зависимости от температуры и влажности проведено у взрослогенеративных 6-летних растений (табл. 1). В начале отрастания наблюдались значительные суточные перепады температуры — от 15-18 °С в дневное время до 2-7 °С в вечерние и ночные часы.
Влажность была в пределах 56-87 %. Среднесуточный прирост вегетативных
побегов в этот период составляет 2,1 см. На фоне пониженных дневных
температур (7-10 °С) при близких параметрах влажности (62-73 %) прирост
снижается, но незначительно — до 1,7 см/сут.
1. Среднесуточный прирост вегетативных побегов у Rhaponticum carthamoides
по датам сезона вегетации в связи с температурой и влажностью воздуха
(Архангельская обл., 6-й год жизни растений, 1995 год)
Показатель
24 апреля 14 мая
18 мая
Дата
28 мая 06 июня 12 июня 18 июня 23 июня
15-18
Температура дневная, °С
0-5а
7-10
20-25
7-10
Влажность воздуха, %
56-87
78-93
62-73
50-65
46-58
Срок вегетации, сут
7-е
27-е
31-е
41-е
50-е
Интервал наблюдений, сут
7
20
4
10
9
Прирост побегов, см/сут
2,1
0,5
1,7
5,1
1,5
П р и м е ч а н и е. а — выпадение снега и заморозки на уровне почвы (?2…?6
15-18
42-48
56-е
6
0,5
°С).
20-25
30-35
62-е
6
0,4
23-30
23-26
67-е
5
0,1
Наибольший прирост (5,1 см/сут в течение 10-суточного интервала) зафиксировали при температуре 20-25 °С и влажности 50-65 %. В экстремальных условиях (выпадение снега и многократные заморозки на почве до ?2…?6 °С) рост полностью не прекращался (прирост — около 0,5 см/сут
за счет использования растениями краткосрочного подъема дневной температуры до 3-5 °С). Во II-III декадах июня, когда температура воздуха находится в пределах оптимума (20-25 °С), также происходило замедление роста:
если в первом случае он был ограничен минимальной температурой, то во
втором — снижением влажности воздуха с 78-93 % до 30-35 % и, как следствие, истощением влаги в корнеобитаемом слое почвы.
Для аппроксимированных кривых зависимости прироста от влажности получено значение R 2 = 0,99, между влажностью и температурой —
R 2 = 1,00. Однако положительная корреляция прироста с этими показателями была достоверна только для условий, когда температура не превышает 25 °С, а влажность одновременно не опускается ниже 40 % (r = 0,930,73; ? = 0,95).
Таким образом, в течение вегетации с уменьшением запасов влаги
в почве и снижением относительной влажности воздуха до минимальных
значений средняя скорость роста розеточных побегов у R. carthamoides снижалась более чем в 10 раз (с 5,1 до 0,4-0,5 см/сут). Аналогичные данные
получены и для условий Белоруссии — на 4-м году жизни линейный
прирост вегетативных побегов во II декаде мая был равен 4,4 см/сут, в начале июня — 0,8 см/сут (19).
В л и я н и е с т р е с с о в ы х ф а к т о р о в н а н а к о п л ен и е Ф Э С. В целом для лекарственных растений справедливо, что
стрессовые ситуации приводят к неоднозначным изменениям содержания
биологически активных веществ в фитомассе (20). В фазу отрастания снижение дневных температур воздуха с 12-15 до 5 °С, чередующихся с ночными и утренними заморозками до ?6 °С, привело к торможению роста
R. carthamoides, и сухая масса листа в возрасте 9-12 сут практически не изменилась (соответственно 0,12 и 0,14 мг) (табл. 2), в то время как валовое
содержание ФЭС увеличилось в 1,33 раза (с 0,36 до 0,48 мг).
После прекращения заморозков как фактора, оказывающего ростингибирующий эффект, пул ФЭС возрос в 2,06 раза (с 48 до 99 мг), а масса листа — в 2,28 раза. Повторное резкое понижение температуры на 30102
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
37-е сут вегетации (с кратковременными ночными заморозками до ?7…?10 °С)
вновь привело к существенному изменению пула ФЭС. Содержание ФЭС
в этом случае возросло с 0,31 до 0,43 %, а валовый сбор — в 1,61 раза (сухая масса листа увеличилась только в 1,16 раза).
2. Динамика показателей накопления фитоэкдистероидов (ФЭС) во взрослых розеточных листьях Rhaponticum carthamoides в связи с условиями внешней
среды (Архангельская обл., 7-й год жизни, 1996 год)
Показатель
Срок вегетации по фазам развития растений, сут
плодоотрастание
бутонизация
цветение
ношение
2-е
9-е
12-е
22-е
30-е
37-е
41-е
57-е
77-е
Воздушно-сухая масса листа, г
0,02
0,12
0,14
0,32
0,37
0,49
0,60
1,43
2,11
Содержание ФЭС, %
0,25
0,30
0,34
0,31
0,43
0,33
0,28
0,11
0,07
Валовое содержание ФЭС, мг/лист
0,05
0,36
0,48
0,99
1,59
1,62
1,68
1,57
1,48
Коэффициент прироста:
сухой массы листа
–
6,00
1,17
2,28
1,16
1,32
1,22
2,38
1,47
пула ФЭС
–
7,20
1,33
2,06
1,61
1,02
1,04
0,93
0,94
Температура воздуха, °С
8-10
12-15
0-4а
3-10
0-5б
15-25 20-30 25-35в
20-25
Влажность воздуха, %
65-90
56-87 78-93 56-78 62-73
46-58 38-48 27-32
22-28
Влажность почвы, %
23,4
17,3
16,4
14,7
12,8
12,7
9,4
2,5
6,3
П р и м е ч а н и е. а — многократные заморозки до ?6…?8 °С; б — ночные заморозки до ?7…?10 °С; в —
засуха с температурой до 48-52 °С на поверхности оголенной почвы. Прочерки означают, что процесс не
наблюдали.
После повышения дневной температуры воздуха (на 37-е и 41-е сут
вегетации) накопление ФЭС практически прекратилось (см. табл. 2). В период с 57-х по 77-е сут, когда наблюдалась засуха (повышение температуры до 35 °С и снижение относительной влажности воздуха до 23-27 % сопровождалось водным стрессом) (см. табл. 2), молодые розеточные листья
теряли тургор, апикальные части генеративных побегов желтели и засыхали. Влагообеспеченность почвы в этот период снизилась до 2,5-3,0 % от ее
сухой массы, что близко к показателям наименьшей влагоемкости с разрывом капилляров пахотного слоя на супеси (21).
В отличие от низкой температуры дефицит влаги не приводил к повышению количества экдистероидов в листьях: содержание ФЭС резко падало до 0,11 % (57-е сут вегетации), а затем до 0,07 % (77-е сут). Накопление экдистероидов становилось отрицательным (коэффициент — 0,93-0,94),
валовое содержание в листьях убывало. Как оказалось, существует достоверная (? = 0,99) отрицательная корреляция между накоплением ФЭС и
влажностью почвы на 57-77-е сут (r = ?0,88…?0,92).
Аналогичные свидетельства разнонаправленного действия температурного и водного стресса получены с алкалоидсинтезирующими растениями другими авторами (20). В полевых опытах в листьях маклеи сердцевидной (Macleaya cordata) суммарное содержание действующих веществ
(сангвинарин и хелеритрин) после многократных осенних заморозков в
ноябре не уменьшалось по сравнению с показателями при уборке в сентябре, тогда как кратковременное снижение влажности почвы в 2,5 раза (до
40 % от полной влагоемкости) за 7 сут до уборки у мачка желтого (Glaucium flavum) приводило к уменьшению сбора алкалоида глауцина на 16 %.
По данным С.С. Шаина, у кассии остролистной (Cassia acutifolia)
длительное воздействие водного стресса (засуха в течение 20 сут на экспериментальной базе Казахстанской опытной станции ВИЛАР, Чимкентская
обл.) уменьшало содержание производных антрацена на 55 % (20).
Итак, для формирования продуктивности и биосинтеза фитоэкдистероидов (ФЭС) теплообеспеченность района возделывания и плодородие
почвы не имеют решающего значения (в условиях прохладного климата
европейского Севера на обедненных подзолистых почвах по фитомассе
103
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
растения не уступают произрастающим в более южных регионах на черноземах). В ранневесенний период на фоне оптимальной влажности и низкой
температуры скорость роста побегов выше, чем летом, и ростовые процессы
в суточном цикле продолжаются даже в ночное время. Наибольший прирост наблюдается в вечернее время (с 1700 до 2200-2300). Экстремальные
значения солнечной радиации (150-160 тыс. лк) и температуры (25-30 °С и
выше) ингибируют рост побегов. Оптимальным сочетанием температуры,
относительной влажности воздуха, освещенности и влажности почвы логично считать соответственно 12-25 °С, 40-80 %, 7-120 тыс. лк и 9-16 %.
Скорость роста у растений 9-го года жизни в 1,5-1,7 раза выше, чем у 3летних. Молодые растения сильнее нуждаются в свете, взрослогенеративные — зависят от оптимальной влажности почвы, что указывает на необходимость исследования роли корневой системы в биосинтезе ФЭС для
реализации потенциала вида. Однофакторный эффект низких и отрицательных температур проявляется в торможении роста побегов, повышении
содержания и общего количества экдистероидов в листьях (в 1,3-2,1 раза).
Многофакторное действие водного стресса (который сопровождается истощением почвенной влаги на фоне высокой температуры и низкой влажности воздуха) приводит к противоположному результату — прекращению
биосинтеза и оттоку ФЭС из надземных органов.
Автор выражает признательность старшему научному сотруднику биохимической лаборатории Ботанического сада Института биологии Коми НЦ УрО РАН,
к.х.н. В.В. Пунегову за помощь в проведении ВЭЖХ-анализа ФЭС.
ЛИТЕРАТУРА
1.
Т и м о ф е е в Н.П. Достижения и проблемы в изучении биологии лекарственных
растений Rhaponticum carthamoides (Willd.) Iljin и Serratula coronata L. С.-х. биол., 2007,
3: 3-17.
2. М а с л о в Л.Н., Г у з а р о в а Н.В. Кардиотропные и антиаритмические свойства
препаратов Leuzea carthamoides, Aralia mandshurica, Eleutherococcus senticosus. Эксп. и клин.
фармакол., 2007, 70(6): 48-54.
3. G a u b e F., W o l f l S., P u s c h L., W e r n e r U., K r o l l T.C., S c h r e n k D.,
H a r t m a n n R.W., H a m b u r g e r M. Effects of Leuzea carthamoides on human breast
adenocarcinoma MCF-7 cells determined by gene expression profiling and functional assays.
Planta Med., 2008, 74(14): 1701-1708.
4. B a t h o r i M., P o n g r a c z Z. Phytoecdysteroids — from isolation to their effects on
humans. Cur. Med. Chem., 2005, 12: 153-172.
5. D i n a n L., L a f o n t R. Effects and applications of arthropod steroid hormones (ecdysteroids) in mammals. J. Endocrinol., 2006, 191: 1-8.
6. Т и м о ф е е в Н.П. Достижения и проблемы в области изучения, использования и
прогнозирования биологической активности экдистероидов. Бутлеровские сообщения,
2006, 8(2): 7-34.
7. G o r e l i c k - F e l d m a n J., M a c l e a n D., I l i c N., P o u l e v A., L i l a M.A.,
C h e n g D., R a s k i n I. Phytoecdysteroids increase protein synthesis in skeletal muscle
cells. J. Agric. Food Chem., 2008, 56(10): 3532-3537.
8. Т и м о ф е е в Н.П., В о л о д и н В.В., Ф р о л о в Ю.М. Распределение 20гидроксиэкдизона в структуре биомассы надземной части Rhaponticum carthamoides (Willd.)
Iljin. Растительные ресурсы, 1998, 34(3): 63-69.
9. B a k r i m A., M a r i a A., S a y a h F., L a f o n t R., T a k v o r i a n N. Ecdysteroids in spinach (Spinacia oleracea L.): biosynthesis, transport and regulation of levels. Plant
Physiol. Biochem., 2008, 46(10): 844-854.
10. Т и м о ф е е в Н.П. Накопление и изменчивость содержания действующих веществ (экдистероидов) в лекарственном сырье левзеи сафлоровидной. С.-х. биол., 2009, 1: 106-117.
11. К а р н а ч у к Р.А., П р о т а с о в а Н.Н., Д о б р о в о л ь с к и й М.В., Р е в и н а Т.А.,
Н и ч и п о р о в и ч А.А. Физиологическая адаптация листа левзеи к спектральному
составу света. Физиол. раст., 1987, 34(1): 51-59.
12. Т и м о ф е е в Н.П. Продуктивность и динамика содержания фитоэкдистероидов в агропопуляциях Rhaponticum carthamoides и Serratula coronata (Asteraceae) на европейском
Севере. Растительные ресурсы, 2006, 42(2): 17-36.
104
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
13. Природно-климатический очерк Котласского района Архангельской области. М., 1994.
14. П у н е г о в В.В., С а в и н о в с к а я Н.С. Метод внутреннего стандарта для определения экдистероидов в растительном сырье и лекарственных формах с помощью ВЭЖХ.
Растительные ресурсы, 2001, 37(1): 97-102.
15. Справочник агронома Нечерноземной зоны /Под ред. Г.В. Гуляева. М., 1990.
16. Т и м о ф е е в Н.П., K o w a l s k i P., K r y w u c h J. Сравнительные результаты 4летнего культивирования Rhaponticum carthamoides (Willd.) Iljin в условиях Польши и европейского Севера России. В сб.: Лекарственные растения и биологически активные
вещества: фитотерапия, фармация, фармакология. Белгород, 2008: 264-267.
17. Ш е в е л у х а В.С. Рост растений и его регуляция в онтогенезе. М., 1992.
18. Г о л о в к о Т.К., Г а р м а ш Е.В., К у р е н к о в а С.В., Т а б а л е н к о в а Г.Н.,
Ф р о л о в Ю.М. Рапонтик сафлоровидный в культуре на европейском Севере-Востоке
(эколого-физиологические исследования). Сыктывкар, 1996.
19. Б о р е й ш а М.С., С е м е н о в Б.Я., Ч е к а л и н с к а я И.И. Маралий корень
(рапонтикум сафлоровидный). Минск, 1985.
20. Ш а и н С.С. Биорегуляция продуктивности растений. М., 2005.
21. К у л а к о в с к а я Т.Н. Оптимизация агрохимической системы почвенного питания
растений. М., 1990.
Научно-производственное предприятие «КХ БИО»,
165650 Архангельская обл., г. Коряжма, просп. Ленина, 47а-55,
e-mail: timfbio@atnet.ru
Поступила в редакцию
11 марта 2009 года
GROWTH AND BIOSYNTHESIS OF ECDYSTEROIDS IN
Rhaponticum carthamoides (Willd.) Iljin UNDER THE INFLUENCE
OF EDAPHIC FACTORS
N.P. Timofeev
Summary
The growth processes in Rhaponticum carthamoides (Willd.) Iljin in the conditions of Arkhangel’skaya oblast’ and their link with a biosynthesis ecdysteroids are investigated. The environmental factors limiting growth of propagules (a range of growth responses to light exposure, temperature and humidity), resistance to the low and negative temperatures, and influence of stressful factors
on synthesis and accumulation of ecdysteroids in leaves organs are established.
Редакция журнала «Сельскохозяйственная биология»
выполняет рассылку электронных оттисков опубликованных статей
Для получения электронного оттиска Вам необходимо:
?
?
?
отослать точное описание заказа (авторы и название статьи, год, номер журнала, страницы)
по адресу agrobiol@mail.ru, указав Ваши фамилию, имя, отчество (полностью), город, где проживаете, контактные e-mail и телефон;
получить из редакции по своему контактному e-mail подтверждение заказа (с присвоенным ему
номером);
оплатить услугу, указав в платежном документе в графе «Назначение платежа» присвоенный заказу номер и Ваши фамилию, имя, отчество.
Оттиски высылаются на Ваш контактный e-mail после зачисления оплаты на счет редакции.
Банковские реквизиты редакции:
Получатель:
Банк получателя:
ИНН 7708051012 Редакция журнала «Сельскохозяйственная
Сбербанк России ОАО г. Москва,
биология», Марьинорощинское ОСБ 7981, г. Москва,
БИК 044525225,
р/с 40703810638050100603
к/с 30101810400000000225
В назначении платежа укажите номер заказа, Ваши фамилию, имя, отчество.
Стоимость услуги:
?
один оттиск — 120 р.,
?
не более шести оттисков (абонемент) — 360 р.,
?
не более двенадцати оттисков (абонемент) — 700 р.
Цены приведены с учетом НДС 10 %. Абонементное обслуживание предполагает предоставление указанного
числа оттисков за период не более каждого текущего года по предоплате.
E-mail для заказа электронных оттисков — agrobiol@mail.ru
© Электронные оттиски являются интеллектуальной собственностью редакции журнала «Сельскохозяйственная биология». Внесение в них каких бы то ни было изменений и дополнений не допускается. Перепечатка, тиражирование, размещение в средствах информации, в том числе электронных и сети Интернет, а
также коммерческое распространение возможны только с разрешения редакции.
105
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ БИОЛОГИЯ, 2010, № 5
УДК 582.663:581.13:58.056
ОСОБЕННОСТИ МЕТАБОЛИЧЕСКОЙ АДАПТАЦИИ У РАСТЕНИЙ
АМАРАНТА В УСЛОВИЯХ ГИПОБАРИЧЕСКОЙ ГИПОКСИИ
С.А. ВОЙЦЕКОВСКАЯ, Н.В. СОТНИКОВА, Г.С. ВЕРХОТУРОВА, Т.А. ЗАЙЦЕВА,
Г.В. БОРОВИКОВА, Т.П. АСТАФУРОВА
На 24-суточных проростках двух видов амаранта Amaranthus hypochondriacus L. и A. tricolor L. показано, что у амаранта сорта Валентина в условиях 16-часовой экспериментальной гипобарической гипоксии в ассимилирующих тканях активируется окислительный пентозофосфатный путь и уменьшается содержание амарантина, обладающего антиоксидантными свойствами. В
то же время у амаранта сорта Кизлярец при недостатке кислорода резко повышается активность
алкогольдегидрогеназы, перерабатывающей этанол. Обсуждаются различные механизмы биохимической адаптации к недостатку кислорода у растений рода Amaranthus.
Ключевые слова: амарант, гипобарическая гипоксия, дыхательный метаболизм, адаптация.
Key words: Amaranthus, hypobaric hypoxia, respiratory metabolism, adaptation.
Аноксия и гипоксия возникают при постоянном или временном переувлажнении почвы, образовании ледяной корки, при строительстве дорожных покрытий в городах, в условиях высокогорий и, наконец, при полетах в космических аппаратах. Способность растительных организмов выживать в таких условиях обусловлена уникальными приспособительными
механизмами, из которых наиболее интересна способность к трансформации метаболизма (1-5).
Более полно в настоящее время исследовано действие дефицита кислорода на корневую систему растений. Вопросы структуры и функции фотосинтетического аппарата в условиях корневой гипоксии изучены недостаточно, еще менее известны метаболические приспособления зеленых растений при недостатке кислорода. Экспериментально моделировать состояние гипоксии для целого растения можно в барокамерах, где одновременно создается недостаток кислорода, углекислоты и меняется атмосферное
давление, то есть возникает гипобарическая гипоксия.
Изменения в ассимилирующих органах показывают, что при корневой гипоксии и аноксии у устойчивых и неустойчивых растений сначала
уменьшается число активных реакционных центров фотосистем. Более длительная корневая аноксия приводит к увеличению числа осмиофильных
глобул в хлоропластах листьев, то есть имеет место частичная деструкция
мембранной системы тилакоидов (6). При изучении влияния гипобарической гипоксии на целое растение выявлено, что в зеленых листьях развиваются компенсаторные взаимодействия между процессами фотосинтеза и
дыхания, активируются анаплеротические механизмы накопления низкомолекулярных метаболитов и образования энергетических эквивалентов (7).
В этой связи в физиологии стресса растений придается большое значение
ядерно-цитоплазматическим отношениям, когда нормальный онтогенез пластид представляет собой необходимое условие для правильной экспрессии
ядерных стрессорных генов. Показано, что в трансдукции стрессорного
сигнала принимают участие эндогенные компоненты — этилен, жасмоновая кислота, углеводы, полиамины и различные антиоксиданты, к числу
которых относится и амарантин. Согласно современным представлениям,
он играет важную роль в фотосинтетических, метаболических и защитных
реакциях растений (8). Повышенным содержанием амарантина обладают
растения рода Amaranthus, особенно высокое количество отмечается в ли106
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
стьях Amaranthus tricolor L. (сорт Валентина). В литературе есть данные о
реакции разных видов амаранта на стресс, в частности на гипоксию (9).
Отмечено также, что после действия водного стресса растения амаранта
способны к быстрому восстановлению тургора листьев и интенсивности
фотосинтеза (10). Поэтому поиск эндогенных метаболитов, обеспечивающих устойчивость растений даже в пределах одного рода или вида, — перспективное направление физиологии стресса.
Амарант — интродуцированная культура, относится к семейству
Амарантовые (сем. Аmaranthaceae), порядок Гвоздичные, класс Двудольные. Он характеризуется высокой урожайностью и обладает большим адаптационным потенциалом. Амарант — это однолетнее пурпурно-зеленое или
зеленое (с разными оттенками) травянистое растение, высота которого
может достигать 2,5-4,0 м. Метелка в зрелом состоянии имеет длину 50 см и
более и диаметр 15 см. Зерно и зеленая масса амаранта широко используются на пищевые, кормовые и технические цели. По качественным показателям (содержание белка, аминокислот, витаминов, макро- и микроэлементов, биологически активных веществ, масла) он превосходит основные
традиционные кормовые и пищевые культуры (8, 11). Для амаранта (подобно кукурузе, просо и сорго) характерен С4-тип фотосинтеза, то есть он
относится к аспартатным С4-растениям с высоким содержанием лизина в
биомассе, большой скоростью фиксации углекислоты в расчете на единицу поверхности листа и высокой продуктивностью при условии интенсивной инсоляции, необходимой тепло- и влагообеспеченности.
Цель работы — изучить влияние гипобарической гипоксии на содержание бетацианина амарантина в ассимилирующих тканях двух видов
амаранта и по активности некоторых дегидрогеназ оценить особенности
метаболизма у этих растений в условиях кислородной недостаточности.
Методика. Объектами исследования были 24-суточные проростки
двух видов амаранта — Amaranthus hypochondriacus L. (сорт Кизлярец) и A. tricolor L. (сорт Валентина селекции ВНИИССОК), последний имеет высокое содержание бетацианина амарантина (8). Растения выращивали на дерново-луговой почве под люминесцентными лампами (40 Вт/м2) с фотопериодом 12 ч при температуре 25 °С. Для создания анаэробных условий образцы помещали в барокамеры с пониженным парциальным давлением кислорода (Р = 8 кПа, РО2 = 2 кПа) на 16 ч в темноту (для исключения фотосинтеза). Контрольные растения находились в темноте в условиях нормальной аэрации (Р = 101 кПа, РО2 = 21 кПа) и при нормальном атмосферном давлении.
Эксперименты выполняли 4-кратно в 3-4 биологических повторностях. Взрослые листья предпоследнего яруса 24-суточных растений гомогенизировали на льду в 8 мл охлажденной среды выделения (Трис-HCl
буфер, pH 7,8 — 0,05 М, аскорбат натрия — 5 мМ, цистеин — 3 мМ,
MgCl2 — 1 мМ, дитиотреитол — 5 мМ) (12). Гомогенат отжимали через 4
слоя капрона и центрифугировали при 10 000 об/мин в течение 20 мин на
холоду (центрифуга К-24, Германия). Использовали реактивы фирмы «Sigma» (США) и «Реахим» (Россия).
Ферментативную активность алкогольдегидрогеназы (К.Ф.1.1.1.1, НАДАДГ и НАДН-АДГ) определяли в окислительно-восстановительных превращениях НАД+ или НАДН+ в реакционных средах, содержащих Трис-HCl
буфер, рH 7,5 — 0,2 М, НАДН — 2 мкМ, ацетальдегид — 50 мкМ (или
НАД — 15 мМ) и этанол — 50 мМ (13); активность НАД-малатдегидрогеназы (К.Ф. 1.1.1.37, НАД-МДГ) — по восстановлению НАД в присутствии малата (Трис-HCl, рН 9,1 — 0,1 М, малат Na — 1,93 М и НАД — 11 мМ)
107
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
(12); НАДФ-глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы (К.Ф. 1.1.1.49; НАДФ-ГФДГ) —
в среде, содержащей Трис-HCl, рH 7,4 — 0,03 М, натриевую соль глюкозо-6-фосфата — 0,12 мМ, MgCl2‡6H2O — 0,25 М и HAДФ — 11 мМ (14).
Активность ферментов оценивали спектрофотометрически (Shimadzu UV2100, «Shimadzu Corp.», Япония) по изменению оптической плотности при
? = 340 нм в расчете на 1 мг белка и на 1 г сырой массы. Содержание растворимого белка определяли по Бредфорду (15), количество амарантина —
по поглощению при ? = 537 нм (16, 17).
Результаты обрабатывали статистически, различия между сравниваемыми средними рассчитывали при р < 0,05 (18).
Результаты. Особенности гипобарической среды характеризуются одновременным снижением парциального давления газов, среди которых наибольшее значение для растений имеют О2 и СО2. Действие гипобарической
гипоксии в отличие от других типов гипо- и аноксии (затопление, вытеснение воздуха инертными газами и т.д.) можно изучать на автотрофных
тканях, которые в условиях разреженной атмосферы непосредственно взаимодействуют с воздухом, обедненным кислородом.
Сравнительный анализ содержания бетацианина амарантина в листьях 24-суточных растений амаранта подтвердил имеющиеся в литературе
данные о более высоком его количестве в растениях сорта Валентина (8).
Под действием 16-часовой гипоксии содержание амарантина в листьях
у сорта Кизлярец не изменялось, у сорта Валентина — достоверно уменьшалось (табл. 1).
1. Содержание бетацианина амарантина в листьях 24-суточных растений двух
сортов амаранта при гипобарической гипоксии
Сорт
Вариант
Кизлярец
Содержание амарантина
мкг/г сырой массы
%
Контроль
115,6±9,3
Опыт (гипоксия)
99,7±9,8
Валентина
Контроль
375,02±6,43
Опыт (гипоксия)
288,16±27,20*
П р и м е ч а н и е. Условия гипобарической гипоксии — Р = 8 кПа, РО2 = 2 кПа, 16 ч.
* Различия между контролем и опытом достоверны при р < 0,01.
100
87
100
76
Учитывая защитную функцию амарантина, такие количественные изменения дают основание предполагать различия в типе метаболизма у этих
растений при действии гипобарической гипоксии.
2. Активность алкогольдегидрогеназы (АДГ) в листьях у 24-суточных растений двух сортов амаранта при нормальной аэрации и в условиях гипобарической гипоксии
Субстрат, фермент
Вариант
Активность фермента
мЕ/мг белка
мЕ/г сырой массы
Сорт Кизлярец
Контроль
27,58±3,60
61,38±5,40
Опыт (гипоксия)
21,71±2,77
46,47±4,08
Этанол, НАД-АДГ
Контроль
6,28±0,84
16,58±1,71
Опыт (гипоксия)
9,30±1,09
22,06±2,48
Сорт Валентина
Ацетальдегид, НАДН-АДГ
Контроль
36,67±2,51
66,86±5,94
Опыт (гипоксия)
87,63±8,85
138,26±22,84
Этанол, НАД-АДГ
Контроль
11,39±1,19
25,82±2,44
Опыт (гипоксия)
6,38±0,98
17,20±0,90
П р и м е ч а н и е. Все различия между контролем и опытом достоверны при р < 0,01. Условия
нормальной аэрации — Р = 101 кПа, РО2 = 2кПа, условия гипобарической гипоксии — Р = 8 кПа,
РО2 = 2 кПа, 16 ч.
Ацетальдегид, НАДН-АДГ
Определение активности НАДН-зависимой алкогольдегидрогеназы,
восстанавливающей ацетальдегид, выявило неодинаковый характер функ108
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
ционирования фермента у изучаемых сортов (табл. 2). Под действием
16-часовой гипоксии у сорта Кизлярец активность НАДН-АДГ в листьях
уменьшалась, тогда как у сорта Валентина наблюдалась резкая активация
фермента, что косвенно может свидетельствовать о накоплении этанола. В
то же время активность НАД-АДГ, наоборот, возрастала при гипоксии в
листьях у сорта Кизлярец и уменьшалась — в ассимилирующих тканях у
сорта Валентина.
Активность НАД-малатдегидрогеназы, функционирующей на одном
из завершающих этапов цикла Кребса, при 16-часовом гипоксическом воздействии уменьшалась в листьях обоих видов амаранта (табл. 3): на 22 % —
у сорта Кизлярец и на 41 % — у сорта Валентина, то есть реакции цикла
ди- и трикарбоновых кислот замедлялись. В то же время активность
НАДФ-глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы (преобразование глюкозы по окислительному пентозофосфатному пути) у сорта Валентина возрастала на 33 %
по сравнению с контролем, у сорта Кизлярец — достоверно не изменялась
(в пересчете как на 1 г сырой массы, так и на 1 мг белка) (табл. 3).
3. Активность НАД-малатдегидрогеназы и НАДФ-глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы
в листьях 24-суточных растений двух сортов амаранта в условиях гипобарической гипоксии
Сорт
Вариант
НАД-малатдегидрогеназа
Е/г сырой массы
мЕ/мг белка
НАДФ-глюкозо-6фосфатдегидрогеназа
мЕ/г сырой массы мЕ/мг белка
Кизлярец
Контроль
2,93±0,27
501,80±35,48
34,17±1,43
5,85±0,26
Опыт (гипоксия)
2,87±0,28
390,00±39,83*
29,53±1,50*
5,78±0,18
Валентина
Контроль
3,28±0,25
503,30±27,25
51,74±2,34
7,66±0,24
Опыт (гипоксия)
2,34±0,16*
296,80±18,30*
92,21±3,75*
10,19±0,43*
П р и м е ч а н и е. Условия гипобарической гипоксии — Р = 8 кПа, РО2 = 2 кПа, 16 ч.
* Различия между контролем и опытом достоверны при р < 0,05.
Отмеченные выше закономерности позволяют предположить следующие механизмы трансформации метаболизма в ассимилирующих органах растений амаранта, находящихся в темноте в условиях гипобарической
гипоксии. В этом варианте опыта количество амарантина уменьшалось
только у сорта Валентина, который характеризовался повышенным содержанием амарантина — 300-500 мкг/г сырой массы; у сорта Кизлярец анализируемый показатель составил 90-130 мкг/г сырой массы. Судя по активности НАД-АДГ, у растений сорта Кизлярец при недостатке кислорода
происходит усиление работы этого фермента, а следовательно, имеет место переработка этанола и, возможно, переключение биохимических процессов с его образования на синтез других соединений и окисление восстановленных коферментов, необходимых для поддержания высокой скорости реакций гликолитического пути метаболизма. Одновременно у сорта
Кизлярец в условиях гипобарической гипоксии снижалась активность НАДмалатдегидрогеназы — фермента заключительных этапов цикла ди- и трикарбоновых кислот. При этом не происходила активация окислительного
пентозофосфатного пути, о чем свидетельствовала величина активности
НАДФ-глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы в расчете на 1 мг белка.
У сорта Валентина характер дыхательного метаболизма при кратковременной гипоксии был иным. Снижение энзиматической активности
цикла Кребса и увеличение активности АДГ (восстановление ацетальдегида в этанол) сопровождалось усилением роли пентозофосфатного пути окисления углеводов, что в сочетании с высоким содержанием биологически
активного алкалоида амарантина может обеспечивать устойчивость растений этого рода к недостатку кислорода.
Окислительный пентозофосфатный путь поставляет НАДФН, ко109
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
торый используется как восстановитель в биосинтетических процессах,
когда не происходит образования НАДФН при фотосинтезе. Этот путь имеет особенно большое значение в нефотосинтезирующих тканях, прорастающих семенах, а также в течение темнового периода. При этом в результате окисления углеводов образуется рибозо-5-фосфат, необходимый
для синтеза нуклеотидов и нуклеиновых кислот. В условиях гипоксии количество амарантина уменьшалось только у сорта Валентина, но, по-видимому, это снижение может восполняться за счет продуктов, образующихся
в реакциях окислительного пентозофосфатного пути. Так, известно, что
синтез амарантина происходит через образование шикимовой кислоты конденсацией эритрозо-4-фосфата, синтезируемого по пентозофосфатному пути, и фосфоенолпирувата — по гликолитическому (19).
Способность бетацианина амарантина образовывать комплексы с
ионами железа, меди, цинка, обладающими переменной валентностью, которые регулируют и катализируют свободнорадикальные процессы (8), активизирующиеся в растениях при гипоксическом стрессе (3, 20), приводит
к его расходованию и обеспечивает устойчивость к гипоксии у растений
сорта Валентина. Отмеченное нами усиление роли окислительного пентозофосфатного пути характерно для более приспособленных к дефициту кислорода растений (3).
Таким образом, у двух относящихся к разным видам сортов амаранта с неодинаковым содержанием антиоксиданта амарантина выявлены
особенности дыхательного обмена в ассимилирующих тканях в темноте
при гипобарической гипоксии. Выполняя протекторную функцию, амарантин обеспечивает (наряду с другими защитными реакциями) устойчивость растений сорта Валентина к кислородной недостаточности. Он снижает интенсивность свободнорадикальных процессов в клетках, а одновременное усиление использования глюкозы по окислительному пентозофосфатному пути обеспечивает восполнение амарантина и восстановление
коферментов. Устойчивость растений сорта Кизлярец при неизменном, но
более низком содержании амарантина в условиях недостатка кислорода
достигается за счет усиления процессов окисления продуктов брожения
при активации алкогольдегидрогеназы, использующей этанол в качестве
субстрата.
ЛИТЕРАТУРА
1.
2.
Ч и р к о в а Т.В. Пути адаптации растений к гипоксии и аноксии. Л., 1988.
С r a w f o r d R.M.M. Metabolic adaptation to anoxia plant life in anaerobic environments.
Ann. Arbor. Sci., 1978: 119-136.
3. Ч и р к о в а Т.В. Физиологические основы устойчивости растений. Л., 2002.
4. В а р т а п е т я н Б.Б. Учение об анаэробном стрессе растений — новое направление
в экологической физиологии, биохимии и молекулярной биологии растений. Физиол.
раст., 2005, 52: 931-953.
5. Е р ш о в а А.Н. Метаболическая адаптация растений к гипоксии и повышенному содержанию диоксида углерода. Воронеж, 2007.
6. Л а д ы г и н В.Г. Влияние корневой гипоксии и аноксии на функциональную активность и структуру хлоропластов листьев Pisum sativum и Glycine max. Физиол. раст., 1999,
6(2): 246-258.
7. А с т а ф у р о в а Т.П. Взаимосвязь фотосинтеза и дыхания при адаптации растений к
условиям гипобарической гипоксии. Автореф. докт. дис. Томск, 1997.
8. Г и н с М.С. Биологически активные вещества амаранта. Амарантин: свойства, механизмы действия и практическое использование. М., 2002.
9. Ч и р к о в а Т.В., Б е л о н о г о в а В.А., М а г о м е д о в И.М. Оценка устойчивости различных видов амаранта к недостатку О2. Вест. Санкт-Петербургского университета. Серия 3, 1992, 3(17): 79-82.
10. Г о л и к К.Н., Г у л я е в Б.И., З у б ц о в а А.Я., А н т о н е ц А.Н. Обмен СО2 у
амаранта при различном водообеспечении. Физиол. и биохимия культурных растений,
110
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
1993, 25(6): 540-545.
11. Ж е л е з н о в а Н.Б., Ю д и н а Р.С., Ж е л е з н о в А.В. Изменчивость и корреляционные связи некоторых признаков у амаранта печального Amaranthus hypochondriacus L. С.-х. биол., 2008, 1: 40-47.
12. Ю з б е к о в А.К. Спектрофотометрические способы определения активности ключевых ферментов фотосинтетического метаболизма у С3- и С4-растений: Метод. пос. Киев, 1990.
13. Методы биохимического анализа растений. Л., 1978.
14. Г а в р и л е н к о В.Ф., Л а д ы г и н а М.Е., Х а н д о б и н а Л.М. Определение активности глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы. В кн.: Большой практикум по физиологии
растений. М., 1975.
15. B r a d f o r d M.M. A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities
of protein utilizing the principle of protein-due binding. Analyt. Biochem., 1976, 72: 248.
16. М у р а в ь е в а Д.А., Б у б е н ч и к о в а В.Н., Б е л и к о в В.В. Спектрофотометрическое определение суммы антоцианов в цветках василька синего. Фармация, 1984,
36(5): 28-29.
17. Г и н с М.С., К о н о н к о в П.Ф., Г и н с В.К., Л ы с е н к о Г.Г., Д э с а л е н ь Т.Л.,
Б р а в о в а Г.Б. Физико-химические свойства и биологическая активность амарантина из
растений Amaranthus tricolor L. Прикладная биохимия и микробиология, 1998, 34: 450-454.
18. К у з н е ц о в В.К. Ускоренный метод статистической обработки результатов наблюдений при сравнении средних. Социально-гигиенические исследования. Тр. II Московского медицинского института, 1973, 19(3): 253.
19. Г у д в и н Т., М е р с е р Э. Введение в биохимию растений. М., 1986.
20. E r s h o v a A.N. Enzyme activity of antioxidative system in plants with different tolerance
under hypoxia and CO2-media. Acta Physiology Plantarum, 2004, 26: 224-225.
Поступила в редакцию
16 декабря 2007 года
Обособленное структурное подразделение
НИИ биологии и биофизики Томского
государственного университета,
634050 г. Томск, просп. Ленина, 36,
e-mail: euvit@bk.ru
FEATURES OF METABOLIC ADAPTABILITY IN AMARANTH PLANTS
IN THE CONDITIONS OF HYPOBARIC HYPOXIA
S.A. Voitsekovskaya, N.V. Sotnikova, G.S. Verkhoturova, T.A. Zaitseva,
G.V. Borovikova, T.P. Astafurova
Summary
On 24-day seedlings of two species of amaranth: Amaranthus hypochondriacus L. and A. tricolor L., the authors shown, that the Valentina variety in the conditions of 16-hour experimental
hypobaric hypoxia in assimilating tissues activates the oxidative pentose-phosphate pathway and reduces amaranthine content, having antioxidant properties. At the same time the Kizlyarets amaranth
variety during deficiency in oxygen deeply raising the activity of alcohol dehydrogenase processing an
ethanol. The different mechanisms of biochemical adaptability to deficiency in oxygen in plants of
Amaranthus genus are discussed.
Новые книги
Б е л я к о в а Г.А., Д ь я к о в Ю.Т., Т ар а с о в К.Л. Ботаника: В 4 т. Т. 1: Водоросли и грибы. Изд. 2-е стер. М.: изд-во «Академия», 2010, 320 с.
В первом томе учебника представлены современные взгляды на положение
низших растительноподобных организмов в
системе биоты, даны общие сведения о водорослях, миксомицетах и грибах, а также
описаны таксоны, относящиеся к царству
Cyanophyta, Euglenophyta, Myxomycota и Fungi.
Во втором томе учебника описаны таксоны,
относящиеся к трем независимо возникшим
группам организмов: Cercozoa — хлорарахниофитовые водоросли и плазмодиофоровые
миксомицеты; Chromalveolata (Chromista, Hetero-
conta) — динофитовые, криптофитовые, гаптофитовые, охрофитовые водоросли, оомицетные грибы, сетчатые миксомицеты; Plantae —
глаукоцистофитовые, красные и зеленые водоросли.
Б а р а б а н о в Е.И., З а й ч и к о в а С.Г.
Ботаника. Изд 2-е стер. М.: изд-во «Академия», 2008, 448 с.
Учебник содержит материал по всем
традиционным вопросам ботаники: анатомии, морфологии, физиологии, размножению и систематике растений. Большое внимание в нем уделено анатомическому строению вегетативных органов растения, что является ключевым моментом в определении
анатомо-морфологических признаков.
111
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ БИОЛОГИЯ, 2010, № 5
УДК 635.9:631.524:581.1:58.056
О ВОДНОМ РЕЖИМЕ ГИДРАНГЕИ КРУПНОЛИСТНОЙ (Hydrangea
macrophylla Ser.) В УСЛОВИЯХ СУБТРОПИКОВ РОССИИ
В.И. МАЛЯРОВСКАЯ, О.Г. БЕЛОУС
Исследовали водообмен у пяти сортов гидрангеи крупнолистной. Определили основные
параметры водного режима, степень устойчивости растений к неблагоприятным факторам внешней среды и выявили наиболее напряженные для сортов сроки в период вегетации.
Ключевые слова: Hydrangea macrophylla, водный режим, водный дефицит, связанная
вода, адаптивность.
Key words: Hydrangea macrophylla, water mode, water deficiency, connected water,
adaptability.
Гидрангея крупнолистная (Hydrangea macrophylla Ser.) — популярный высокодекоративный кустарник. В результате систематической интродукционной работы на Черноморское побережье Краснодарского края
попадают сорта гидрангеи как старой, так и современной селекции. Однако не все они приспособлены к климатическим условиям субтропиков России с частыми засухами и высокой летней температурой воздуха. Наибольшую потребность во влаге растения испытывают в период цветения
(1), и обезвоживание может привести к потере декоративности. Как известно, устойчивость растений к стрессу проявляется в неблагоприятных
условиях (2, 3), причем степень адаптированности определяется прежде всего силой воздействия лимитирующего фактора и сроком вегетации. Поэтому определение способности гидрангеи крупнолистной поддерживать оптимальный водный обмен в стрессовых условиях играет важную роль при
интродукции декоративных сортов.
В настоящее время в литературе нет данных по водному режиму
гидрангеи крупнолистной, в связи с чем целью нашей работы было изучение сортовой специфики водообмена у этой декоративной культуры.
Методика. Объектами исследований были 10-15-летние растения
гидрангеи крупнолистной следующих сортов: Мадам Муйе, Марье Превосходная, Бриллиант, Мадам Фаустин, Чудо Драйпса, произрастающие
на территории сада-музея «Дерево Дружбы» (Всероссийский НИИ цветоводства и субтропических культур, г. Сочи). Почва участков среднегумусная, с высокой суммой поглощенных оснований (до 30 мг-экв) и существенным преобладанием Са, по гранулометрическому составу легкосуглинистая; реакция почвенного раствора слабощелочная (рН = 7,1).
Показатели водного режима изучали в 2007-2008 годах в сезонной
динамике в течение вегетации. Пробы листьев отбирали в утренние часы
еженедельно (с мая по сентябрь) с южной стороны среднего яруса. Одновременно проводили отбор образцов почвы и измеряли ее влажность весовым методом. Оценивали водный дефицит по Х.П. Починку (4), количество связанной воды — методом Окунцова-Маринчик (5) и рассчитывали
коэффициент засухоустойчивости по М.Д. Кушниренко (6). Содержание
сухого вещества в листьях определяли после высушивания навесок в термостате при температуре 105 °С до постоянной массы. Опыты проводились в 3-кратной повторности.
Статистическую обработку результатов выполнили методами корреляционного и регрессионного анализов, описательной статистики с ис112
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
пользованием математических программ (7), а также программ Статистика
5,0 и Microsoft Excel.
Результаты. Климатические условия 2007-2008 годов мало отличались от средних многолетних, поэтому экспериментальные данные приведены за 2007 год, когда динамику оводненности оценивали еженедельно в
период с мая по сентябрь. Из лимитирующих факторов следует отметить
несколько более засушливый июль (в 2007 году около 38,8 мм осадков,
средний многолетний показатель — 97,0 мм) и жаркий август (температура
в 2007 году до 25,6 °С, средняя многолетняя — 19,9 °С). Общее содержание воды в тканях листьев гидрангеи крупнолистной составляло в среднем
от 82,1 (в мае) до 79,9 % (в сентябре) при равномерном снижении оводненности к осени, что объясняется усилением синтетических процессов и
активным накоплением пластических веществ в листовой части растения.
Кроме того, отмечали сортовые особенности водного режима: наибольшую
оводненность тканей в течение всего периода вегетации — у сорта Чудо
Драйпса, наименьшую — у сорта Мадам Фаустин (контроль) (табл. 1).
1. Динамика оводненности листьев (%) у сортов гидрангеи крупнолистной
(Hydrangea macrophylla Ser.) в период вегетации (М±m, 2007 год)
Сорт
Мадам Фаустин
Мадам Муйе
Бриллиант
Чудо Драйпса
Марье Превосходная
НСР05
Май
Июнь
Июль
Август
Сентябрь
80,2±2,0
81,4±1,9
83,0±0,8
84,6±0,1
81,6±1,0
3,8
76,9±1,4
79,1±1,7
80,8±2,1
84,0±0,3
81,3±0,7
5,1
76,7±1,7
77,2±2,0
79,4±2,5
83,7±1,0
81,6±1,4
3,3
75,9±0,8
76,0±1,2
79,7±0,7
79,3±0,2
79,5±0,2
3,6
77,6±1,1
79,5±1,4
79,8±1,5
82,1±0,7
80,4±0,8
4,9
В оптимальный по водообеспеченности период (май) различия между сортами были незначительными, о чем свидетельствует величина наименьшей существенной разницы (см. табл. 1). По мере усиления воздействия стрессоров (солнечная инсоляция, температура воздуха и водный дефицит) проявилась неодинаковая степень устойчивости изучаемых сортов.
В неблагоприятный по гидротермическим условиям период в листьях у
контрольного сорта Мадам Фаустин оводненность тканей снижалась до
75,9-76,7 %, в то время как у растений более устойчивых сортов Марье
Превосходная и Чудо Драйпса значения этого показателя были в среднем
на 4-7 % выше контроля.
В осенний период содержание общей воды в листьях у сравниваемых сортов несколько
повышалось, что связано
с ослаблением влияния
факторов внешней среды,
спадом интенсивности
транспирации и гидролизом пластических веществ,
при этом величины показателей выравнивались,
Рис. 1. Содержание сухого вещества в тканях листьев у сорразница становилась нетов гидрангеи крупнолистной (Hydrangea macrophylla Ser.) в
засушливый период (б) по сравнению с исходным значением
существенной. Подобные
(а) (г. Сочи, 2007 год).
закономерности отмечены
по другим культурам (8, 9).
Параметром, непосредственно связанным с оптимальным водным
режимом и характеризующим метаболические процессы, служит содержание
сухого вещества в листьях. Мы отмечали его значительное варьирование,
113
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
что связано не только с колебаниями интенсивности фотосинтеза, обусловленного степенью освещенности того или иного листа, скоростью оттока ассимилятов из них, но и физиологическим состоянием растений, в частности,
водным режимом (рис. 1).
Так, в оптимальный период
вегетации наибольшее накопление сухого вещества регистрировали у сортов Мадам
Фаустин и Мадам Муйе (различия между сортами несущеРис. 2. Динамика водного дефицита в листьях у сортов
гидрангеи крупнолистной (Hydrangea macrophylla Ser.):
ственные). В то же время в
1-5 — соответственно Чудо Драйпса, Бриллиант, Манеблагоприятный по водорье Превосходная, Мадам Фаустин и Мадам Муйе
обеспеченности период с вы(г. Сочи, 2007 год).
сокими температурами воздуха, когда в растениях фиксируется значительный водный дефицит и торможение физиологических процессов, у неустойчивых сортов происходило
затухание синтетической активности, выражающееся в замедлении накопления сухого вещества. За стрессовый период содержание сухого вещества у контрольного сорта Мадам Фаустин выросло в среднем на 2,5 %, у устойчивого Чудо Драйпса — на 5,3 % (см. рис. 1).
Не менее важная характеристика физиологического состояния растений — величина водного дефицита. Мы показали, что в оптимальный
по водообеспеченности период водный дефицит в листьях у всех сортов
составлял в среднем 11,8 %. Колебания этого показателя на фоне стресса
наблюдали у всех изученных сортов (рис. 2).
В то же время у сортов Марье Превосходная и
Чудо Драйпса водный дефицит усиливался в меньшей степени — в среднем в
1,2 раза по сравнению с первоначальным (до 15,2 %), у
неустойчивых сортов — до
17,0-18,7 % (у Мадам Фаустин — до 19,3 %). Дальнейшее изучение водного
дефицита в динамике показало, что сортовые различия ярко проявлялись на
фоне повышения температуры (в августе максимальная температура воздуха составляла 34,5 °С, влажность
воздуха и почвы — соответстРис. 3. Содержание связанной воды у сортов гидрангеи
венно 76 и 20 %): дефицит
крупнолистной (Hydrangea macrophylla Ser.) в тканях
влаги нарастал и достигал
листьев в июне (А, а) и августе (А, б), а также в листьях (Б, в) и прицветных побегах (Б, г) в среднем за сезон
максимальных регистрируевегетации (г. Сочи, 2007 год).
мых значений (35,3 % у контрольного сорта) (рис. 3).
В этот период дефицит воды в листьях практически достигал 50 %.
Известно, что для большинства растений уменьшение оводненности ниже
114
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
критического значения делает репарационные процессы невозможными,
что и наблюдалось у сортов Мадам Фаустин и Мадам Муйе: после глубокой засухи первоначальный тургор листьев не восстанавливался, наблюдался существенный листопад и потеря декоративности.
Поскольку общая оводненность листа (содержание общей воды) не
может полностью характеризовать состояние водного режима и устойчивость растений, мы определили количество свободной и связанной воды:
по мнению ряда авторов (9), именно повышение количества связанной воды является показателем устойчивости растений. По этому показателю
между сортами были обнаружены существенные различия. Так, количество связанной воды у сорта Мадам Фаустин составляло 4,43 %, у остальных — в 1,5-2,0 раза превышало контроль. Это дает возможность
предполагать большую адаптивность у сортов Марье Превосходная, Чудо
Драйпса и Бриллиант. Тем не менее, биологические особенности не позволяют растениям гидрангеи крупнолистной полностью компенсировать
последствия неблагоприятного по водному режиму периода, то есть они
относительно устойчивые. По мере наступления засушливых условий у
растений всех сортов значительно снижалась доля связанной воды. Сортовые различия по содержанию этой водной фракции хорошо прослеживались и у относительно устойчивых культур: у сортов Марье Превосходная,
Чудо Драйпса и Бриллиант на протяжении всего периода наблюдений ее
количество было существенно (в 2,2-6,1 раза) выше, чем у контрольного
сорта Мадам Фаустин (5,1-4,0) (см. рис. 3, А).
Многие озеленители отмечают опускание соцветий у гидрангеи в
ответ на воздействие высоких температур и засухи (рис. 4). Это снижает
декоративность ряда сортов, и в частности характерно для сортов Мадам
Фаустин, Мадам Муйе и Бриллиант.
А
Б
Рис. 4. Декоративность соцветий у гидрантеи крупнолистной сорта Чудо Драйпса при нормальной водообеспеченности (А) и опускание соцветий у сорта Мадам Фаустин в условиях
засухи (Б) (г. Сочи, 2007 год).
Мы установили, что количество связанной воды в листе и побеге
(в зоне, примыкающей к соцветию) не одинаково и определяет опускание
либо устойчивость соцветий. Так, содержание связанной воды в прицветных побегах и в листе у сортов Марье Превосходная и Чудо Драйпса практически не различалось (см. рис. 3, Б). Это предполагает равномерное распределение воды по побегу и листьям, что обеспечивает оптимальный тургор тканей, препятствуя опусканию соцветий и повышая декоративность
растений.
Иным было распределение связанной воды в листьях и побегах у
сортов Мадам Фаустин, Мадам Муйе и Бриллиант. Повышенное содержание ее связанной фракции в листьях и низкое в побегах в условиях наи115
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
большей физиологической напряженности свидетельствует о перераспределении воды от соцветий к листьям, что способствует опусканию первых.
Этот факт согласуется с данными литературы о том, что поглощенная вода
поступает в плоды (соцветия) позже, чем в листья (10).
При корреляционном анализе, проведенном по данным 2007-2008
годов с целью выявления наиболее значимых для культуры стрессоров (табл.
2), для накопления сухого вещества таковым оказалась влажность почвы
(зависимость прямая — при увеличении количества почвенной влаги синтез метаболитов активизируется и накапливается больше сухого вещества в
листьях). Аналогичную зависимость выявили между оводненностью клеток
и влажностью почвы, при этом коэффициенты корреляции (r) составили
0,93-0,95, что указывает на тесную взаимосвязь между параметрами.
2. Коэффициенты парной корреляции (r ) между физиологическими показателями у гидрангеи крупнолистной (Hydrangea macrophylla Ser.) и почвенно-климатическими условиями в течение сезона вегетации (г. Сочи, 2007-2008 годы)
Показатель
Сухое вещество, %
Оводненность, %
Водный дефицит, %
Воздух
Почва
Температура, оС Влажность, % Температура, оС Влажность, %
0,10
?0,09
0,56
?0,25
0,43
?0,51
?0,11
?0,28
0,53
0,95
0,93
?0,03
Средняя степень корреляции проявилась между водным дефицитом
растений гидрангеи и температурой (прямая зависимость), а также влажностью воздуха (обратная зависимость).
Оценивая физиологическое состояние сортов по нескольким показателям водообеспеченности — водному дефициту, оводненности, содержанию сухого вещества и связанной воды, можно сделать вывод, что стабильно устойчивы в условиях субтропиков России сорта Марье Превосходная и Чудо Драйпса, относительно устойчивы — Бриллиант и Мадам
Муйе.
Необходимо также подчеркнуть, что период наибольших различий
между сортами по изучаемым показателям засухоустойчивости приходится
на цветение, которое по времени совпадает с засушливым периодом на
Черноморском побережье Краснодарского края. Отмеченные существенные различия между сортами по степени засухоустойчивости можно объяснить проявлением потенциальной жаро- и засухоустойчивости при
наибольшей напряженности лимитирующего фактора. Предварительно
можно также предположить, что у засухоустойчивых сортов в условиях
субтропиков России водопотеря в стрессовый период не должна превышать 12-15 %.
Таким образом, изучение показателей водообеспеченности у сортов
гидрангеи крупнолистной (Hydrangea macrophylla Ser.) позволило выявить
закономерности в изменении водного режима культуры и допустимые пределы колебаний параметров, характеризующих степень устойчивости сорта, а также основные стрессоры для культуры в целом. В частности, величина коэффициентов корреляции (0,93-0,95) указывает на достаточно тесную зависимость между оводненностью листовых тканей, накоплением сухого вещества в листе и влажностью почвы, свидетельствуя о том, что основной стрессор для гидрангеи — засуха.
ЛИТЕРАТУРА
1.
2.
116
Г о н ч а р о в а Э.А., М а ж о р о в Е.В. Физиологические подходы в изучении и
оценке устойчивости земляники к экстремальным условиям среды. Л., 1981, 1: 46-47.
Ж у ч е н к о А.А. Адаптивное растениеводство. Кишинев, 1990.
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
3.
М а л я р о в с к а я В.И., Б е л о у с О.Г. Концентрация клеточного сока в листьях
гидрангеи крупнолистной (Hydrangea macrophylla) при разных режимах температуры и
влажности. С.-х. биол., 2009, 3: 48-51.
4. П о ч и н о к Х.П. Методы биохимического анализа растений. Киев, 1976: 318-320.
5. Б а с л а в с к а я С.С., Т р у б е ц к о в а О.М. Практикум по физиологии растений.
М., 1964.
6. К у ш н и р е н к о М.Д., К у р ч а т о в Г.И., Ш т е ф ы р ц э А.А., П е ч е р с к а я С.Н.,
Б а ш т о в а я С.И., К р ю к о в а Е.В., Экспресс-метод диагностики жарозасухоустойчивости и сроков полива растений. Кишинев, 1986: 8.
7. Л а к и н Г.Ф. Биометрия. М., 1980: 293.
8. Г у с е в Н.А. Состояние воды и устойчивость растений. Состояние воды и водный обмен у культурных растений. М., 1971: 23-31.
9. Б о б р о в с к а я Н.И. Водный режим деревьев и кустарников пустынь (на примере
Юго-Восточных Каракумов). Л., 1985.
10. Г о н ч а р о в а Э.А. Водный статус культурных растений и его диагностика. СПб, 2005.
ГНУ Всероссийский НИИ цветоводства
и субтропических культур Россельхозакадемии,
Поступила в редакцию
23 декабря 2008 года
354002 г. Сочи, ул. Я. Фабрициуса, 2/28,
e-mail: subplod@mail.ru
ABOUT WATER RELATIONSHIPS OF Hydrangea macrophylla Ser.
IN THE CONDITIONS OF RUSSIAN SUBTROPICS
V.I. Malyarovskaya, O.G. Belous
Summary
The authors investigated the water metabolism in five varieties of Hydrangea macrophylla.
The authors determined the main parameters of water relationships, the level of plant resistance to
difficult environments and revealed the most stressed period of vegetation for these varieties.
Научные конференции
ВСЕРОССИЙСКАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ
ИНТЕРНЕТ-КОНФЕРЕНЦИЯ
«ЛУКОВИЧНЫЕ И КЛУБНЕЛУКОВИЧНЫЕ
ЦВЕТОЧНЫЕ КУЛЬТУРЫ — СОСТОЯНИЕ И
ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ В РОССИИ»
(21-22 сентября 2010 года)
Всероссийский НИИ цветоводства и субтропических культур (г. Сочи) приглашает принять участие в Интернет-конференции по следующим научным направлениям:
•
•
•
•
•
•
Аспекты селекции и семеноводства.
Проблемы интродукции.
Ресурсосберегающие технологии возделывания посадочного материала.
Экологизированные методы защиты от вредителей и болезней.
Современные подходы к использованию в озеленении.
Проблемы промышленного выращивания на срез и реализации цветочной продукции.
Контакты и информация: www.vniisubtrop.ru, subplod@mail.ru
VII СЪЕЗД ОБЩЕСТВА ФИЗИОЛОГОВ РАСТЕНИЙ
РОССИИ «ФИЗИОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ —
ФУНДАМЕНТАЛЬНАЯ ОСНОВА ЭКОЛОГИИ И
ИННОВАЦИОННЫХ БИОТЕХНОЛОГИЙ»
(4-10 июля 2011 года, г. Нижний Новгород)
Организаторы: РАН, РАЕН, Отделение биологических наук
РАН, Общество физиологов растений России, Институт физиологии растений им. К.А. Тимирязева РАН, Научный совет
по физиологии растений и фотосинтезу РАН, Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского
Контакты и информация:
www.unn.ru/plant_phys2011, plant_phys@bio.unn.ru
117
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ БИОЛОГИЯ, 2010, № 5
Иммунитет и защита растений
УДК 632.4.4.01/.08:631.95:54.027
РАСПРОСТРАНЕНИЕ ПАТОГЕННЫХ ГРИБОВ В АГРОБИОЦЕНОЗАХ
БРЯНСКОЙ ОБЛАСТИ С РАЗЛИЧНОЙ СТЕПЕНЬЮ РАДИОНУКЛИДНОГО
ЗАГРЯЗНЕНИЯ
Г.К. АНДРОСОВ, В.Ю. СИМОНОВ
Проводили микологический анализ фитопатогенных грибов сельскохозяйственных культур. Установлено распространение эризифовых грибов на загрязненных территориях (5-40 Ku/км2)
(преимущественно конидиальной стадии).
Ключевые слова: радиация, фитопатогенные грибы, мониторинг, почвы Юго-Запада России.
Key words: radiation, phytopathogenic fungi, monitoring, soils of the South-West of Russia.
Большая часть восточных и центральных районов Брянской области расположена в лесной зоне (район смешанных лесов) и только юговосточный край — в зоне лесостепи. Кроме того, Брянская область находится на стыке ареалов многих вредных организмов. Поэтому вредоносность большинства из них неустойчива. При изменении погодных условий
в течение одного или нескольких вегетационных периодов возможно размножение и накопление фитофагов, приуроченных к обитанию в лесостепных и степных зонах, что при повторении климатических условий на
протяжении ряда лет может привести к их массовому размножению (1).
Основные климатические показатели района такие же, как и в целом по центральной части подзоны широколиственных лесов Русской равнины. Однако под влиянием рельефа и состава пород в каждом типе ландшафта они существенным образом изменяются (2, 3).
В последние годы фитосанитарное состояние посевов сельскохозяйственных культур резко ухудшилось. Увеличилась засоренность, характер
чрезвычайных ситуаций приобретают вспышки массового размножения мышевидных грызунов, саранчовых, лугового мотылька, участились эпифитотии бурой ржавчины, септориоза, фузариоза колоса зерновых культур, фитофтороза картофеля, парши яблони и других болезней. В условиях спада
сельскохозяйственного производства недостаточное внимание к проблеме
защиты растений в конечном итоге приводит к существенным потерям
урожая от вредных организмов и снижению его качества. В среднем потенциальный недобор урожая от комплекса вредителей, болезней растений
и сорняков составляет на зерновых культурах 25,0, овощных и плодовых —
29,0, сахарной свекле — 24,5, картофеле — 31,5 % (4).
Практически ежегодно к значимым в агроценозах зерновых культур
относятся возбудители грибных заболеваний. Развитию и распространению
фитопатогенных популяций, кроме погодно-климатических условий, способствует появление территорий, временно выведенных из хозяйственного
использования, на которых происходит восстановление естественных ценозов, сопровождающееся повышением активности или деградацией отдельных видов патогенов. В изменяющейся экологической обстановке определяющее значение может иметь радиационный фактор, способный усилить
микроэволюционные процессы, а также возникшие в этом регионе нарушения привычных хозяйственных связей, в том числе как в организации защиты растений, так и собственно в сельскохозяйственном производстве.
118
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
Целью нашей работы был микологический анализ видового состава и
особенностей развития фитопатогенных грибов порядка Эризифовые в различных типах агробиоценозов в условиях радионуклидного загрязнения.
Методика. Исследования выполняли в 2002-2007 годах в семи районах Брянской области с различным типом почв, ландшафтов и агробиоценозов. Учитывалась степень радионуклидного загрязнения по плотности
137Cs. Ежегодно при отборе образцов на микологический анализ около
каждой пробной площадки проводили измерения мощности экспозиционной дозы ?-излучения (МЭД) на почве и на высоте 1 м от почвы дозиметром ДРГ-01Т (Россия) с точностью 1,0 мкР/ч. Плотность загрязнения
137Cs < 0,5-0,6 Ku/км2 принята за контроль.
Микологический анализ возбудителей заболеваний сельскохозяйственных культур осуществляли методом прямого микроскопирования образцов с использованием МБС-1 и МБИ (Россия; увеличение соответственно
Ѕ12,5Ѕ7 и Ѕ40Ѕ15). При диагностике из некоторых изолятов выделяли чистую культуру на сусло-агаре (СА). Таксономическую оценку проводили
согласно описанию (5-7). Пробы сельскохозяйственных культур для микологического анализа состава и особенностей развития возбудителей заболеваний отбирали с площади 1 га по 100 шт., в 3-кратной повторности.
Данные обрабатывали методом дисперсионного анализа (8, 9).
Результаты. Характеристика ландшафта, почв агробиоценозов и радиационного фона в районах исследований (10) представлена в таблице 1.
1. Характеристика ландшафта, почв, агробиоценозов и радиационного фона
в районах проведения микологических исследований (Брянская обл.) (10)
Район
исследований
Брянский
Жуковский
Выгоничский
Гордеевский
Злынковский
Красногорский
Новозыбковский
Ландшафт, почва
Ландшафт: опольского и полесского типа, водноледниковые суглинистые и супесчано-суглинистые
равнины. Почвы: серые лесные, дерновосредне- и
слабоподзолистые легкосуглинистые, супесчаные и
песчаные.
Ландшафт: опольского и полесского типа, водноледниковые суглинистые и равнины, моренные
равнины и речные долины. Почвы: серые и светлосерые лесные легкосуглинистые, темно-серые лесные, дерново-подзолистые легкосуглинистые на покровных и моренных суглинках, на лессовидных
суглинках, дерново-подзолистые супесчаные и
песчаные.
То же
Ландшафт: морено-зандровые равнины с волнистым и
плоским характером поверхности. Почва: дерновоподзолистая супесчаная.
Ландшафт: морено-зандровые равнины с волнистым и
плоским характером поверхности. Почва: дерново-подзолистая песчаная и супесчаная.
Ландшафт: характер поверхности равнинный. Почвы: дерновосредне- и слабоподзолистые легкосуглинистые и супесчаные.
Ландшафт: морено-зандровые равнины с волнистым и
плоским характером поверхности. Почвы: дерновосредне- и слабоподзолистые легкосуглинистые и
супесчаные.
Средняя стеТип
пень загрязагробиоценозов нения 137Cs,
Ku/км2
Зернобобовые,
овощные, ягодные
(кустарники)
0,5
Зернобобовые,
фруктовые
0,6
Зернобобовые
Зернобобовые
0,5
16,1
Зернобобовые
14,1
Зернобобовые
16,7
Зернобобовые
20,9
Пиреномицеты, к которым относятся грибы порядка Эризифовые, —
распространенные и вредоносные паразиты многих сельскохозяйственных
культур Нечерноземья (11).
В результате микологического анализа посевов сельскохозяйственных культур мы выявили комплекс патогенов (44 вида и их специализированные формы). В Брянской области встречались практически все виды
119
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
патогенов, распространенные в средней полосе (табл. 2): доминирующее
положение занимали грибы рода Erysiphe с высокой степенью заражения
посевов зерновых (60,0 %) и овощных (80,0 %) культур при выраженных
симптомах заболевания мучнистой росой эпифитотийного характера. Вторым наиболее распространенным комплексом патогенов оказались грибы
из рода Fusarium (возбудители корневых гнилей). Чаще других встречались
F. oxysporum (47,0 %) и F. sporotrichiella (26,2 %). Наличие корневых гнилей
в посевах пшеницы, овса, ячменя с заселением до 70,0-95,0 % также свидетельствовало о наличии эпифитотий. Отмечалось распространение возбудителей снежной плесени (F. nivale): на обследованных территориях поражение достигало 80,0 %.
Как известно, развитие болезней растений зависит от ряда факторов: погодных условий, фенологического состояния растений, сортовой восприимчивости, насыщения севооборотов соответствующими восприимчивыми культурами, агротехнических мероприятий и др. Менее всего известно влияние ксенобиотиков, в частности радионуклидов. По мнению специалистов, этот фактор может определять развитие грибных заболеваний в
агроценозах.
Изучение особенностей формирования эпифитотий основных болезней сельскохозяйственных культур в Юго-Западном регионе России
(Брянская обл.) указывает на опасные тенденции ухудшения фитосанитарного состояния агрофитоценозов вследствие ряда причин, в том числе
радионуклидного загрязнения (12-14). Для Брянской области и прилегающих территорий поверхностному загрязнению радионуклидами в результате аварии на Чернобыльской АЭС подверглось 0,81 млн га, в том числе
сельскохозяйственные угодья (их общая площадь в Брянской области составляет 1,8 млн га), которые на протяжении последующих 10 лет не исключались из сельскохозяйственного использования. В результате развиваются процессы деградации экосистем, а мутагенный эффект радионуклидов и других ксенобиотиков приводит к изменению генетического пула.
Однако неясен характер
проявления биологических свойств
патогенов на таком фоне, в особенности грибов со сложным циклом развития, к которым относятся грибы порядка Эризифовые.
В их цикле развития имеются конидиальная и сумчатая стадии.
Считается, что степень паразитизма у этой группы зависит от
Титр спор возбудителя темно-бурой пятнистости
конидиальной стадии. Радионук(Bipolaris sorokiniana Shoem.) в почве под поселидное загрязнение как мутагенвами ярового ячменя сорта Гонар в зависимости
от плотности загрязнения радионуклидами (Брянный фактор дополняет комплекс
ская обл., 2005-2007 годы).
абиогенных и биогенных факторов, которые действуют в агрофитоценозах при внедрении специальных
агротехнических приемов, направленных на снижение перехода радионуклидов в растениеводческую продукцию. Такие условия неадекватны природе климаксного состояния агробиоценозов, разрушают агроконсорции, в
том числе влияют на взаимодействие сапрофитного и патогенного комплекса микоты с растениями.
При изучении биологии развития некоторых видов грибов на загрязненных территориях, в частности формирования аскоспор и конидий,
у мучнисторосяных грибов (p. Erysiphe) повсеместно отмечалось преобла120
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
дание конидиальной стадии, при этом как пшеничная форма, так и ржаная давали восемь поколений за вегетационный период. Развитие мучнисторосяных грибов на озимых было связано непосредственно с конидиальным заражением, а не с формированием клейстотеций.
Преобладание конидиальной стадии в популяции грибов создает напряженность инфекции и быстрое развитие эпифитотий.
При оценке динамики накопления спор возбудителя темно-бурой
пятнистости (Bipolaris sorokiniana Shoem.) в почве под посевами ярового
ячменя в зависимости от плотности радионуклидного загрязнения (рис.)
наблюдали увеличение титра при повышении радиационного фона.
Сравнивая показатель интенсивности распространения инфекции по
Ван дер Планку (1966), мы установили его увеличение (r = 0,1380) для
пшеничной формы эризифовых грибов в зоне с радионуклидным загрязнением по сравнению с контролем, где он составил 0,0456-0,0568.
2. Виды и формы патогенных грибов, выявленные на сельскохозяйственных
культурах (Брянская обл., 2002-2007 годы)
Вид, форма
Fusarium graminearum Schwabe.
F. nivale Ces. (Calonectria graminicola)
Sphacelia segetum Lev. (Claviceps purpurea)
Psevdodiplodia avence (Didymosphaeria autumnatic)
Melanomna ponici-miliacei Murashk. (Sphaeriales)
Phyilachore graminis Fckl.
Erysiphe graminis DC. f. tritici
E. graminis DC. f. secalis
E. graminis DC. f. hordei
E. graminis DC. f. avenae
E. communis Grew. f. pisi
E. communis Grew. f. trifolii
E. communis Grew. f. viciae
E. communis Grew. f. lupinicola
E. communis Grew. f. medicaginis
E. communis Grew. f. melilotus
E. communis Grew. f. ervi
E. communis Grew. f. phaseoli
E. communis Grew. f. glicine
E. cichoracearum DС. f. nicotianae
E. cichoracearum DС. f. lini
Sphaeroteca macularis P. Magn. f. numulis
E. cichoracearum DС. f. cucurbicearum
E. communis Grew. f. betae Jacz.
E. communis Grew. f. brassica
E. umbelliferarum De Bary f. dauci
E. umbelliferarum De Bary f. apii
E. umbelliferarum De Bary f. pastinacea
E. umbelliferarum De Bary f. anethe
E. umbelliferarum De Bary f. carvi
E. umbelliferarum De Bary f. coriandi
E. umbelliferarum De Bary f. pimpinella
Septoria linicola, Phoma solanicola Prill. et Delacr.
Podosphaera leucotricha Salm.
P. oxyacanthae De By
P. oxyacanthae De By f. piri
P. oxyacanthae De By f. crataegi
P. tridactyla (Wallr.) pruni
P. tridactyla (Wallr.) f. padi
Sphaeroteca mors-uvea Berk. & Curt.
S. macularis (Wallr. ex Fr.)
Культура
Пшеница
Пшеница, рожь
Рожь
Овес
Гречиха
Злаковые травы
Пшеница
Рожь
Ячмень
Овес
Горох
Клевер
Кормобобовые
Люпин
Люцерна
Донник
Чечевица
Фасоль
Соя
Табак
Лен
Хмель
Огурец, тыква
Сахарная свекла
Капуста
Морковь
Сельдерей
Пастернак
Укроп
Тмин
Кориандр
Анис
Картофель
Яблоня, груша
Яблоня, роза
Груша
Боярышник
Слива, вишня
Черемуха
Крыжовник, смородина
Земляника садовая
Таким образом, при микологическом обследовании агрофитоценозов в Брянской области показано преимущественное распространение мучнисторосяных эризифовых грибов. Выявленные закономерности распространения патогенного комплекса на фоне радионуклидного загрязнения характеризуют фитосанитарную обстановку в агробиоценозах Брянской области как напряженную. Полученные результаты подтверждают целесооб121
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
разность организации фитосанитарного мониторинга (в частности, по эризифовым грибам) на радиоактивно загрязненных территориях.
ЛИТЕРАТУРА
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
Комплексная система защиты зерновых культур, возделываемых на территории Брянской области, подвергшейся радиактивному загрязнению, от вредителей, болезней и
сорняков. Брянск, 1995.
Природное районирование и типы сельскохозяйственных земель Брянской области.
Брянск, 1975.
Природно-сельскохозяйственное районирование земельного фонда СССР /Под ред. А.Н. Каштанова. М., 1983.
А л е х и н В.Т. Перспективы улучшения фитосанитарного состояния агроценозов. Защита и карантин растений, 2006, 5: 7-10.
Д у р а н и н а Е.П., В е л и к а н о в Л.Л. Почвенные фитопатогенные грибы. М.,
1984: 104.
Б у л о х о в А.Д. Введение в систематику водорослей и грибов. Брянск, 1999.
Грибы. Т. 2 /Под ред. М.В. Горленко. 2-е изд. перераб. М., 1991.
Основы научных исследований в агрономии /Под ред. В.Ф. Моисейченко, М.Ф. Трифонова, А.Х. Заверуха и др. М., 1996.
Д о с п е х о в Б.А. Методика полевого опыта. 5-е изд., доп. и перераб. М., 1985.
В о р о б ь е в Г.Т., Г у ч а н о в Д.Е., М а р к и н а З.Н. и др. Радиактивное загрязнение почв Брянской области. Брянск, 1994: 149.
Защита растений в устойчивых системах землепользования (в 4 книгах). Кн. 1 /Под
общ. ред. Д. Шпаара. Торжок, 2003.
М а р ч е н к о Е.В., Ж а р и н а Н.Л., Х о х л о в Г.Н. Изучение влияния ионизирующих излучений на взаимоотношения в хозяинно-паразитной системе на примере
вредной черепашки и теленомин. СПб, 2004.
Х о х л о в Г.Н., Ж а р и н а Н.Л, М а р ч е н к о Е.В. и др. Чувствительность насекомых к ионизирующим излучениям. Мат. Всерос. съезда по защите растений «Защита
растений в условиях реформирования агропромышленного комплекса: экономика, эффективность, экологичность». СПб, 1995: 531-532.
У л ь я н е н к о Л.Н., Ф и л и п а с А.С., Р а т н и к о в А.Н. и др. Некоторые аспекты защиты посевов зерновых злаковых культур на техногенно загрязненных территориях. Мат. Всерос. съезда по защите растений «Защита растений в условиях реформирования
агропромышленного комплекса: экономика, эффективность, экологичность». СПб, 1995: 143.
Поступила в редакцию
12 декабря 2007 года
ФГОУ ВПО Брянская государственная
сельскохозяйственная академия,
243365 Брянская обл., Выгоничский р-н, с. Кокино,
e-mail: Cit@bgsha.com, simonov_84@mail.ru
DISTRIBUTION OF PATHOGENIC FUNGI IN AGROBIOCENOSIS WITH
VARIOUS LEVEL OF RADIONUCLIDE POLLUTION IN BRYANSKAYA
OBLAST’
G.K. Androsov, V.Yu. Simonov
Summary
The mycological analysis of phytopathogenic fungi in agricultural crops was made. The
distribution of erysiphic fungi on contaminated soils (5-40 Ku/km2) (conidial stage, mainly) was
established.
Новые книги
К о н с т а н т и н о в В.М., Ч е л и д з е Ю.Б.
и др. Рациональное использование природных
ресурсов и охрана природы /Под ред. В.М. Константинова. М.: изд-во «Академия», 2009, 272 с.
В учебном пособии описаны общие
закономерности функционирования природных экосистем разного уровня, их структура
и устойчивость. Особое внимание уделено биосфере как глобальной экосистеме. Рассмотрены
122
взаимоотношения природы и общества, использование природных ресурсов, загрязнение окружающей среды, экологические основы рационального природопользования и
охраны природы, проблемы экологической
безопасности при различных видах хозяйственной деятельности, правового обеспечения
рационального природопользования, международного сотрудничества в области охраны
окружающей среды.
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ БИОЛОГИЯ, 2010, № 5
Юбилейные даты
Александру Александровичу Жученко — 75 лет
25 сентября 2010 года
исполнилось 75 лет доктору биологических наук, профессору, академику Российской академии наук
(РАН), действительному члену (академику) Российской академии сельскохозяйственных наук (РАСХН)
Александру Александровичу Жученко.
Родился А.А. Жученко 25 сентября 1935 года в г. Ессентуки Ставропольского края, в 1960 году
с отличием окончил Высший сельскохозяйственный
институт им. В. Коларова
(Болгария). Его основные
вехи работы: 1960-1966 годы — управляющий отделением, главный агроном,
директор совхоза; 1967-1976
годы — директор Молдавского НИИ орошаемого земледелия и овощеводства
(г. Тирасполь), одновременно (с 1973 года) генеральный директор НПО
«Днестр»; 1976-1977 годы — вице-президент, 1977-1989 годы — президент
Молдавской академии наук; одновременно (с 1980 года) директор Института
экологической генетики Молдавской АН (г. Кишинев); 1989-1992 годы — заместитель председателя Государственного комитета СССР по науке и технике; 1992-2009 годы — вице-президент Российской академии сельскохозяйственных наук, заведующий кафедрой генетики Московской сельскохозяйственной академии им. К.А. Тимирязева и лабораторией рекомбиногенеза Всероссийского НИИ сельскохозяйственной биотехнологии (1992-2007), с 2009
года по настоящее время — советник Россельхозакадемии.
Фундаментальные исследования академика А.А. Жученко в области
частной и экологической генетики культурных растений, селекции растений, а также стратегии адаптивной интенсификации сельского хозяйства
получили мировое признание. Он впервые в мировой практике провел
всесторонний дискретно-системный анализ адаптивного потенциала культурных растений, выявил важнейшие особенности и качественно новые
механизмы адаптивных реакций в онтогенезе и филогенезе, обосновал и
сформулировал основные положения частной генетики растений (на примере томатов), экологической генетики культурных растений (адаптация,
рекомбиногенез, агробиоценоз), эколого-генетические основы адаптивной
системы селекции растений и адаптивного растениеводства, стратегии адаптивной интенсификации сельского хозяйства, разработал новые направления управления адаптивными реакциями растений в онтогенезе и филогенезе. Им создана научная школа по адаптивному растениеводству, подготовлено 50 кандидатов и 7 докторов наук.
123
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
На основе системного подхода А.А. Жученко обосновал целесообразность совместного анализа таких традиционно обособленных проблем,
как адаптация, рекомбинация и агробиоценоз. Он показал, что именно
при комплексном решении указанных проблем возможно эффективное
использование достижений фундаментальной науки для увеличения продукционных и средоулучшающих функций агроландшафтов. Исходя из
этого им сформулированы главные эколого-генетические принципы стратегии адаптивной интенсификации растениеводства. В их числе создание
сортов и гибридов, сочетающих высокую потенциальную продуктивность с
экологической устойчивостью, конструирование агроэкосистем и агроландшафтов на основе эволюционно-аналогового подхода (увеличение разнообразия культивируемых видов, их агроэкологическая специализация,
использование механизмов и структур биоценотической саморегуляции),
оптимизация пространственно-временной организации агрофитоценозов,
адаптивное размещение сельскохозяйственных культур в макро-мезо- и
микрозонах, адаптивное землеустройство, применение адаптивно-интегрированной системы защиты растений, переход к стратегии адаптивной интенсификации сельского хозяйства.
Развитие системных представлений о механизмах формирования
адаптивного потенциала на уровне отдельного растения, популяции, вида,
агробиоценоза дало возможность А.А. Жученко обосновать ряд новых положений теории синтетической селекции растений. К числу важнейших из
них относятся: сохранение адаптивного потенциала генофонда культивируемых видов как постоянно эволюционирующей системы; создание идентифицированных генетических коллекций детерминантов мейотической рекомбинации (гес-генов, mei-генов и др.); построение интегрированных селекционно-агротехнических и эколого-технологических программ; учет энергетической «цены» экологической устойчивости растений; повышение пространственной и временной репрезентативности оценок адаптивного потенциала сортов; принципы организации эколого-географической селекционной и сортоиспытательной сети и др.
Особое внимание в своих исследованиях А.А. Жученко уделяет
экологизации и биологизации интенсификационных процессов за счет агроэкологического макро-мезо- и микрорайонирования территории, адаптивной селекции, конструирования высокопродуктивных и экологически
устойчивых агроэкосистем и агроландшафтов, дифференцированного (высокоточного, прецизионного) применения техногенных ресурсов (минеральных удобрений, мелиорантов, пестицидов, техники и пр.). В то же
время, подчеркивая основополагающую роль фотосинтеза в формировании величины и качества урожая, ископаемой энергии А.А. Жученко отводит хотя и важную, но лишь вспомогательную роль. При этом малые
потоки ископаемой энергии должны использоваться в первую очередь для
увеличения ассимилирующей, почвообразующей и фитосанитарной производительности основных биологических компонентов агробиогеоценозов (растений, почвенной микрофлоры, орнито- и энтомофауны и др.), то
есть управления большим потоком солнечной энергии. Адаптивная интенсификация растениеводства ориентирует на расширение не только продукционной, но и средообразующей (почвоулучшающей, ресурсовосстанавливающей, почвозащитной, фитосанитарной, дизайно-эстетической и
др.) функции агроэкосистем и агроландшафтов.
А.А. Жученко считает, что при переходе к адаптивному сельскохозяйственному производству стратегии эволюции природы и растениеводства должны не расходиться, а наоборот, взаимодействуя, обогащать друг
124
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
друга, обеспечивая биосферосовместимость и высокое качество жизни человека. Одновременно система сельскохозяйственного природопользования
и общественных отношений должны органично соответствовать естественным законам функционирования биосферы, а концепция и принципы
перехода к адаптивному сельскому хозяйству — выступать в качестве естественнонаучной базы формирования рыночных механизмов экономики и
регуляторных функций государства. При адаптивной интенсификации растениеводства продукционные, природоохранные и средообразующие функции агроэкосистем являются одинаково важными и взаимосвязанными,
обеспечивая тем самым их биосферосовместимость и высокое качество среды обитания человека.
Важной особенностью стратегии адаптивной интенсификации, по
мнению А.А. Жученко, считается всемерное повышение прогностических
и преадаптивных возможностей растениеводства. В практическом плане
это означает учет возможных глобальных и локальных изменений климата, погодных условий (это особенно важно в современных условиях), демографической ситуации, конъюнктуры рынка, платежеспособного спроса на продовольствие и других факторов с целью своевременного принятия упреждающих мер для снижения степени риска (погодного, коммерческого и др.).
Разработанное А.А. Жученко учение об адаптивном потенциале
культурных растений получило широкое использование в селекционных
программах, зональных системах земледелия, научно-практических руководствах и рекомендациях, методиках, пособиях, концепциях, монографиях и др. В национальной стратегии сохранения биоразнообразия России
развитие адаптивного сельского хозяйства признано необходимым условием ее реализации.
По проблемам частной и экологической генетики, агроэкологии,
селекции растений, стратегии адаптивной интенсификации сельского хозяйства им опубликовано свыше 600 научных работ, в том числе крупные
монографии: «Генетика томатов» (1973), «Экологическая генетика культурных растений (адаптация, рекомбиногенез, агробиоценоз)» (1980); «Адаптивный потенциал культурных растений (эколого-генетические основы)»
(1988); «Адаптивное растениеводство (эколого-генетические основы)» (1990);
«Стратегия адаптивной интенсификации сельского хозяйства» (1994); «Фундаментальные и прикладные научные приоритеты адаптивной интенсификации растениеводства в XXI веке» (2000); «Адаптивная система селекции
растений (эколого-генетические основы)» (в двух томах, 2001), «Экологическая генетика культурных растений» (2003), «Экологическая генетика
культурных растений и проблемы агросферы (теория и практика)» (в двух
томах, 2004), «Ресурсный потенциал производства зерна в России (теория
и практика)» (2004), «Адаптивное растениеводство (эколого-генетические
основы) теория и практика» (в трех томах, 2008-2009), «Экологическая генетика культурных растений как самостоятельная научная дисциплина.
Теория и практика» (2010) и др.
Теоретическая и практическая значимость указанного цикла монографических работ обусловлены их фундаментальностью, научной новизной, актуальностью и широтой охвата рассматриваемых проблем.
А.А. Жученко активно участвует в научной и общественной жизни:
он председатель правления фонда им. А.Т. Болотова, председатель редакционного совета журнала «Сельскохозяйственная биология» (серия «Биология растений»), член бюро Научного совета РАН по проблемам экологии и чрезвычайным ситуациям, член редакционного совета журналов
125
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
«Экологическая генетика», «Агро XXI», член бюро Отделения растениеводства Россельхозакадемии, член Президиума Центрального совета Вавиловского общества генетиков и селекционеров (ВОГиС) и вице-президент ВОГиС.
Отличительными чертами А.А. Жученко как человека является полная самоотдача основному делу своей жизни — науке, преданность семье,
его увлечение в редкое свободное время — рыбалка.
Академику А.А. Жученко присвоено почетное звание заслуженного деятеля науки Российской Федерации (1995), он награжден орденами
Ленина (1966), Октябрьской революции (1973), тремя орденами Трудового
Красного Знамени (1971, 1981, 1985), орденом «За заслуги перед Отечеством» IV степени (2006), многими медалями СССР, России и Болгарии,
Золотой медалью им. Н.И. Вавилова (1974), Большой Золотой медалью
Словацкой академии наук (1982), тремя Золотыми медалями ВДНХ, золотой медалью МСХ РФ.
Академик РАСХН И.В. Савченко
Редакция и редакционный совет журнала «Сельскохозяйственная биология» от всей души
поздравляют выдающегося ученого, академика Александра Александровича Жученко с 75-летием.
30 лет назад, в 1980 году Александр Александрович вошел в состав редколлегии журнала «Сельскохозяйственная биология», а с 1989 года он возглавляет редакционный совет серии «Биология растений». Все эти годы постоянно ощущается его помощь, поддержка, заинтересованность в судьбе журнала, в повышении его научного уровня, укреплении статуса академического издания. Мы поздравляем Александра Александровича с юбилеем и желаем ему крепкого здоровья, творческого долголетия,
добра, тепла и счастья его дому и близким.
Новые книги
Г е р а с ь к и н С.А., С а р а п у л ь ц ев а Е.И., Ц а ц е н к о Л.В. и др. Биологический контроль окружающей среды. Генетический
мониторинг /Под ред. С.А. Гераськина, Е.И. Сарапульцевой. М.: изд-во «Академия», 2010, 208 с.
В учебном пособии освещены теоретические основы и методология генетического мониторинга окружающей среды, описаны наиболее часто используемые практические методики. По структуре и содержанию
книга представляет собой основу практикума
к таким дисциплинам, как «Биологический и
экологический мониторинг», «Генетика и селекция», «Генетический мониторинг трансгенов», входящих в учебные планы многих
специальностей биолого-экологической и агрономической направленности.
Н и к о л ь с к и й В.И. Генетика. М.: издво «Академия», 2010, 256 с.
В учебном пособии изложены главнейшие научные открытия в биохимической
и молекулярной генетике, приведшие к современным представлениям о сущности генетической информации и веществе наследственности, а также о некоторых механизмах
регуляции работы генома в ходе индивидуального развития.
Л и т в а к Н.В. Информационное общество:
перманентная эволюция. М.: изд-во «Колос»,
126
2008, 416 с.
В книге изложены определения информации, история её изучения, работы с
ней, а также информационных и коммуникационных технологий. Рассмотрены концепции информационного общества и информационной составляющей в традиционных социологических и политических теориях, соотношение и взаимодействие технологической и общественной информации и знаний,
гуманитарных и естественных наук.
Д е н и с о в В.В. Экология: Уч. пос. Изд. 4-е,
испр. и доп. М.: изд-во «Феникс», 2009, 767 с.
В книге изложены научные основы
охраны среды обитания человека — фундаментальные законы экологии, учение о биосфере, принципы рационального природопользования, экологические аспекты устойчивого
развития государства. Большое внимание уделено защите атмосферы, гидросферы и педосферы от загрязнения, при этом сделан акцент на эколого-правовой инструментарий
охраны природы. Рассмотрены вопросы экологии урбанизированных территорий, элементы экологии военной деятельности, даны
рекомендации по предотвращению чрезвычайных ситуаций природного и техногенного
характера, снижению ущерба от них, указаны
способы защиты населения и территорий.
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ БИОЛОГИЯ, 2010, № 5
СОДЕРЖАНИЕ
ИТОГИ, ПРОБЛЕМЫ
Пивоваров В.Ф. К 90-летию Всероссийского НИИ селекции и семеноводства
овощных культур: история, достижения, приоритеты . . . . . . . .
3
165 ЛЕТ ВСЕРОССИЙСКОМУ НИИ СЕЛЕКЦИИ ПЛОДОВЫХ КУЛЬТУР:
НАУЧНЫЕ РАЗРАБОТКИ И СЕЛЕКЦИОННЫЕ ДОСТИЖЕНИЯ
Седов Е.Н., Грюнер Л.А. Старейшее учреждение России по селекции плодовых
культур . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Седов Е.Н., Левгерова Н.С., Салина Е.С. и др. Подбор и создание сортов яблони
для сокового производства . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Макаркина М.А., Грюнер Л.А., Янчук Т.В. и др. Содержание пектиновых веществ в плодах яблони в условиях Центрально-Черноземной зоны России
Голяева О.Д. Селекционная оценка гибридных семей смородины красной . .
Леоничева Е.В., Мотылева С.М., Кузнецов М.Н. и др. Формирование состава
микроэлементов у ягодных растений в условиях повышенного содержания
тяжелых металлов в почве . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10
16
23
27
31
ДНК-ТЕХНОЛОГИИ, МОЛЕКУЛЯРНОЕ МАРКИРОВАНИЕ
Климушина М.В., Крупин П.Ю., Дивашук М.Г. и др. Об оптимизации систем
молекулярного маркирования Waxy-генов пшеницы для целей MAS-селекции . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Кадырова Г.Д., Кадырова Ф.З., Мартиросян Е.В. и др. Анализ геномного разнообразия образцов и сортов гречихи посевной и татарской ISSR-методом .
Князев А.В., Вершинина З.Р., Баймиев А.Х. и др. Генетическая трансформация
рапса (Brassica napus L.) сорта Hanna с помощью Agrobacterium tumefaciens
AGL0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Гучетль С.З., Антонова Т.С., Челюстникова Т.А. и др. Внутривидовой полиморфизм возбудителя ложной мучнистой росы подсолнечника, выявляемый
молекулярными маркерами . . . . . . . . . . . . . . . . .
36
42
49
55
КУЛЬТУРА КЛЕТОК И ТКАНЕЙ
Дьячук Т.И., Хомякова О.В., Дугина Т.О. Цитологическое подтверждение спорофитного развития микроспор в культуре пыльников тритикале без холодового
воздействия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Верба В.М., Мамедов М.И., Пышная О.Н. и др. Получение межвидовых гибридов баклажана методом эмбриокультуры . . . . . . . . . . . . .
61
66
ГЕНЕТИКА, СЕЛЕКЦИЯ, СЕМЕНОВОДСТВО
Гончарова Ю.К. Наследование признаков, определяющих физиологический базис гетерозиса у гибридов риса . . . . . . . . . . . . . . . . .
Шацкая О.А. Создание гаплоиндукторов кукурузы: три цикла отбора на высокую частоту индукции матроклинных гаплоидов . . . . . . . . . . .
Батурин С.О., Амброс Е.В. Особенности прорастания семянок агамоспермных
потомков Fragaria Ѕ ananassa Duch. при разных способах семенной репродукции . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
72
79
87
ПРОБЛЕМЫ АДАПТАЦИИ
Сергеева Н.Н., Бунцевич Л.Л. Морфогенетические особенности развития и режим питания яблони в условиях юга России . . . . . . . . . . .
Тимофеев Н.П. Рост и биосинтез экдистероидов у левзеи сафлоровидной под влиянием эдафических факторов . . . . . . . . . . . . . . . . .
Войцековская С.А., Сотникова Н.В., Верхотурова Г.С. и др. Особенности метаболической адаптации у растений амаранта в условиях гипобарической гипоксии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Маляровская В.И., Белоус О.Г. О водном режиме гидрангеи крупнолистной
(Hydrangea macrophylla Ser.) в условиях субтропиков России . . . . . .
92
98
106
112
ИММУНИТЕТ И ЗАЩИТА РАСТЕНИЙ
Андросов Г.К., Симонов В.Ю. Распространение патогенных грибов в агробиоценозах Брянской области с различной степенью радионуклидного загрязнения . .
118
ЮБИЛЕЙНЫЕ ДАТЫ
Александру Александровичу Жученко — 75 лет (академик РАСХН И.В. Савченко) .
123
Новые книги
30, 48, 60, 71, 97, 111, 122, 126
Научные собрания
9, 78
Научные конференции
54, 117
127
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
AGRICUTURAL BIOLOGY, 2010, № 5
CONTENTS
Pivovarov V.F. To 90-anniversary of All-Russian Scientific Research Institute of
Selection and Seed Production of Vegetable Crops (VNIISSOK): history, achievements, priorities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Sedov E.N., Gryuner L.A. The oldest Russian institute of fruit crops breeding . . .
Sedov E.N., Levgerova N.S., Salina E.S. e.a. Selection and creation of apple varieties for
juice production . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Makarkina M.A., Gryuner L.A., Yanchuk T.V. e.a. Content of pectines in apples in the
conditions of Russian Centrally-Chernozem region . . . . . . . . . . .
Golyaeva O.D. Breeding estimation of red currant hybrid families . . . . . . .
Leonicheva E.V., Motyleva S.M., Kuznetsov M.N. e.a. Formation of microelement’s
composition in berry plants in the conditions of higher content of heavy metals in
the soil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Klimushina M.V., Kroupin P.Yu., Divashuk M.G. e.a. About optimization of molecular
labeling of wheat Waxy-genes for MAS-selection . . . . . . . . . . .
Kadyrova G.D., Kadyrova F.Z., Martirosyan E.V. e.a. Analysis of genomic diversity of
samples and cultivars in common buckwheat (Fagopyrum esculentum Moench) by
the ISSR-method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Knyazev A.V., Vershinina Z.R., Baimiev A.Kh. e.a. Genetic transformation of Brassica
napus L. Hanna variety with the help of Agrobacterium tumefaciens AGL0 . . .
Guchetl’ S.Z., Antonova T.S., Chelyustnikova T.A. e.a. Intraspecific polymorphism in
sunflower false mildew revealed by molecular markers . . . . . . . . . .
D’yachuk T.I., Khomyakova O.V., Dugina T.O. Cytological evidence of sporophyte development of microspores in culture of triticale anthers without cold treatment .
Verba V.M., Mamedov M.I., Pyshnaya O.N. e.a. Isolation of eggplant interspecific hybrids by the method of embryo culture . . . . . . . . . . . . . . .
Goncharova Yu.K. Inheritance of determinants specific for physiological heterosis basis
in rice hybrids . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Shatskaya O.A. Haploinductors isolation in maize: three cycles of selection on high
frequency of induction of matroclinal haploids . . . . . . . . . . . .
Baturin S.O., Ambros E.V. Peculiarities of the seed germination of agamospermic seedlings
Fragaria Ѕ ananassa Duch. in different breeding systems . . . . . . . . .
Sergeeva N.N., Buntsevich L.L. Morphogenetic features of development and the feed
regime of an apple-tree in the conditions of south of Russia . . . . . . . .
Timofeev N.P. Growth and biosynthesis ecdysteroids in Rhaponticum carthamoides
(Willd.) Iljin under the influence of edaphic factors . . . . . . . . . .
Voitsekovskaya S.A., Sotnikova N.V., Verkhoturova G.S. e.a. Features of metabolic adaptability in amaranth plants in the conditions of hypobaric hypoxia . . . . . .
Malyarovskaya V.I., Belous O.G. About water relationships of Hydrangea macrophylla
Ser. in the conditions of Russian subtropics . . . . . . . . . . . . .
Androsov G.K., Simonov V.Yu. Distribution of pathogenic fungi in agrobiocenosis with
various level of radionuclide pollution in Bryanskaya oblast’ . . . . . . . .
3
10
16
23
27
31
36
42
49
55
61
66
72
79
87
92
98
106
112
118
ОАО «АГЕНТСТВО ПО РАСПРОСТРАНЕНИЮ
ЗАРУБЕЖНЫХ ИЗДАНИЙ»
Создано 1 октября 1963 года с целью дальнейшего улучшения дела распространения зарубежных газет и журналов и повышения качества операций, связанных с экспортом советской
печати за границу.
Агентство осуществляет доставку и экспедирование печатной продукции по разным системам
распространения по России, странам СНГ и дальнего зарубежья c любого срока с соблюдением всех таможенных формальностей.
НАШ АДРЕС:
107996 г. Москва, ГСП, И-110
Протопоповский переулок
дом 19, корпус 17
128
Тел.: (495) 680-89-87, (495) 680-90-88
Факс: (495) 631-62-55
E-mail: secret@arzi.ru, www.arzi.ru
Документ
Категория
Журналы и газеты
Просмотров
755
Размер файла
4 503 Кб
Теги
сельскохозяйственных, 2010, биологии
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа