Статьи журнала - Сельскохозяйственная биология
Все статьи: 1632
Создание исходного материала для селекции сои на основе использования различных методов
Статья научная
Проводили сравнительную оценку различных методов создания исходного материала для селекции сои: гибридизация, физический и химический мутагенез, гибридизация в сочетании с мутагенезом. У гибридов, мутантов и гибридомутантов определяли продуктивность, морфологические и количественные признаки, а также устойчивость к болезням. Для выявления генетического разнообразия и изменчивости количественных признаков использовали коэффициент наследуемости.
Бесплатно
Создание исходного материала овощных культур: идеи Н.И. Вавилова и современные технологии
Статья научная
Обсуждаются результаты применения методов классической и молекулярной биологии, биотехнологии для создания принципиально нового исходного материала, его включения в селекционные программы и получения конкурентоспособных отечественных сортов и гибридов овощных культур. Использование разных способов оценки и развитие современных технологий управления процессами формообразования позволило сформировать во Всероссийском НИИ селекции и семеноводства овощных культур (ВНИИССОК) богатейшую признаковую коллекцию более чем из 16 тыс. образцов 111 культур, относящихся к различным ботаническим таксонам. На основе фундаментальных исследований и привлечения генетических источников из полученной коллекции методами селекции ежегодно создается более 20 сортов и гибридов с заданными признаками для удовлетворения требований рынка. Всего во ВНИИССОК получено более 850 сортов и гибридов, из которых 533 включены в Государственный реестр селекционных достижений, допущенных к использованию в 2012 году.
Бесплатно
Статья обзорная
Яблоня ( Malus × domestica Borkh.) относится к наиболее экономически значимым плодовым культурам с прогнозируемым ростом мирового объема продукции. Яблоки ценятся диетологами как важный источник сахаров, аскорбиновой кислоты, других витаминов, микроэлементов, пектинов и биологически активных веществ. Внешний вид (размер, цвет) и аромат - основные факторы привлекательности плодов яблони для потребителя. С экономической точки зрения основное внимание в последние десятилетия уделяется технологическим признакам, адаптивности, урожайности, лежкость плодов, устойчивость к болезням. Итогом 65-летних исследований (1956-2021 годы), которые проводились в старейшем в России помологическом учреждении - Всероссийском НИИ селекции плодовых культур (ВНИИСПК), отметившем в 2020 году 175-летие, стали 56 новых сортов яблони, которые включены в Государственный реестр селекционных достижений, допущенных к использованию, в том числе 38 сортов на принципиально новой генетической основе. К началу этих исследований в садах средней полосы России основными были сорта яблони народной селекции (Антоновка обыкновенная, Коричное полосатое, Осеннее полосатое, Грушовка московская, Папировка) и сорта селекции И.В. Мичурина Пепин шафранный, Бельфлёр китайка, Бессемянка мичуринская, Дочь Коричного, Китайка золотая ранняя. На первом этапе селекции основными методами была повторная гибридизация, селекция на основе географически отдаленных скрещиваний и свободного опыления. Были созданы и районированы сорта яблони Ветеран, Орлик, Память воину, Орловское полосатое и ряд других сотов. Селекция яблони на полиплоидном уровне ведется в институте с 1970 года. Триплоидные сорта характеризуются более регулярным плодоношением по годам, высокой массой и товарностью плодов и повышенной самоплодностью. Нами разработана методика создания триплоидных сортов яблони и получена серия триплоидных сортов от интервалентных скрещиваний диплоидов (2 n = 2×) и тетраплоидов (2 n = 4×). К настоящему времени районированы 18 триплоидных сортов, из которых шесть дополнительно обладают иммунитетом к парше. К лучшим следует отнести триплоидные сорта Рождественское, обладающий иммунитетом к парше, и Синап орловский, полученный от двух диплоидных сортов благодаря отсутствию редукции хромосом у одного из родителей. Эти сорта получили широкое распространение, и каждый из них районирован в четырех регионах России. Селекция иммунных к парше сортов ведется во ВНИИСПК с 1977 года. Разработана методика отбора иммунных к парше сортов и сеянцев на искусственном инфекционном фоне. Создано и районировано 25 иммунных к парше сортов, в том числе шесть иммунных и триплодных и четыре иммунных и колонновидных. Лучшие иммунные сорта - Болотовское, Веньяминовское, Имрус и Свежесть, иммунные и триплоидные - Александр Бойко, Вавиловское, Рождественское, Масловское и Яблочный Спас. Селекция колонновидных сортов яблони ведется с 1984 года. Создано пять колонновидных сортов - Восторг, Гирлянда, Приокское, Поэзия, Орловская Есения. Все они, кроме сорта Орловская Есения, обладают иммунитетом к парше. Селекция яблони на улучшение биохимического состава плодов ведется с 1970 года. Во ВНИИСПК созданы сорта с улучшенным биохимическим составом плодов. По многолетним данным, сорта с повышенным содержанием сахаров в плодах - Вавиловское (13,0 %) и Министр Киселев (13,1 %), с повышенным содержанием витамина С - Ивановское (19,5 мг/100 г), Ветеран (19,4 мг/100 г) и Пепин орловский (15,3 мг/100 г), с повышенным содержанием Р-активных веществ - Кандиль орловский (558 мг/100 г), Орловский пионер (514 мг/100 г), Памяти Хитрово (480 мг/100 г), Радость Надежды (474 мг/100 г). В перспективе планируется создание новых колонновидных триплоидных сортов яблони, а также триплоидных сортов, сочетающих колонновидность и иммунитет к парше (элитные сеянцы с такими качествами уже получены). Подобных гибридов яблони до настоящего времени не существовало ни среди сортов, ни среди дикорастущих форм.
Бесплатно
Статья научная
Технологии геномного редактирования с применением сайт-специфических эндонуклеаз (ZNF, TALEN, CRISPR/Cas9) находят все более широкое применение в животноводстве, в том числе в птицеводстве. С их использованием связывают надежды не только на ускорение процесса создания пород с улучшенными хозяйственно полезными признаками, высокой устойчивостью к инфекционным заболеваниям, но и с созданием особей, несущих фенотипы, привнесение которых в популяции животных и птицы методами традиционной селекции невозможно или затруднено. Одним из направлений применения технологии геномного редактирования, представляющим интерес для промышленного птицеводства в рамках улучшения товарных качеств птицеводческой продукции, может быть создание особей, лишенных оперения. Для этого мы выбрали гены FGF20 и HR , связанные с развитием и ростом волос у млекопитающих (F. Benavides с соавт., 2009) и перьев у птиц (K.L. Wells с соавт., 2012). Цель исследования заключалась в создании системы для нокаута генов FGF20 и HR у кур и FGF20 у перепелов с использованием методов редактирования генома. Инактивацию генов FGF20 и HR проводили в области III экзона каждого гена с учетом анализа их структуры. С использованием биоинформатического инструментария и ресурсов (https://zlab.bio/guide-design-resources, https://www.ncbi.nlm.nih.gov/) были подобраны оптимальные участки разрезания генов FGF20 и HR , а также гидовые РНК и праймеры для амплификации выбранных участков этих генов. Для создания генетических конструкций, обеспечивающих разрезание в областях, кодирующих FGF20 и HR , был выбран вектор pX458 (F.A. Ran с соавт., 2013). Для лигирования использовали гибридизованные олигонуклеотиды: 5´-CACCGAAAGATGGTACTCC-CAGAGA-3´ и 3´-CTTTCTACCATGAGGGTCTCTCAAA-5´ (для гена FGF20 кур), 5´-CACCGTCC-ATGTTTGTACACGTTGG-3´ и 3´-CAGGTACAAACATGTGCAACCCAAA-5´ (для гена FGF20 кур и перепелов); 5´-CACCGACGTGGCTGACGCGGCACT-3´ и 3´-CTGCACCGACTGCGCCA-5´ (для гена HR кур). Эффективность клонирования конструкций подтвердило секвенирование. Полученные плазмиды использовались для редактирования генома эмбриональных (фибробласты) и генеративных (примордиальные зародышевые клетки - ПЗК, сперматогонии) клеток кур и перепелов в экспериментах in vitro. Клетки-мишени трансфицировали посредством электропорации. Эффективность трансфекции оценивали на сортере клеток BD FacsAria III («BD Biosciences», США) по экспрессии маркерного гена eGFP . Доля трансфицированных in vitro эмбриональных фибробластов, ПЗК и сперматогониев кур с нокаутом гена FGF20 достигала соответственно 5,7; 0,9 и 1,2 %, с нокаутом гена HR - 7,4, 0,8 и 1,0 %. Процент эмбриональных фибробластов, ПЗК и сперматогониев перепелов с нокаутом гена FGF20 составил соответственно 6,3; 0,9 и 1,1 %. Геномная ДНК была выделена из трансформированных клеток кур и перепелов и использована для амплификации и секвенирования участков генов FGF20 и HR , в которые были внесены делеции. Показано наличие множественных мутаций в амплифицированных участках ДНК. Полученные данные свидетельствуют об успешности создания систем для нокаута генов FGF20 и HR у кур и FGF20 у перепелов с использованием генетических конструкций на основе вектора pX458.
Бесплатно
Статья научная
Существующая в настоящее время вера в перспективность молекулярных подходов к решению проблемы повышения урожаев, по нашему мнению, избыточна, так как пока нет ни одного сорта, созданного исключительно молекулярными методами. Кроме того, представители эпигенетики справедливо утверждают, что в природе не существует специфических генов продуктивности и урожая, следовательно, невозможно их молекулярное маркирование или геномное редактирование. В этом сообщении мы представляем итоги применения инновационных селекционных технологий, вытекающих из приоритетной российской теории эколого-генетической организации количественных признаков (ТЭГОКП), которая была разработана в процессе выполнения Межведомственной программы ДИАС (изучение генетики признаков продуктивности яровых пшениц в Западной Сибири, 1973-1984 годы). Суть инноваций заключается в следующем: подбор родительских пар осуществляется особым способом на основе глубокого анализа максимально протяженных родословных древ сортов-родителей, взятых в скрещивания; для группы самых урожайных сортов коллекционного питомника выполняется фенотипирование (phenotyping) по семи генетико-физиологическим системам (ГФС), открытым и описанным в процессе развития ТЭГОКП и дающим плюсовые или минусовые вклады в урожай; отбираются генотипы, имеющие хотя бы одну ГФС с максимальным плюсовым вкладом в урожай, и выполняются их скрещивания для совмещения в будущем сорте плюсовых вкладов всех семи ГФС; производятся стабилизирующие пересевы расщепляющихся поколений для устранения эффектов доминирования, сверхдоминирования и гетерозиготного эпистаза (с несколькими насыщениями геномом одного из родителей, имеющего наиболее ценные свойства); после ряда стабилизирующих пересевов гибридной популяции в условиях типичной динамики лим-факторов среды (в годы, типичные по погодным условиям для зоны селекции) отбираются элитные растения. Применив эти новые технологии (2001-2014 годы), мы получили гибридную комбинацию F1 (сорта Казахстанская раннеспелая × Тулунская 12) с 1-кратным последующим насыщением сортом Тулунская 12, из которой выделился сорт Гренада. При этом родители материнской формы гибрида - сорта Казахстанская раннеспелая (Новосибирская 67 × Омская 9), имеющие широкую амплитуду общей адаптивности, показали при смене лим-факторов среды гораздо меньшую степень переопределения вкладов разных ГФС в продуктивность и хорошую комбинационную способность. Созданный на их основе сорт Казахстанская раннеспелая сочетает в себе лучшие проявления признаков родительских сортов. У отцовской и насыщающей формы Тулунская 12 улучшение количественных признаков носит дискретно-накопительный характер за счет генетического многообразия восточно-сибирских генотипов. Отбор элитных растений в типичных агроклиматических условиях дал генотипы более урожайные и имеющие хорошо выраженную пластичность урожаев. Комплексная оценка биотипов, отобранных из этой популяции в F5 по каждой из семи ГФС, вносящих положительный вклад в повышение продуктивности, показала эффективность выполненного нами фенотипирования, что хорошо проявилось у раннеспелой линии Лютесценс 506-11, ставшей впоследствии сортом Гренада. У сорта высокая продуктивность (превышение стандарта на 26-39 %) удачно сочетается с устойчивостью к полеганию, засухоустойчивостью, устойчивостью к предуборочному прорастанию зерна в колосе и качеством зерна (соответствует таковому ценных и сильных сортов). Отличительная особенность созданного сорта - горизонтальная устойчивость к септориозу, пыльной головне, мучнистой росе, красногрудой пьявице, внутристеблевым вредителям. Сорт Гренада много меньше стандарта поражается ржавчинными грибами. Сбор белка у сорта Гренада составляет 628 кг/га, что на 119 кг больше, чем у стандартного сорта. С 21 февраля 2019 года сорт Гренада районирован в России по 9-му (Уральскому) растениеводческому региону, включая Башкирию (около 1 млн га), Челябинскую (1 млн га), Оренбургскую (4 млн га), Курганскую (1 млн га) и Тюменскую (500 тыс. га) области. При выращивании сорта Гренада на этих площадях прибавки урожая должны давать ежегодный экономический эффект около 30 млрд руб.
Бесплатно
Статья научная
Рассматривается проблема использования нетрадиционных овощных культур с повышенным содержанием биологически активных веществ и антиоксидантов в качестве потенциальных источников сырья при создании нового поколения продуктов пищевого, диетического, лечебно-профилактического и лекарственного использования. Обсуждается возможность создания сортов, гибридов и линий овощных культур с повышенным содержанием вторичных метаболитов посредством направленного отбора по биохимическим показателям с целью изменения метаболизма растений в сторону усиления биосинтеза необходимых соединений, которые синтезируются только в растениях. Представлены итоги работы ВНИИ селекции и семеноводства овощных культур по интродукции и молекулярной селекции различных видов овощных растений.
Бесплатно
Создание сортов яблони с различной лежкостью плодов
Статья научная
Приводятся данные по созданию сортов яблони с летним, осенним и зимним созреванием плодов. Последние получить значительно труднее. Показан полигенный характер наследования лежкоспособности плодов. Дана производственно-биологическая характеристика двух сортов яблони с наибольшей лежкостью плодов (Свежесть и Синап орловский).
Бесплатно
Статья научная
Исследовали эффективность получения трансгенных кроликов, продуцирующих человеческий гранулоцитарный колониестимулирующий фактор (чГКСФ) с молоком, посредством пересадки гена в пронуклеус зиготы. Оценивали эмбриональные потери микроинъецированных зигот в процессе беременности, эффективность размножения трансгенных особей, степень наследования гена чГКСФ, концентрацию в молоке рекомбинантного белка. Обсуждается возможность использования трансгенных кроликов для получения фармацевтических препаратов чГКСФ.
Бесплатно
Статья научная
Исследовали созревание и оплодотворение in vitro ооцитов коров при действии эстральной сыворотки и гонадотропных гормонов, а также развитие зародышей после экстракорпорального оплодотворения. Оценивали возможность использования гепарина, различных сред для капацитации, время соинкубирования с ооцитами для повышения оплодотворяющей способности и выживаемости спермиев в культуральных средах.
Бесплатно
Соматическая хромосомная нестабильность у свиней в норме и при патологии
Статья научная
Определяли частоту геномных и структурных нарушений хромосом у молодняка свиней скороспелой мясной породы с врожденными аномалиями развития. Оценивали индивидуальные различия животных по соотношению хромосомных нарушений. Обсуждается возможность профилактики врожденных патологий у свиней на основе отбора для воспроизводства особей с относительно стабильным кариотипом.
Бесплатно
Соматическое клонирование млекопитающих: достижения, возможности, препятствия (обзор)
Статья обзорная
Выполнен анализ результативности соматического клонирования у разных видов животных. Представлены данные о молекулярных механизмах и генетических событиях при клонировании и репрограммировании, о химерности клонов по митохондриальной ДНК и ее возможных последствиях при внутри- и межвидовом клонировании. Обсуждаются основные проблемы, связанные с методическими трудностями, низкой эффективностью метода, большими потерями материала на всех этапах эмбрионального, натального и постнатального развития. В настоящее время соматическое клонирование прежде всего рассматривается как возможность быстро и надежно зафиксировать в потомстве уникальные особенности особей, которые имеют хозяйственно ценное или любое другое значение и/или могут быть утрачены из-за рекомбинаций при обычном способе воспроизведения животных либо их исчезновении. Метод позволяет использовать любые сочетания селекционных и трансгенных технологий: направленное встраивание in vitro, клеточный отбор и перенос ядра. Наиболее важной сферой применения обсуждаемого подхода должно стать сельское хозяйство. Однако при неоспоримых выгодах, которые сулит клонирование при ядерном переносе, и растущем числе успешных клонирований и клонов млекопитающих коммерческое использование этого метода пока что ограничено чрезвычайно низкой эффективностью, высокой затратностью и большими потерями материала. К тому же молекулярные и клеточные механизмы событий, происходящих при соматическом клонировании, сложны, специфичны и требуют дальнейшего углубленного изучения. Все перечисленное вынуждает исследователей, во-первых, искать более эффективные альтернативные подходы, во-вторых, сосредоточить внимание на элементах методики, требующих совершенствования. Тем не менее, несмотря на все еще низкую эффективность (3-5 %) и меньшую распространенность метода по сравнению с прогнозами, клонированные животные постепенно становятся неотъемлемой частью сельского хозяйства в США и Европе. Технология соматического клонирования предоставляет большие возможности для фундаментальных исследований генетических процессов, функциональной активности генома, клеточной дифференцировки и пр. Широкие перспективы, открывающиеся благодаря внедрению методик клонирования в сельскохозяйственную практику и медицину, должны получить всестороннюю морально-этическую оценку, чтобы исключить спекулятивные настроения как у сторонников, так и у противников клонирования.
Бесплатно
Статья научная
Тяжелые металлы - один из самых распространенных загрязнителей сельскохозяйственных земель. Очистка (ремедиация) таких территорий затруднительна или невозможна. Перспективным подходом для получения экологически чистой продукции растениеводства на загрязненных почвах может быть селекция сортов с пониженной аккумуляцией тяжелых металлов. Целью представленной работы было изучение изменчивости гороха посевного ( Pisum sativum L.) по способности аккумулировать и транспортировать из побега в семена тяжелые металлы и отбор сортов с низкой аккумуляцией тяжелых металлов из загрязненных почв. Объектом исследований стали 30 образцов из коллекции ВИР (Всероссийский институт генетических ресурсов растений им. Н.И. Вавилова, г. Санкт-Петербург). Вегетационный опыт проводили в летний период в теплице с естественными освещением и температурой (Всероссийский НИИ сельскохозяйственной микробиологии, г. Санкт-Петербург). Семена гороха поверхностно стерилизовали и скарифицировали концентрированной H2SO4 в течение 30 мин, после чего проращивали течение 3 сут при 22 °С в чашках Петри на влажной фильтровальной бумаге. Проростки (по 5 шт.) высаживали в сосуды (3 сосуда на каждый генотип) с 5 кг дерново-подзолистой залежной почвы. За 10 сут до посева семян почву обогащали тяжелыми металлами в форме хлоридов (мг/кг): Cd - 5, Co - 25, Cr - 60, Cu - 10, Ni - 15, Pb - 100, Sr - 50, Zn - 50. Одновременно с этим вносили удобрения (мг/кг): NH4NO3 - 15, KNO3 - 200, KH2PO4 - 200, MgSO4 - 30, CaCl2 - 20, H3BO3 - 3, MnSO4 - 3, ZnSO4 - 3, Na2MoO4 - 1,5. Растения выращивали до фазы созревания семян, высушивали и размалывали до порошкообразного состояния. Образцы (отдельно побеги и семена) сжигали в смеси концентрированной азотной кислоты и 38 % Н2О2. Содержание тяжелых металлов и питательных элементов определяли на спектрометре ICPE-9000 («Shimadzu», Япония). Изученные образцы существенно различались по накоплению тяжелых металлов в побегах и семенах, что свидетельствует о высокой вариабельности гороха посевного по аккумуляции тяжелых металлов и их транспорту из вегетативных органов в репродуктивные. Значения вариабельности для побегов и семян были сопоставимы по величине, но не коррелировали друг с другом. Содержание в побегах или семенах тяжелых металлов, а также питательных элементов во многих случаях положительно коррелировало, что могло быть связано с многообразием молекулярных транспортных каналов у растений и их низкой специфичностью. Между количеством Cd, Co, Cr, Ni, Р, Sr в побегах и семенах выявлена положительная корреляция, Zn и К - отрицательная. Полученные результаты свидетельствуют о специфичности механизмов, определяющих транспорт индивидуальных элементов из побега в семена, и барьера для транспорта абиогенных металлов из вегетативных органов в репродуктивные. Эффективность этих механизмов существенно зависит от генотипа растения. Показана возможность селекции сортов гороха с низким содержанием одновременно многих тяжелых металлов. Образцы гороха к-188, к-1027, к-1250, к-2593, к-3445, к-4788, к-5012, к-6468, к-8093 и к-8543 рекомендуется использовать в селекционных программах с целью получения экологически чистой продукции.
Бесплатно
Статья научная
В настоящее время септориоз - одно из наиболее вредоносных и экономически значимых заболеваний пшеницы в зерносеющих регионах мира, особенно в странах с умеренным климатом. Потери от болезни в эпифитотийные годы могут достигать 30-40 %. В России септориоз занимает доминирующее положение в комплексе грибных болезней зерновых культур. В представленной работе мы впервые определили параметры частичной устойчивости у сортов пшеницы (род Triticum ) из коллекции Germplasm Resources Information Network (GRIN, США) c использованием стабильных штаммов возбудителей Septoria tritici и Stagonospora nodorum. Целью наших исследований был отбор сортов пшеницы с длительной устойчивостью к септориозу на основании результатов полевых и лабораторных опытов. В инфекционном питомнике в Центральном регионе России (Московская обл., 2009-2015 годы) на искусственном фоне заражения изучали динамику развития септориоза на сортах пшеницы из коллекции GRIN. Исследовали 2117 образцов из разных генетических групп - 20 диплоидных (2 n = 14), 409 тетраплоидных (2 n = 28), 1688 гексаплоидных (2 n = 42), а также 397 селекционных образцов от скрещивания Triticum aestivum с Aegilotriticum sp. Определяли площадь под кривой развития болезни, рассчитывали индекс устойчивости (ИУ). Для лабораторных исследований отбирали сорта, характеризующиеся замедленным развитием болезни в поле, то есть с высоким и средним ИУ. Растения таких сортов выращивали в камерах лаборатории искусственного климата до фазы полностью развернувшегося 3-го листа. Фрагменты листьев инокулировали изолятами S. tritici и St. nodorum, нанося каплю споровой суспензии. Сортообразцы делили на группы по продолжительности латентного периода и размеру инфекционных пятен. Среди гексаплоидных форм был отобран 191 образец T. aestivum subsp. aestivum с высоким индексом устойчивости к болезни и 1 - T. aestivum subsp. spelta ; среди тетраплоидной пшеницы 8 - T. turgidum subsp. durum, 2 - T. turgidum subsp. turgidum, 3 - T. turgidum subsp. dicoccon, 3 - T. timopheevii subsp. timopheevii ; среди диплоидной пшеницы 4 - T. monococcum subsp. aegilopoides. Идентифицировано 11 линий с замедленным развитием болезни, полученных от скрещивания T. aestivum с Aegilotriticum sp. Наибольшее число (34,5 %) устойчивых гексаплоидных сортов пшеницы выявили в Североамериканской эколого-географической группе у вида T. aestivum subsp. aestivum (77 сортообразцов из США и 18 - из Канады). Отобранные образцы тетраплоидной пшеницы T. turgidum subsp. durum были представлены сортами из Северной и Центральной Америки, виды T. turgidum subsp. turgidum, T. timopheevii subsp. timopheevii, T. tur-gidum subsp. dicoccon - образцами из Европы и Азии. Обнаружены образцы диплоидной пшеницы T. monococcum subsp. aegilopoides из Ирака и Венгрии с высоким индексом устойчивости к септориозу. Замедленным развитием болезни характеризовались также синтетические линии пшеницы из США и Мексики. Выявлены сорта пшеницы с частичной устойчивостью к болезни: 10 - к возбудителю S. tritici, 40 - к St. nodorum. Особый интерес для селекции сортов с длительной устойчивостью к септориозу представляют сортообразцы PI 494096 Tadinia, Cltr 17904 Owens, Cltr 15645 II-62-4 (США); VIR 63915 Flame (Великобритания); Cltr 14492 Azteca, PI 520555 Alondora ‘S’ (Мексика); PI 404115 Timson (Австралия); Cltr 11765 Chinese 166 (Германия); PI 422413 CNT 1 (Бразилия); PI 168724 Benvenuto, Cltr 15378 Piamontes, PI 344468 Piamontes Inta (Аргентина); PI 306551 ¹ 2944 (Румыния); PI 355706 ¹ 69Z5.715 (Азербайджан); PI 355560 SK 1B (Швейцария); PI 94743 ¹ 290 (Россия).
Бесплатно
Сортовая реакция зерновых культур на низкие температуры, условия закисления и ионы алюминия
Статья научная
Один из критических периодов вегетации для яровых культур - фаза появления всходов. На проростках различных сортов яровых и озимых зерновых культур изучали ростовую реакцию растений на действие стрессоров. В опытах использовали яровую пшеницу (сорта Амир, Энгелина), яровой ячмень (сорта Суздалец, Нур), озимую пшеницу (сорта Мироновская 808, Московская 39) и озимую рожь (сорта Валдай, Крона). Определяли процентную всхожесть семян, суммарную длину корней, сухую массу корней и надземной части, убыль массы семян при прорастании, высоту побега, длину наибольшего корня. Учитывали соотношение средней длины корня в контроле и опыте (индекс длины корня - ИДК), массы целых растений, выращенных в кислой алюмосодержащей среде и в среде близкой к нейтральной (коэффициент устойчивости - КУ), сухой массы корня к сухой массе побега (корневой индекс - КИ). У устойчивых сортов яровой пшеницы Амир и ячменя Суздалец длина корня и высота побега уменьшались в условиях закисления, присутствия ионов алюминия и после низкотемпературного воздействия. Озимая пшеница Мироновская 808 характеризовалась повышенной интенсивностью ростовых процессов в корнях и надземной части в оптимальных условиях и после промораживания при закислении и в присутствии ионов алюминия. Сорт озимой пшеницы Московская 39 реагировал на негативные факторы среды снижением ростовых процессов. У сорта ржи Валдай увеличивалась длина корня после воздействия низких температур. Для неустойчивого сорта яровой пшеницы Энгелина было характерно увеличение длины корня и массы проростка в кислой среде при всех дозах алюминия в условиях охлаждения. КИ у озимой пшеницы Мироновская 808 увеличивался при повышении дозы алюминия, кислотности среды и низкотемпературном воздействии. Сорт озимой пшеницы Московская 39 характеризовался низкими величинами соотношения корень/побег при всех условиях выращивания. Показатель КИ у ржи не изменялся. Коэффициент ИДК у сортов яровой пшеницы Амир и ячменя Суздалец увеличивался в присутствии ионов Н +, Аl 3+ и падал при низких температурах. У озимой пшеницы Мироновская 808 и ржи Валдай этот показатель также повышается в условиях закисления, присутствия ионов алюминия и после промораживания. Под влиянием низких положительных температур, закисления, ионов Аl 3+ падение массы прорастающих семян у сорта яровой пшеницы Амир происходило медленнее, у ячменя сорта Нур, озимой пшеницы Мироновская 808, Московская 39 и у ржи сорта Крона этот показатель увеличивался. В присутствии ионов Н + и Аl 3+ у яровой пшеницы Энгелина и ячменя Суздалец всхожесть семян снижалась, у озимой пшеницы Мироновская 808 и ржи сорта Валдай - повышалась, у сорта озимой пшеницы Московская 39 - не изменялась. Таким образом, реакцию на закисление почв и повышенное содержание ионов Аl 3+ необходимо учитывать при подборе сортов для возделывания с целью снижения вредного влияния этих факторов на растения. Как рациональный подход следует рассматривать целенаправленное создание толерантных сортов зерновых культур. .
Бесплатно
Статья научная
Для бобовых растений важным механизмом взаимодействия с ризобактериями служит их способность стимулировать формирование азотфиксирующего симбиоза с клубеньковыми бактериями. В то же время мало известно о внутривидовой (сортовой) изменчивости бобовых растений в реакциях на инокуляцию ризобактериями. Наши недавние модельные исследования с проростками сои на гидропонике показали способность ризобактерии Pseudomonas oryzihabitans Ep4, продуцирующей ауксины и содержащей АЦК дезаминазу, активнее стимулировать рост и колонизировать корни у сортов Красивая Меча и Свапа, чем у сорта Бара. Целью настоящей работы было изучение сортоспецифичных ответных реакций растений сои Glycine max (L.) Merr. на инокуляцию ризосферными бактериями при различном минеральном питании в условиях агроценоза. Исследования выполняли на трех раннеспелых районированных сортах сои северных экотипов - Красивая Меча, Свапа и Бара. Использовали штаммы ризобактерий Ps. oryzihabitans Ep4 и Variovorax paradoxus 3-P4...
Бесплатно
Состав антиоксидантов в плодах Capsicum spp. для получения биофортифицированной продукции
Статья научная
Природный потенциал накопления биологически активных соединений часто не учитывается в селекции той или иной культуры. В последние годы особое внимание уделяется селекции растений на качество продукции. Одним из самых заметных новшеств в сельскохозяйственной науке стала биофортификация - обогащение основных пищевых продуктов растениеводства необходимыми витаминами и минералами с помощью селекции. Поскольку качество продукта зависит от генотипа, климатических условий региона и агротехнических приемов, изучение и выявление особенностей накопления биологически активных компонентов в продуктовых органах становится актуальной задачей предбринговых исследований, которые определяют дальнейшее направление селекции. Нашей целью было выявление особенностей накопления антиоксидантов в продуктовых органах у различных сортов и видов Capsicum spp., выращенных в условиях недостаточной теплообеспеченности, оценка вклада термостабильных антиоксидантов в их общее количество и выделение перспективных форм с высокими показателями для получения биофортифицированной продукции. Объектом служили 4 образца перца сладкого C. annuum и 16 образцов перца острого различного эколого-географического происхождения, относящихся к видам C. annuum, C. baccatum, C. pubescens, C. chinense и C. frutescens. Исследования проводили в условиях неотапливаемых пленочных теплиц в зоне умеренного климата (Московская обл., 2015-2016 годы). Суммарное содержание антиоксидантов (ССА) определяли амперометрическим методом, количество пигментов - спектрофотометрически, содержание восстановленной формы аскорбиновой кислоты - йодометрическим методом. Количество сухого вещества оценивали методом высушивания в сушильном шкафу до постоянной абсолютно сухой массы. Наибольшая сумма пигментов была выявлена у сорта перца сладкого Шоколадный ( C. annuum ) - 0,536 мг/г, а также у сортов перца острого Пурпурный тигр ( C. annuum ) - 0,708 мг/г, Китайский фонарик ( C. baccatum ) - 0,685 мг/г, Идея ( C. annuum ) - 0,629 мг/г, Чудо Подмосковья ( C. annuum ) - 0,628 мг/г. Наибольшее количество аскорбиновой кислоты накапливали сорта перца острого Идея - 414 мг%, Рождественский букет ( C. annuum ½ С. frutescens ) - 370 мг%, Юбилейный ВНИИССОК ( C. annuum ) - 326 мг%, Огненная дева ( C. chinense ) - 301 мг%. Следует отметить, что содержание аскорбиновой кислоты не зависело от окраски плода и видовой принадлежности сорта. Среди сладких сортов перца высокое ССА имел гибрид F1 Оранжевое наслаждение ( C. annuum ). Максимальное содержание суммы антиоксидантов (мг-экв. ГК/г) среди острых форм отмечено у образцов Рождественский букет - 2,82, Огненная дева - 2,65, Идея - 2,57 и Пурпурный тигр - 2,19. Анализ зависимости содержания термостабильных антиоксидантов от общего их количества при экстракции 80 % этанолом и нагревании до 60 °С в течение 60 мин показал, что вклад неустойчивых к термическому воздействию антиоксидантов (в первую очередь аскорбиновой кислоты) в среднем составлял 16 %. Рождественский букет, Китайский фонарик, Пурпурный тигр, Огненная дева больше других исследованных образцов накапливали еще один сильнейший природный антиоксидант - капсаицин, что определяло их жгучий вкус. Содержание капсаицина у изученных образцов перца острого варьировало в пределах 1,36-9,57 мг/г сухой массы (М.И. Мамедов с соавт., 2016). Высокое содержание каротиноидов, аскорбиновой кислоты, ССА вкупе с капсаицином (острота 8-9 баллов) еще больше увеличивали суммарный антиоксидантный статус образцов.
Бесплатно
Статья научная
Микотоксины негативно влияют на состав и функции кишечной микробиоты у сельскохозяйственной птицы и, как следствие, на ее здоровье. Одной из стратегий восстановления микробиома и борьбы с микотоксикозами стало введение добавок в загрязненные корма. В настоящей работе впервые показано, что кормовая добавка Заслон 2+ эффективно улучшает структуру и метаболический потенциал кишечного микробиома у цыплят-бройлеров при экспериментальном Т-2 микотоксикозе. Нашей целью было выявление изменений микробиоты химуса и ее функциональная аннотация после 14-суточного воздействия Т-2 токсина, искусственно внесенного с кормами, и под влиянием кормовой добавки Заслон 2+, применяемой отдельно и в сочетании с протеолитическим препаратом Axtra Pro на фоне экспериментального микотоксикоза. Опыты проводили в 2021 году в виварии Всероссийского научно-исследовательского и технологического института птицеводства на цыплятах-бройлерах кросса Смена 8 (с 33- до 47-суточного возраста). Корм контаминировали Т-2 токсином механическим способом. Птицу разделили на четыре группы по 5 гол. в каждой: I группа (контроль) получала основной рацион (ОР) без введения Т-2 токсина, II группа - ОР с добавлением Т-2 токсина (200 мкг/кг, 2-кратное превышение ПДК), III - ОР с добавлением Т-2 токсина (200 мкг/кг) и кормовую добавку Заслон 2+, состоящую из сорбирующего материала диатомита, двух культур бактерий Bacillus spp., смеси натуральных эфирных масел эвкалипта, чабреца, чеснока и лимона (ООО «БИОТРОФ», Россия) (1 г/кг корма), IV - ОР с добавлением Т-2 токсина (200 мкг/кг), кормовую добавку Заслон 2+ (1 г/кг корма) и ферментный препарат с протеолитической активностью Axtra Pro («DuPont de Nemours, Inc.», США) (100 мг/кг корма). Потребление корма бройлерами составляло в среднем 150 г/сут, то есть птицы опытных групп ежесуточно получали Т-2 токсин с кормом в количестве 30 мкг. В конце эксперимента проводили отбор проб химуса слепых отростков кишечника от трех птиц из каждой группы. Тотальную ДНК из исследуемых образцов выделяли с использованием набора «Genomic DNA Purification Kit» («Fermentas, Inc.», Литва). Бактериальное сообщество слепой кишки оценивали методом NGS-секвенирования на платформе MiSeq («Illumina, Inc.», США) с применением праймеров для V3-V4 региона гена 16S рРНК. Биоинформатический анализ данных выполняли с помощью программного обеспечения QIIME2 ver. 2020.8 (https://docs.qiime2.org/2020.8/). Реконструкцию и прогнозирование функционального содержания метагенома, семейств генов, ферментов осуществляли при помощи программного комплекса PICRUSt2 (v.2.3.0) (https://github.com/picrust/picrust2). Для анализа метаболических путей и ферментов пользовались базой данных MetaCyc (https://metacyc.org/). При проведении NGS-секвенирования микробиома было показано, что в кишечнике у бройлеров из II группы происходили сдвиги в биоразнообразии и составе микробиома уже на уровне филумов: обилие бактерий суперфилума Actinobacteriota и филума Proteobacteria возрастало соответственно в 1,8 и 3,5 раза (р ≤ 0,05), суперфилума Desulfobacterota - напротив, снижалось в 2,2 раза (р ≤ 0,05). У птицы из IV группы с введением в рацион комплекса, включающего кормовую добавку Заслон 2+ и фермент, количество бактерий суперфилума Actinobacteriota и филума Proteobacteria также возрастало по сравнению с I группой (р ≤ 0,05), тогда как в III группе подобных изменений не отмечали. Представители суперфилума Verrucomicrobiota полностью исчезали во II и IV группах, но в I группе присутствовали в значительном количестве - 14,1±0,8 %. У птицы из III группы по сравнению с I группой повышалась численность бактерий рода Lactobacillus (с 15,9±1,32 до 30,7±1,84 %, p ≤ 0,01). Доля микроорганизмов рода Akkermansia , которые были представлены единственным видом A. muciniphila , резко уменьшалась (p ≤ 0,001) во всех группах, получавших Т-2 токсин, вплоть до полного отсутствия во II и IV группах. При загрязнении корма Т-2 токсином во II группе появлялись отсутствовавшие в контроле патогенные микроорганизмы - Enterococcus cecorum , Campylobacter concisus , Campylobacter gracilis , Streptococcus gordonii , Flavonifractor spp. В III и IV группах эти патогены либо отсутствовали, либо были представлены в значительно меньшем количестве, чем во II группе (р ≤ 0,05). Функциональная аннотация микробных сообществ показала, что экспериментальные группы различались (р ≤ 0,05) по 163 прогнозируемым метаболическим путям. При воздействии Т-2 токсина отмечалось усиление (p ≤ 0,05) метаболических путей деградации ароматических соединений (включая ксенобиотики) и аминокислот, а также синтеза коферментов и кофакторов, образования биопленок, клеточных стенок, спор и протекторных веществ в клетках. Применение кормовой добавки Заслон 2+ способствовало модуляции функционального потенциала кишечной микробиоты до уровня контрольной группы, при сочетании кормовой добавки и протеазы положительного эффекта не отмечали.
Бесплатно
Статья научная
В последние десятилетия большое внимание уделяется наличию фенольных веществ (антоцианов) в картофеле (Solanum tuberosum L.), поскольку эта культура рассматривается как продукт для диетического питания. В России такие сорта созданы для ряда регионов возделывания, но в условиях Дальнего Востока работы по увеличению содержания антоцианов в клубнях картофеля начаты недавно. В представленном исследовании с применением методов жидкостной хроматографии и масс-спектрометрии второго порядка мы идентифицировали антоцианы и измерили их содержание у сортов картофеля разного происхождения (Россия, Украина, Беларусь, Казахстан, Германия, Нидерланды), которые ранее не были охарактеризованы по этому признаку. Впервые выделены четыре сорта российского происхождения с повышенным содержанием антоцианов для диетического использования. Целью работы было определение профилей антоцианов и их содержания в клубнях в условиях российского Дальнего Востока. В качестве материала использовали 22 сорта, отобранных по раннеспелости, продуктивности, с низким содержанием крахмала, разной окраской клубней и венчика соцветия. Антоциановые профили анализировали методом двойной идентификации: по времени удерживания на обратнофазной колонке С18 с детектированием в диапазоне длин волн 400-700 нм и методом масс-спектрометрии второго порядка в режиме положительной ионизации с последующей фрагментацией ионов. В клубнях изученных сортообразцов выявлены дельфинидин, петунидин, мальвидин, цианидин и пеларгонидин. Дельфинин и цианидин обнаружены в двух формах - в моно- и дигликозилированной. Наиболее распространенным антоцианом оказался петунидин-3-глюкозид, он присутствовал почти во всех исследованных образцах. Установлено, что антоциановый состав клубне изменяется в зависимости от сорта и может включать от одного до пяти антоцианов. Сорта с желтой окраской кожуры и розовыми пятнами на желтой кожуре клубня характеризовались незначительным содержанием антоциановых компонентов. Исследования показали, что розовая и темно-розовая окраска кожуры определяется содержанием в ней пеларгонидин-3-глюкозида. Петунидин-3-гликозид и цианидин-3-глюкозид придавали кожуре фиолетовую и сине-фиолетовую окраску. Среди исследованных сортов наибольшее содержание антоцианов отмечено в сортах Фиолетовый (цианидин-3-глюкозид - 310 мг/кг, мальвидин - 50 мг/кг, дельфинидин - 30 мг/кг), Василек (петунидин-3-глюкозид - 150 мг/кг), Маяк (пеларгонидин - 95 мг/кг) и Кузнечанка (пеларгонидин - 78 мг/кг). В селекции картофеля на повышенное содержание антоцианов рекомендуем использовать сорта с розовой, темно-розовой, фиолетовой и сине-фиолетовой кожурой.
Бесплатно
Состав и содержание фенольных соединений в побегах Casuarina equisetifolia L
Статья научная
Вид Casuarina equisetifolia L. широко используется в лесоводстве во многих странах с тропическим климатом. Известно, что экстракты из побегов C. еquisetifolia характеризуются высоким содержанием фенольных соединений, которые играют важную роль в процессах роста и развития растений, а также в адаптации к абиотическим и биотическим факторам окружающей среды. Кроме того, они обладают противовирусной, антибактериальной, противовоспалительной, противоопухолевой, нейропротекторной и другими видами активности. В настоящей работе в побегах C. еquisetifolia впервые подробно исследован состав фенольных соединений, которые были представлены в основном мономерными эллаготаннинами. Нашей целью было изучение состава и содержания фенольных соединений в побегах Casuarina equisetifolia методом ультра-эффективной жидкостной хроматографии в комбинации с фотодиодным и масс-спектрометрическим детекторами (УЭЖХ-ДД-МС). Объектом исследования были зеленые однолетние фотосинтезирующие побеги дерева C. еquisetifolia , которое произрастает в оранжерее Ботанического сада Всероссийского института лекарственных и ароматических растений (ФГБНУ ВИЛАР, г. Москва) в условиях защищенного грунта. Сбор образцов проводили в I декаде июля в 2019 году. Побеги замораживали, лиофильно высушивали и измельчали. Образец массой 15 мг экстрагировали 1 мл 80 % ацетона в течение 60 мин при комнатной температуре и постоянном перемешивании. Экстракт центрифугировали в течение 20 мин при 14000 об/мин и упаривали досуха при 45 °С. Экстракцию образца повторяли еще 2 раза. Полученный сухой экстракт растворяли в 1 мл деионизированной воды в течение 60 мин, центрифугировали в течение 20 мин при 14000 об/мин, разбавляли в 5 раз деионизированной водой и фильтровали. Для анализа фенольных соединений использовали ультра-эффективную жидкостную хроматографическую систему (УЭЖХ, Acquity UPLC® 2.9.0, «Waters Corporation», США), которая включала фотодиодный детектор (190-500 нм) и тройной квадрупольный масс-спектрометр (Xevo TQ, «Waters Corporation», США). Разделение проводили на колонке Acquity UPLC® BEH Phenyl (2,1½100 мм, 1,7 мкм, «Waters Corporation», Ирландия). Полученные данные анализировали с использованием программы DataAnalysis 4.0. При идентификации фенольных соединений использовали данные масс-спектрометрии, определяя m/z значение иона [M-H]- и его фрагментов. Содержание различных классов фенольных соединений - галлоил-глюкоз, эллаготаннинов, конденсированных таннинов, флавоноидов (производных кверцетина и кемпферола) определяли методом мониторинга множественных реакций. В результате проведенных исследований в экстракте обнаружили 16 фенольных соединений, среди которых 14 относились к классу гидролизуемых таннинов, 2 - к классу флаван-3-олов. Установлено, что побеги C. еquisetifolia накапливают мономерные эллаготаннины с молекулярной массой от 784 до 1068 Да, имеющие в молекуле в качестве полиола циклическую или линейную форму глюкозы. Среди эллаготаннинов C. еquisetifolia впервые идентифицированы казуариин, два изомера педункулагина, страхиурин, чебулаговая кислота, казуаринин и казуариктин. Два соединения с молекулярной массой 1068 Да были предварительно идентифицированы как изомеры птерокаринина А. В побегах также были идентифицированы эллаговая кислота и ее производные: арабинозид эллаговой кислоты и рамнозид эллаговой кислоты. Общее содержание фенольных соединений составило 55 мг/г сухой массы. При этом основными фенольными соединениями были эллаготаннины, содержание которых достигало 42 мг/г, или 76 % от общего количества всех фенольных соединений. На долю галлоил-глюкоз и конденсированных таннинов приходилось по 10 % от общего количества всех фенольных соединений. Полученные данные свидетельствуют о возможном использовании побегов C. еquisetifolia в качестве исходного сырья для получения индивидуальных эллаготаннинов и изучения их противовирусной, противовоспалительной и противоопухолевой активности.
Бесплатно
Статья научная
В современных условиях представляет интерес изучение эффективности натуральных комплексных кормовых добавок, которые позволят регулировать состав и метаболическую активность микробиома и улучшить иммунитет и физиологический статус кроликов. В настоящей работе впервые с применением биоинформатических методов обнаружено, что комплексный пробиотический биопрепарат оказывает влияние на изменение прогнозируемых метаболических путей в микробиоме кишечника кроликов. Целью работы было изучение совместного действия комплекса, содержащего минеральные вещества и пробиотик, на организм кроликов, их физиологические показатели, состав и функциональный потенциал микробиома. Исследование проводили в 2021 году на 10 кроликах породы советская шиншилла на базе вивария ФГБУ ВО СПХФУ Минздрава России. Возраст животных на начало эксперимента - 2,5 мес, живая масса - 5,37-5,53 кг. Животных разделили на две группы (по 5 гол. в каждой): I контрольная группа получала основной рацион (ОР) в соответствии с рекомендуемыми детализированными нормами РАСХН (2003 год), II опытная группа - ОР с добавлением комплексной кормовой добавки микроэлементов и пробиотического штамма бактерий в количестве 30 мг/гол. в сутки. Комплексная кормовая добавка включала микроэлементный препарат Silaccess (ООО «ТЕХНОЛОГ 2Д», Россия) в дозе 5 мг/кг живой массы. Кроме того, в добавку был включен пробиотический штамм микроорганизма Bacillus subtilis 1-85. На 30-е и 60-е сут после начала эксперимента животных взвешивали натощак перед утренним кормлением, а также брали кровь для анализа. Определяли естественную резистентность (бактерицидная активность, включая лизоцимную, фагоцитарная активность нейтрофилов). Образцы химуса слепых отростков кишечника для исследования микробиома отбирали в конце эксперимента с максимально возможным соблюдением условий асептики вручную и немедленно помещали в стерильные пластиковые пробирки. Тотальную ДНК выделяли с использованием набора Genomic DNA Purification Kit («Thermo Fisher Scientific, Inc.», США). Бактериальное сообщество оценивали методом NGS-секвенирования на автоматическом секвенаторе MiSeq («Illumina, Inc.», США) с праймерами для V3-V4 региона гена 16S рРНК: 5´-TCGTCGGCAGCGTCAGATGTGTATAAG-AGACAGCCTACGGGNGGCWGCAG-3´ (прямой праймер), 5´-GTCTCGTGGGCTCGGAGATGTG-TATAAGAGACAGGACTACHVGGGTATCTAATCC-3´ (обратный праймер). Реконструкцию и прогнозирование функционального содержания метагенома проводили при помощи программного комплекса PICRUSt2 (v.2.3.0) (https://github.com/picrust/picrust2). Математическую и статистическую обработку результатов осуществляли методом многофакторного дисперсионного анализа в программах Microsoft Excel XP/2003, R-Studio (Version 1.1.453) (https://rstudio.com). Фагоцитарный индекс был выше (p ≤ 0,05) во II опытной группе по сравнению с контрольной на 1,8, фагоцитарное число - на 32,3 % (p ≤ 0,05). С применением метода NGS-секвенирования во II группе были установлены более высокие значения индексов a-биоразнообразия Chao1, Shannon и Simpson (p £ 0,05) по сравнению с I группой. По данным исследований таксономического состава микроорганизмов слепых отростков кишечника кроликов выявили 12 филумов царства Bacteria , среди которых представители филума Firmicutes доминировали по численности (80,2±6,2 % в контрольной группе, 78,2±7,4 % в опытной группе). Во II группе происходило количественное увеличение филумов Verrucomicrobiota , Actinobacteriota , Patescibacteria , Proteobacteria , Desulfobacterota в 1,3-2,6 раза и снижение представленности филума Campilobacterota в 4,8 раза (p ≤ 0,05). В слепых отростках кишечника у кроликов из опытной группы наблюдалось возрастание численности бактерий рода Bacillus spp. в 2,82 раза по сравнению с контролем (p ≤ 0,05). В кишечнике животных из I контрольной группы присутствовал вид Staphylococcus sciuri (0,075±0,006 %), тогда как во II опытной группе его не обнаружили. В результате анализа, проведенного с использованием программного комплекса PICRUSt2 (v.2.3.0), у микробного сообщества кишечника кроликов мы выявили 370 прогнозируемых метаболических путей, при этом между экспериментальными группами наблюдались различия (p ≤ 0,05) по 36 путям. В кишечном микробиоме животных из II опытной группы по сравнению с I контрольной происходила активация (p ≤ 0,05) путей, которые относились к деградации ароматических соединений и ксенобиотиков, белковому, углеводному, энергетическому обмену, биосинтезу спиртов, фотодыханию, ассимиляции формальдегида, деградации мио-, хиро- и сцилло-инозитола, синтезу клеточной стенки и спорообразованию. Доминирующее число (15 путей) усиленных потенциальных метаболических путей было связано с деградацией ароматических соединений и ксенобиотиков.
Бесплатно
