Биохимия и физиология устойчивых генотипов. Рубрика в журнале - Сельскохозяйственная биология
Статья научная
Свинец - один из наиболее опасных тяжелых металлов (ТМ). Процессы, обеспечивающие устойчивость растений к его действию, выяснены не полностью. Один из механизмов токсического эффекта свинца - генерация активных форм кислорода (АФК), в норме выполняющих важные регуляторные функции, но в повышенных концентрациях вызывающих многообразные нарушения жизнедеятельности клеток. Регуляция количества АФК осуществляется при помощи антоксидантных ферментов, таких как супероксиддисмутазы (SOD) и пероксидазы (PER). Эффективность большинства ферментов зависит от наличия множественных изоформ, обеспечивающих наиболее оптимальную их работоспособность в изменяющихся условиях среды. В качестве рабочей гипотезы было выдвинуто предположение, что устойчивость растений к ТМ определяется различиями в изоферментном составе антиоксидантных ферментов, что обеспечивает неодинаковую эффективность их работы по нейтрализации избытка АФК. Для проверки этой гипотезы были выполнены исследования изоферментных спектров ферментных систем супероксиддисмутазы и пероксидазы и ключевого фермента белкового метаболизма глутаматдегидрогеназы (GDH) в зародышах прорастающих семян у сортов ярового ячменя Hordeum vulgare L. Объектом исследования служили 12 сортов ярового двурядного ячменя, контрастных по устойчивости к действию Pb2+ (6 устойчивых и 6 чувствительных). Для анализа изоферментного состава использовали зародыши наклюнувшихся жизнеспособных семян, у которых корешок через 1 сут после закладки на проращивание достигал длины 1 мм. Проращивание выполняли рулонным методом в соответствии с требованиями ГОСТ. Гомогенаты зародышей семян подвергали электрофорезу в блоках 7,5 % полиакриламидного геля (ПААГ) в щелочной буферной системе с рН 8,9. Изоферментный анализ показал наличие в ферментных системах супероксиддисмутазы, пероксидазы и глутаматдегидрогеназы следующих изозимов: облигатных SODII, PERI и GDHI, а также редких SODI, SODIII+SODIV (всегда встречающихся вместе), SODV, PERII и GDHII. Были рассчитаны частоты встречаемости редких аллелей, оказавшиеся наиболее высокими у аллелей SODI и SODIII+SODIV как у чувствительных, так и у устойчивых сортов. Достоверность различий частот встречаемости редких аллельных форм ферментов у чувствительных и устойчивых сортов была оценена с помощью φ-критерия углового преобразования Фишера. В подавляющем числе вариантов рассчитанная величина φ-критерия Фишера оказалась больше критической φкр.0,01 = 2,31. Таким образом, выделенные редко встречающиеся изоформы исследуемых ферментов можно рассматривать в качестве биохимических маркеров чувствительности или устойчивости ячменя к действию свинца. Показано, что SODV и PERII чаще встречаются у чувствительных к воздействию свинца сортов, GDHII - у устойчивых. Частота SODIII и SODIV также достоверно различалась у устойчивых и чувствительных сортов. В работе обсуждаются молекулярно-генетические механизмы устойчивости растений к ТМ. Впервые экспериментально показано, что полиморфизм ярового ячменя по устойчивости к действию свинца на организменном уровне связан с биохимическим полиморфизмом определенного комплекса изоферментов супероксиддисмутазы, пероксидазы и глутаматдегидрогеназы. Полученные данные могут быть использованы в селекционной работе по созданию устойчивых к воздействию свинца сортов ячменя.
Бесплатно
Статья научная
Современный селекционный процесс предусматривает создание сортов и гибридов с учетом их реакции на воздействие внешних факторов и технологию выращивания, что обеспечивает максимальный выход товарной продукции и высокую рентабельность овощеводства. Предбридинговая селекция должна базироваться на анализе воздействия того или иного абиотического фактора на урожайность и товарность конкретного образца в определенных условиях выращивания. В защищенном грунте перец сладкий ( Capsicum annuum L.) культивируют традиционным способом на тепличных грунтах и на малообъемных почвенных или искусственных субстратах с капельным поливом. Основные преимущества малообъемной технологии - экономия затрат труда и субстрата, улучшение фитосанитарных условий, повышение культуры производства. В настоящей работе мы изучили реакцию различных генотипов перца сладкого на изменение основных абиотических факторов с целью создания исходного материала для получения конкурентоспособных сортов и гибридов в условиях малообъемной технологии. Исследования проводили в 2008-2014 годах во Всероссийском НИИ селекции и семеноводства овощных культур (Московская обл.). В качестве материала использовали сорта, селекционные и коллекционные образцы перца сладкого. Стандартом служил гибрид F1 Раиса. Опытные растения выращивали на субстрате, который включал верховой сфагновый торф с добавлением известковых материалов и минеральных удобрений. Концентрация питательного раствора при поливе сеянцев соответствовала рекомендованным нормам. В производственных отсеках теплицы условия выращивания были частично контролируемыми. Регистрацию основных параметров внешней среды проводили непрерывно в течение всего периода вегетации с помощью автоматизированного комплекса климат-контроля KISTOCK KH-100 (Франция). Температуру почвы измеряли лабораторными ртутными термометрами. Описание и оценку образцов по урожайности плодов проводили по системе UPOV (Union Internationale pour la protection des obtentions végétales, Франция). Установлено, что самые неблагоприятные условия по сочетанию внешних факторов складывались в начале (февраль-май) и конце (сентябрь-ноябрь) вегетации, независимо от года исследований, что приводило к снижению товарности урожая. Нетоварная часть при этом состояла из нестандартных (с израстаниями, деформациями, искривлениями, пуфики и т.д.) и больных плодов, в основном пораженных вершинной гнилью. Образцы перца по реакции на неблагоприятные факторы среды были разделены на восприимчивые, слабовосприимчивые и устойчивые, наиболее типичными представителями, которых оказались соответственно образцы Агаповский, Элиза и Желтый букет. Снижение товарности у восприимчивого сорта Агаповский в условиях малообъемной гидропоники относительно устойчивого сорта Желтый букет в среднем составляло 40 %. Наиболее важными факторами, определяющими получение стандартной продукции перца сладкого, оказались среднесуточная температура, разница (перепады) дневных и ночных температур, относительная влажность воздуха и их сочетание. Изменение интенсивности освещения оказывало менее значимое влияние на товарность и выступало как дополнительный негативный фактор в сочетании с другими параметрами среды у сортов с низкой адаптивной способностью. Зависимость между величиной нестандартной части урожая, поражением плодов вершинной гнилью и различными параметрами микроклимата была cортоспецифична. Так, у восприимчивых и слабовосприимчивых сортов появление нестандартных плодов в первую очередь было обусловлено пониженной влажностью воздуха (при r от -0,65 до -0,72), тогда как в группе устойчивых образцов - высокими значениями перепада дневных и ночных температур воздуха ( r > 0,70). В отношении вершинной гнили плодов характер и количество значимых корреляционных связей имели более выраженную сортовую специфику. Но у всех образцов вершинную гниль провоцировали резкие перепады температуры, причем сопряженность этого фактора с появлением гнили оказалась положительной и более тесной у восприимчивых образцов ( r = 0,65-0,75). Таким образом, при создании сортов и гибридов перца сладкого в условиях малообъемной технологии в первую очередь необходимо отбирать исходный материал с широкой нормой реакции на температурный фактор и высокой устойчивостью к пониженной влажности воздуха.
Бесплатно
