Плейотропное влияние мутаций высокопальмитиновости и высокоолеиновости масла на всхожесть и прорастание семян подсолнечника
Автор: Демурин Я.Н., Борисенко О.М., Бочкарев Н.И.
Статья в выпуске: 2 (144-145), 2010 года.
Бесплатный доступ
Существенного влияния мутаций высокоолеиновости и высокопальмитиновости на лабораторную всхожесть в интервале температур 10-25о, а также на всхожесть в условиях теплицы и на полевую всхожесть семян у аналогов линии ВК580 не установлено. Прорастание семян при различных температурах показало незначительные, но статистически достоверные флуктуации длины проростка в зависимости от генотипа при главном положительном влиянии температу-ры. Высокопальмитиновая линия ВК850 характеризовалась по отношению к норме более длинным проростком, но с меньшим количеством боковых корешков. Дальнейшее развитие растений до стадии первой пары настоящих листьев в условиях теплицы показало наличие отрицательного влияния мутации высокопальмитиновости на высоту растений, ли-нейные размеры семядолей и листьев, а также надземную биомассу.
Аналоги линии, подсолнечник, всхожесть, мутация, жирная кислота
Короткий адрес: https://sciup.org/142150948
IDR: 142150948
Текст научной статьи Плейотропное влияние мутаций высокопальмитиновости и высокоолеиновости масла на всхожесть и прорастание семян подсолнечника
Введение. Факт отрицательного влияния мутации высокоолеиновости ( Ol ) на лабораторную всхожесть описан в сравнительной оценке различных генотипов арабидопсиса при прорастании семян в условиях низкой температуры 6 °С [1]. Некоторые изогенные высоко-олеиновые гибриды подсолнечника также обладали пониженной лабораторной и полевой всхожестью при обычных температурах [2].
Имеются данные о существенном снижении всхожести семян ряда высокопальмитиновых ( р ) линий подсолнечника [3, персональное сообщение В.В. Кириченко из Института растениеводства им. В.Я. Юрьева, г. Харьков].
В ходе генетических исследований во ВНИИМК в течение трёхлетнего изучения серии аналогов линии ВК580 в полевых условиях наблюдался плейотропный эффект мутаций высокопальмитиновости и высокоолеиновости на морфологические и фенологические признаки [4]. Мутация р приводила к уменьшению высоты растений на 41 см, числа листьев на 4 шт. и увеличению периода всходы-цветение на 2 суток. Мутация Ol достоверно увеличила высоту растений на 4 см. Изучение варьирования высоты растений в F2 и содержания пальмитиновой кислоты в семенах F3 позволило установить факт ассоциативного наследования этих признаков при скрещивании линий ВK850(р)×ВK508. Средняя высота гомозигот- ных высокопальмитиновых растений в F2 равнялась 109 см и была достоверно ниже высоты остальных растений 138 см.
Данная работа была направлена на изучение эффекта мутаций высокоолеиновости и высо-копальмитиновости масла на первых этапах онтогенеза растений при прорастании семян подсолнечника с использованием линий генетической коллекции ВНИИМК.
Материалы и методы. В исследовании использовали серию аналогов селекционной линии ВК580, которая является нормой по жирно-кислотному составу. Линия ВК508 обладает мутацией высокоолеиновости Ol (87 %), ВК850 – мутацией высокопальмитиновости p (24 %), а ВК805 гомозиготна по обеим мутациям высокоолеиновости (65 %) и высокопальми-тиновости (20 %). Во всех экспериментах использовали семена, полученные от самоопыления пяти корзинок каждого генотипа в полевых условиях в 2009 г.
Для определения лабораторной всхожести по 50 семянок каждого генотипа проращивали на фильтровальной бумаге в термостате Sanyo MIR-253 в диапазоне температур 10-25 ° С с интервалом в 5 ° С. Перед проращиванием семянки промывали 30 мин. под проточной водой для удаления инфекции с поверхности лузги. Визуальную оценку и биометрические измерения проростков выполняли через 5 суток от закладки образцов в термостат. В случае раздельного измерения длины гипокотиля и корешка проростка при температуре 10 ° С оценка проведена через 10 суток, т.к. при данной температуре через 5 суток чёткого разделения этих частей не наблюдалось.
Моделирование полевой всхожести проводили в условиях тепличного отсека с использованием двух деревянных коробов при естественном освещении. На дно короба помещали слой керамзита, основной объем заполняли универсальным грунтом для цветов фирмы ASB-Greenworld, содержащим верховой и низинный торф, перлит, измельченный известняк, азот – 150-300 мг/л, фосфор – 120-200 мг/л, калий – 150-300 мг/л, микроэлементы, рН 5,5-6,0. Посев проводили 16 апреля 2010 г. по 90 семянок каждого генотипа. Суточные температуры колебались в пределах 18-27 °С днём и 8-10 °С ночью. Оценка всхожести проводилась на 10 сутки после посева с последующей рендомизированной прорывкой. Био- метрические измерения растений выполняли через 10 суток после появления всходов на стадии первой пары настоящих листьев V2.
Полевая всхожесть семян оценивалась на участке селекционного севооборота ЦЭБ ВНИИМК в трехкратной повторности на 4рядных делянках в 2010 г.
Обработка экспериментальных данных проводилась с использованием модулей Основные описательные статистики и Дисперсионный анализ пакета программ Statistica 6.0.
Результаты и обсуждение . Существенного влияния мутаций высокоолеиновости Ol и высоко-пальмитиновости р , а также температуры воздуха в интервале 10-25 °С на лабораторную всхожесть изучаемых образцов не установлено (табл. 1). Всхожесть семян была высокой и варьировала от 92 до 100 % при среднем значении 98 %.
Таблица 1 – Лабораторная всхожесть семян почти изогенных линий подсолнечника при различных температурах, % ВНИИМК, Краснодар, 2010 г. |
||||||
Генотип |
Температура, °С |
|||||
10 |
15 |
20 |
25 |
|||
ВК580(st) |
100 |
98 |
98 |
100 |
||
ВК508 Ol |
98 |
96 |
96 |
100 |
||
ВК850 p |
94 |
92 |
94 |
100 |
||
ВК805 Ol, p |
100 |
100 |
98 |
98 |
||
X |
98 |
97 |
97 |
99 |
С другой стороны, оценка темпа развития прорастающих семян показала, что высокопальмитиновая линия ВК850 достоверно отличалась большей длиной проростка в диапазоне температур 10-20 °С. Линия ВК805, обладающая одновременно мутациями высокопальми-тиновости и высокоолеиновости, превышала значения стандарта ВК580 при низких температурах, однако была достоверно ниже при оптимальной для прорастания подсолнечника температуре 25 °С. В то же время высокоолеиновая линия ВК508 не отличалась от контроля по длине проростка во всем диапазоне температур (табл. 2).
Таблица 2 – Длина проростка почти изогенных линий подсолнечника при различных температурах, мм
Двухфакторный дисперсионный анализ указывает на преобладающую долю влияния температуры (около 98 %) на длину проростка в общем варьировании при достоверном влиянии генотипа и взаимодействия факторов. Графически эта закономерность представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 – Влияние температуры и генотипа на длину 5-дневных проростков подсолнечника
Длины гипокотиля (табл. 3) и корешка (табл. 4) у проростков также варьировали в зависимости от генотипа и температуры. Линия ВК850 дос-

Рисунок 2 – Проростки подсолнечника при температуре 10 °С на 10-е сутки
А – общий план; Б – линия ВК580 (st); В – линия ВК850
товерно отличалась как от стандарта, так и от других образцов по длине,
ВНИИМК, Краснодар, 2010 г.
Генотип |
Темпе |
ратура, °С |
||||||
10 |
15 |
20 |
25 |
|||||
X |
R |
X |
R |
X |
R |
X |
R |
|
ВК580(st) |
14,1 |
(5,0) |
20,3 |
(18,0) |
51,9 |
(59,0) |
100,6 |
(110) |
ВК508 |
13,3 |
(4,0) |
21,7 |
(21,0) |
48,7 |
(91,0) |
100,3 |
(138,0) |
ВК850 |
14,7 |
(10,0) |
27,6 |
(28,0) |
62,2 |
(88,0) |
103,9 |
(211,0) |
ВК805 |
14,5 |
(6,0) |
23,9 |
(14,0) |
55,0 |
(36,0) |
87,4 |
(56,0) |
НСР 05 |
0,6 |
1,8 |
5,5 |
10,4 |
как гипокотиля, так и корешка при температурах развития от 10 до 20 °С. Однако оптимальная температура 25 °С данные различия нивелировала, за исключением длины гипокотиля у линии ВК508 и длины корешка у линии ВК805. Кроме того, линия ВК850 характеризовалась
большим размахом варьирования R всех биометрических параметров, что свидетельствует об асинхронности темпа развития отдельных проростков. В то же время линия ВК805 обладала наименьшим размахом варьирования по длине проростка и корешка, особенно при повышении температуры (табл. 3 и 4).
Очевидно, что главные корешки у обычной линии ВК580 более короткие и утолщенные, с хорошо заметными боковыми корешками. Напротив, линия ВК850 имела более длинные и тонкие главные корешки, на которых боковые корешки явно не выражены.
Проращивание семян при температуре 25 °С
Таблица 3 – Длина гипокотиля проростка почти изогенных линий подсолнечника при различных температурах, мм
ВНИИМК, Краснодар, 2010 г.
Генотип |
Температура, °С |
|||||||
101 |
15 |
20 |
25 |
|||||
X |
R |
X |
R |
X |
R |
X |
R |
|
ВК580 (st) |
4,1 |
(3,0) |
5,5 |
(8,0) |
18,2 |
(18,0) |
40,2 |
(41,0) |
ВК508 |
3,6 |
(4,0) |
5,2 |
(7,0) |
16,6 |
(20,0) |
35,4 |
(35,0) |
ВК850 |
5,8 |
(7,0) |
6,9 |
(9,0) |
20,2 |
(25,0) |
43,3 |
(61,0) |
ВК805 |
4,9 |
(5,0) |
6,2 |
(7,0) |
23,7 |
(21,0) |
41,1 |
(42,0) |
НСР 05 |
0,4 |
0,6 |
2,0 |
4,3 |
1 – на 10-е сутки проращивания
Таблица 4 – Длина корешка проростка почти изогенных линий подсолнечника при различных температурах, мм
ВНИИМК, Краснодар, 2010 г.
Генотип |
Температура, °С |
|||||||
101 |
15 |
20 |
25 |
|||||
X |
R |
X |
R |
X |
R |
X |
R |
|
ВК580 (st) |
6,5 |
(11,0) |
5,8 |
(11,0) |
22,7 |
(38,0) |
46,7 |
(86,0) |
ВК508 |
6,9 |
(11,0) |
6,6 |
(16,0) |
21,6 |
(70,0) |
51,6 |
(102,0) |
ВК850 |
9,4 |
(21,0) |
10,8 |
(22,0) |
31,6 |
(71,0) |
47,6 |
(146,0) |
ВК805 |
6,7 |
(10,0) |
7,9 |
(10,0) |
20,1 |
(15,0) |
32,9 |
(26,0) |
НСР 05 |
1,1 |
1,4 |
3,9 |
7,5 |
1 – на 10-е сутки проращивания
привело к аналогичному результату: линия ВК580 имела развитые корешки с большим числом боковых корешков. У линии ВК850 боковые корешки были единичны (рис. 3).
Моделирование полевой всхожести семян в коробах с грунтом в теплице позволило сравнить динамику развития растений в оптимальных условиях, приближенных к естественным: наличии грунта, солнечного освещения и суточного перепада температуры. Было установлено, что всхожесть в теплице составила для ВК580 – 83 %, ВК508 – 98, ВК850 – 87 и ВК850 – 99 %, в среднем – 92 %. Эта высокая для инбредных линий всхожесть была несколько ниже лабораторной (98 %), и связана она, в первую очередь, с выравненностью условий
Важно также отметить, что различия между проростками у линий ВК580 и ВК850 по корешкам сводились не только к размерным величинам. На рисунке 2 представлены проростки, развивавшиеся при температуре 10 °С.

Рисунок 2 – Проростки подсолнечника при температуре 10 °С на 10-е сутки
А – общий план; Б – линия ВК580 (st); В – линия ВК850
вегетации: гранулометрическим составом грунта, нормальной обеспеченностью влагой и питательными веществами, отсутствием почвенных вредителей.

Рисунок 3 – Проростки подсолнечника при температуре 25 °С на 5-е сутки
А – общий план; Б – линия ВК580(st); В – линия ВК850
Кроме того, достоверных отличий между делении лабораторной всхожести при различ- четырьмя изучаемыми генотипами при низком уровне полевой всхожести (в среднем 63 %) в неблагоприятных почвенно-климатических условиях 2010 г. также не было обнаружено (69, 66, 59 и 68 % соответственно).
Однако дальнейшее развитие всходов в теплице показало существенные различия между генотипами. В таблице 5 приведены основные биометрические характеристики растений на стадии V2. Линия ВК508 не отличалась от стандарта по высоте растения и длине гипокотиля, но уступала ему по размерам семядолей, первого настоящего листа и надземной биомассы. Ещё значительнее эта разница была в отношении линии ВК850. Если на стадии лабораторной всхожести проростки не отличались от стандарта или даже превосходили его по длине, то в тепличном опыте растения высокопальмитиновой линии имели достоверное снижение по всем признакам. В частности, высота растения уменьшилась на 16 %, длина гипокотиля – на 24 %, длина и ширина семядоли – на 21 и 23 % соответственно, длина листа – на 34, ширина листа – на 47, надземная биомасса – на 73 %. Аналогичная закономерность наблюдалась и в отношении линии ВК805, обладающей мутациями Ol и р .
Таблица 5 – Биометрические характеристики растений почти изогенных линий подсолнечника на стадии V2
ВНИИМК, Краснодар, 2010 г.
Генотип |
Высота растения, см |
Длина гипокоти-ля, см |
Длина семядоли, мм |
Ширина се-мядо-ли, мм |
Длина листа, мм |
Ширина листа, мм |
Надземная биомасса, г |
ВК580(st) |
5,1 |
3,1 |
27,5 |
17,0 |
60,7 |
28,6 |
1,9 |
ВК508 |
4,9 |
3,0 |
24,1 |
15,1 |
52,4 |
22,3 |
1,3 |
ВК850 |
4,4 |
2,5 |
22,7 |
13,8 |
45,4 |
19,5 |
1,1 |
ВК805 |
3,7 |
2,2 |
25,3 |
13,9 |
42,1 |
16,6 |
1,0 |
НСР 05 |
0,4 |
0,4 |
1,2 |
1,0 |
3,2 |
2,4 |
0,2 |
На рисунке 4 представлены растения линий подсолнечника ВК580 и ВК850 на стадии V 2 . Стандарт заметно превосходит по размерам высокопальмитиновый генотип.
Заключение. Существенного влияния мутаций высокоолеиновости Ol и высокопальмитино-вости р на лабораторную всхожесть в интервале температур 10-25 °С, а также на всхожесть в условиях теплицы и на полевую всхожесть семян серии аналогов линии ВК580 не установлено. При этом среднее значение всхожести составило 98, 92 и 63 % соответственно.
Изучение скорости прорастания семян в опре- ных температурах показало незначительные, но статистически достоверные флуктуации длины проростка в зависимости от генотипа.

Рисунок 4 – Растения подсолнечника на стадии V 2 ; слева – ВК580(st), справа – ВК850
Однако главным фактором являлась температура. При этом высокопальмитиновая линия ВК850 характеризовалась по отношению к норме более длинным проростком, но с меньшим количеством боковых корешков. Следовательно, на первом этапе онтогенеза, связанном с прораста- нием семени, ростом гипокотиля и корня, кардинальный негативный эффект обеих изучаемых мутаций жирно-кислотного состава запасного масла не наблюдался.
Дальнейшее развитие растений четырёх линий до стадии первой пары настоящих листьев в условиях теплицы показало наличие существенных различий. Так высоко- олеиновый аналог ВК508 не отличался от стандарта по высоте растения и длине гипокотиля, но достоверно уступил ему по размерам семядолей, первого настоящего листа и биомассы. Мутация высокопальмитиновости, находящаяся в линиях ВК850 и ВК805 в гомозиготе, оказала более существенное однонаправленное отри- цательное влияние на все биометрические признаки. Высота растения, линейные размеры семядолей и листьев, а также надземная биомасса на стадии V2 у высокопальмитинового аналога ВК850 уменьшились в среднем на 34 %.
ISSN 0202-5493. МАСЛИЧНЫЕ КУЛЬТУРЫ. Научно-технический бюллетень Всероссийского научноисследовательского института масличных культур. Вып. 2 (144-145), 2010
В целом, негативный эффект мутаций высоко-пальмитиновости и высокоолеиновости на развитие растений не определялся на стадии всхожести даже при пониженных температурах в лабораторных условиях, тогда как на стадии первого настоящего листа отрицательное влияние, особенно мутации высокопальмитиновости, было очевидным.