Выявление засухоустойчивых генотипов Linum usitatissimum L. на основе использования индексного метода

Введение. Засуха является лимитирующим фактором для роста, развития, формирования конечной продуктивности и показателей качества культурных растений [1-2]. В стратегии скрининга стрессоустойчивости растений важным компонентом является наличие достаточно простых, но надежных методов оценки исходного селекционного материала. Для идентификации ценных генотипов растений, рядом исследователей предлагается использование различных индексов [3,4], c помощью которых возможен отбор засухоустойчивых сортов.

Лен ( Linum usitatissimum L.) является одним из древнейших культурных растений, используемым в различных отраслях промышленности [5]. Формирование высокой продуктивности и качества льна должно быть связано с их устойчивостью к стрессовым воздействиям, т. к. известно о крайне негативном эффекте засухи [6,7], которые необходимо учитывать при его комплексном скрининге в стратегии селекционного отбора.

Для Тюменской области характерна контрастность по агроклиматическим условиям, что требует подбора адаптированных сортов, обеспечивающих не только устойчивость на раннем этапе онтогенеза, но и формирование высокой конечной продуктивности. Отсутствие информации по отношению генотипов льна-долгунца к различному уровню осмотического стресса при прорастании семян и формировании проростков, с использованием индексного подхода, обусловило необходимость проведения данных исследований.

Цель исследования – изучение морфофизиологических реакций сортов льна при различном уровне стресс-фактора на ранней стадии онтогенеза проростков.

Условия, материалы и методы. Исследования проводили в лаборатории микробиологических и биотехнологических исследований (Институт биологии, Тюменский государственный университет). Объекты изучения – сорта льна-долгунца Грант (G1), Томский-16 (G 2), Смолич (G3), Велижский кряж (G4), Alizee (G5), Upite-2 (G6), Львовский-7 (G7), Томич (G8), Minamishy (G9), Ярок (G10).

Провокационный фон на осмотический стресс создавали в чашках Петри с использованием растворов сахарозы (среда Е 1 , 5,0% и среда Е 2 , 8,0%). Контроль (среда Е 0 ) – дистиллированная вода. Повторность 4-кратная. Проращивание семян проводили в термостате TS-1/80 SPU (Russia) при температуре 25⁰С.

В период исследований определяли динамику прорастания семян ежедневным подсчетом. В конце опыта (на седьмые сутки) измеряли длину корня и побега, взвешивали их сырую и сухую массу. Содержание хлорофилла в семядольных листьях анализировали с использованием оптического счетчика хлорофилла Spad-502 Plus (Konica Minolta, Japan).

На основе полученных экспериментальных данных рассчитывали индексы устойчивости (SSI) [8], толерантности (TOL) [9], толерантности к стрессу (STI) [10], засухоустойчивости (DI) [11]. Многофакторный дисперсионный анализ

(ANOVA) выполняли по Доспехову Б. А. [12]. Достоверность различий между сортами устанавливали согласно t-критерия Стьюдента.

Результаты и обсуждение. Засушливые   условия   в   период прорастания и появления всходов являются негативным фактором для растений, поэтому поиск наиболее устойчивых из них является крайне важным аспектом при разработке направлений дальнейшего использования сорта. Комплексный подход при скрининге позволяет более полно оценить их потенциал, выявить морфофизиологические механизмы устойчивости, особенно на раннем этапе селекции при отборе [1,6,8].

С использованием многофакторного дисперсионного анализа (ANOVA) доказаны достоверные различия (р<0,05, р<0,01) между генотипами (фактор А), средами (фактор Б) и их взаимодействием (А × Б) по фенотипическим критериям (табл. 1).

Таблица 1 – Результаты обобщенного многофакторного дисперсионного анализа сортов льна-долгунца по изученным признакам, 2020–2022 гг.

Показатель	Средний квадрат (mS)
	А	Б	А × Б	В
Индекс прорастания семян, %	16,42**	22,53**	18,16**	1,07**
Длина корня, см	42,17*	38,72*	62,42**	11,55*
Длина побега, см	33,59*	22,11*	54,65**	8,97*
Сырая масса корня, мг	11,63*	74,99**	22,19*	3,64*
Сырая масса побега, мг	94,50**	33,65*	82,20**	5,33*
Сухая масса корня, мг	44,82**	19,94*	41,13**	11,85*
Сухая масса побега, мг	13,11*	42,83**	23,41*	6,67*
Содержание хлорофилла, SPAD	72,19**	101,22*	66,22**	10,49*
Число степеней свободы (df)	8	2	8	6

Примечание: *различия между сортами льна-долгунца статистистически достоверны при p<0,05; ** p<0,01. Факторы: генотип (А), среда (Б), взаимодействие генотипа и среды (А^Б), случайное (В).

Наибольший вклад генотипических особенностей в общей изменчивости признаков у сортов льна-долгунца установлен по сырой массе побега (34,5%), средовые условия оказывали влияние на проявление содержания хлорофилла в семядольных листьях проростков льна (62,1%), взаимодействие генотипа и среды обуславливало формирование длины побега (51,7%), при варьировании 13,1 – 27,6%, 19,8–58,8%, 16,4 – 42,2% соответственно. В среднем по всем изученным показателям, генотип занимал в общей структуре дисперсии 21,5%, среда 43,0%, генотип-средовое взаимодействие 33,6% (рисунок).

Важным критерием оценки исходного материала культурных растений является использование разнообразных подходов. Одним из таких направлений может быть индексный метод. Выявлено, что осмотический стресс оказывал негативное влияние на прорастание семян у изученной группы сортов льна-долгунца. В средовых условиях E1 индекс прорастания семян (FGR,%) составил от 87,5% (G10) до 56,2% (G6), при этом, крайне неустойчивыми были сорта в среде E2 по сравнению со средой E 0. При возрастании уровня стрессовой нагрузки количество толерантных сортов снизилось. К наиболее ценным можно отнести G10, G1, G2.

Генотип

Среда

Генотип х среда

Примечание: индекс прорастания семян (а), длина корня (б), длина побега (в), сырая масса корня (г), сырая масса побега (д), сухая масса корня (e), сухая масса побега (ж), содержание хлорофилла (з)

Рисунок – Вклад генотипа, среды, их взаимодействия в показатели проростков льна-долгунца, среднее, 2020 – 2022 гг.

По индексу устойчивости ( SSI ) отобраны сорта: G10 в двух средах по (0,340,11) по длине побега, длине корня, сырой массе корня; G1 (0,26-0,10) по длине корня, сырой массе корня; G5 (0,59-0,36) по длине корня, длине побега, сырой массе побега; G7 в среде E2 (0,37) по содержанию хлорофилла, т.к., как указывают авторы [8] к наиболее устойчивым относят генотипы со значением SSI <1,0.

По индексу (STI) – G10 (1,06-0,32, длина корня, сырая масса побега, содержание хлорофилла, E1,E2), G4 (0,65-0,38, длина побега его сырая масса, E1), G3 (1,14-0,83, длина корня его сырая и сухая масса E1,E2), G9 (1,18-0,77, сырая и сухая масса побега, E1,E2) показавшие наименьшие значения данного индекса и могут быть отнесены к устойчивой группе [9]. Согласно индексу толерантности (TOL) выявлены G10 (10,2-7,8, длина корня, длина побега, E1,E2), G1(15,9-6,2, длина корня, и его сырая и сухая масса, E1,E2), G2 (10,13,7, длина побега, сырая масса корня, содержание хлорофилла, E1,E2). По засухоустойчивости (DI) – G1 (9,3-4,8, длина корня, сырая масса, длина побега, E1,E2), G10 (3,2-1,2, длина корня, его сырая масса, длина побега, E1), G3(10,5-6,6, длина побега, E1) (табл.2).

Определяющим элементом устойчивости растений может быть раскрытие различных морфофизиологических механизмов, определяющих ответные реакции генотипов условиях стресса [1,3,7]. Выявлено его резкое снижение в семядольных листьях, у ряда сортов, при повышении уровня стрессовой нагрузки (среда E2) при сравнении с контролем на 23,8-45,5%. К устойчивым по данному показателю в двух средах отнесены генотипы G7,G2, G10.

Таблица 2 – Выделенные устойчивые сорта льна-долгунца к осмотическому стрессу согласно используемым индексам в двух средовых условиях, среднее, 2020-2022 г.

Тест-	Индекс
признак	SSI        1	TOL 1	STI        1	DI
E1
Длина корня, см	G1, G5, G10	G1, G10,	G10	G1, G10
Длина побега, см	G1, G5, G10	G2, G10	G4	G1, G3, G10
Сырая масса корня, мг.	G1, G5, G10	G1, G2	G3	G1, G10
Сырая масса побега, мг.	G1	-	G4, G9, G10	-
Содержание хлорофилла, SPAD	G7	G2	G10	-
E2
Длина корня, см	G1 G5, G10,	G1, G10	G10	G1, G10
Длина побега, см	G1, G5	G2, G10	-	G1, G10
Сырая масса корня, мг.	G1, G5, G10	G1, G2	G3	G1, G10
Сырая масса побега, мг.	G1	-	G10, G9
Содержание хлорофилла, SPAD	G7	G2	G10	-

Выводы. На основании проведенных исследований установлены достоверные различия (p<0,05*, p<0,01**) между сортами по параметрам проростков. Выявлен вклад различных факторов (генотип, среда, их взаимодействия) в фенотипической изменчивости тест-критериев. К перспективным генотипам имеющие высокие показатели всхожести семян отнесены G1, G10, длине корня – G1, G10 , длине побега – G1, G5, сырой массе корня – G1, сырой массе побега – G1, содержанию хлорофилла – G7, которые могут быть использованы для дальнейших селекционно-генетических работ.