Результат интеллектуальной деятельности: Способ выявления разнокачественности семян гибридов и линий сахарной свеклы

Изобретение относится к области сельского хозяйства, а именно, к способам селекции, и может быть использовано для выявления разнокачественности семян гибридов и линий сахарной свеклы по признакам: энергия прорастания, длина проростка, масса проростка.

В связи с изменением климата и экологических условий, внедрением в производство нового поколения гибридов, способов систем обработки почвы и удобрений, появлением препаративных форм химических и бактериологических средств для борьбы с патогенной микрофлорой, исследования в данном направлении являются актуальной задачей. Известно, что применение различных химических веществ, регуляторов роста, природных стимуляторов, значительно ускоряет цветение растений, а некоторые средства так же облегчают их адаптацию к колебаниям погодных условий, защищают от различных заболеваний (Башмаков и др., 2012). (Башмаков Д.И., Пыненкова Н.А., Сазанова К.А., Лукаткин А.С. Влияние синтетического регулятора роста цитодеф и тяжелых металлов на окислительный статус растений огурца // Физиология растений. - 2012. - Т. 59. - №1. - С. 67-73).

Использование некоторых биологических регуляторов роста позволяет получить урожай с меньшим содержанием ионов свинца и кадмия (Титов и др., 2011). (Титов В.Н., Смыслов Д.Г., Дмитриева Г.А., Болотова О.И. Регуляторы роста растений как биологический фактор снижения уровня тяжелых металлов в растении // Вестник ОрелГАУ - 2011. - Т. 31. - №4. - С. 4-6).

Предпринимаются попытки применения эффекта «преадаптации» для повышения устойчивости растений, в основе которой лежат видоспецифичные и невидоспецифичные реакции (Oudalova and Geras'kin, 012; Pozolotina et al., 2010 a, b). Oudalova A.A., Geras'kin S.A. The Time Dynamics and Ecological Genetic Variation of Cytogenetic Effects in the Scots Pine Populations Experiencing Anthropogenic Impact // Biology Bulletin Reviews. - 2012. - Vol. 2, N. 3. - P. 254-267. Pozolotina V.N., Antonova E.V., Karimullina E.M. Assessment of Radiation Impact on Stellaria graminea coenopopulations in the Zone of the Eastern Ural Radioactive Trace // Russian Journal of Ecology. - 2010 a. - Vol. 41. - N. 6. - P. 459-468. Pozolotina V.N., Antonova E.V., Bezel V.S. Long-Term Effects in Plant Populations from Zones of Radiation and Chemical Pollution // Radiological Biology. Radioecology. - 2010 b. - №4. - P. 414-422).

Одним из примеров видоспецифичных реакций на внешние факторы среды (и внутренние факторы организма) можно назвать разнокачественность семян.

Разнокачественность семян проявляется в их неоднородности по морфологическим признакам и посевным качествам, которые зависят от генотипа и условий выращивания, при этом влияние агротехнических факторов на разнокачественность семян превышает генетические (Балагура О.В., Левшаков Л.В. Разнокачественность семян сахарной свеклы и ее значение // Вестник Курской государственной сельскохозяйственной академии. - 2013. - №9. - С. 52-54).

Была выявлена прямая зависимость между урожайностью корнеплодов и размером семян, только при сравнении крайних фракций (2,5-3,0 и 4,5-5,5 мм). Однако при посеве семенами фракций 3,25-3,5 мм, продуктивность мужскостерильных гибридов была практически такой же, как и при посеве семенами фракций 3,5-4,5 мм (Балагура, Левшаков, 2013). Аналогичная закономерность получена и по сахаристости. (Балан В.Н. Разнокачественность семян // Сахарная свекла. - 2000. - №1. - С. 15-17.)

Известно, что одним из главных показателей разнокачественности семян свеклы является энергия прорастания и всхожесть, зависящие от генотипа. (Балагура О.В., Левшаков Л.В. Разнокачественность семян сахарной свеклы и ее значение // Вестник Курской государственной сельскохозяйственной академии. - 2013. - №9. - С. 52-54.)

Установлено влияние различных схем посадки мужскостерильного материнского компонента и опылителя при получении гибридных семян сахарной свеклы на урожайность семян, а также всхожесть, энергию прорастания и урожайные свойства полученных семян. (Царева Л.Е. Влияние схем посадки семенников на урожайность и свойства семян сахарной свеклы // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. - 2010. - №3 (65). - С. 21-24.)

Приводятся результаты изучения влияния пониженных температур на энергию прорастания и всхожесть семян линий О-типа сахарной свеклы, которые находятся в прямой зависимости от температуры. (Полищук В.В. Качество семян и продуктивные способности линий О-типа сахарной свеклы при пониженных температурах // Plant Varieties Studying and Protection. - 2013. - №2. - С. 20-22.)

Однако отмечается, что в селекционной работе при создании гибридов, которые приспособлены к условиям выращивания с помощью интенсивных технологий, важным признаком исходного селекционного материала является обеспечение высоких показателей энергии прорастания и всхожести семян при пониженных температурах, что дает возможность сеять гетерозисные гибриды сахарной свеклы в более ранние сроки (Полищук В.В. Качество семян и продуктивные способности линий О-типа сахарной свеклы при пониженных температурах // Plant Varieties Studying and Protection. - 2013. - №2. - С. 20-22).

Таким образом, основными признаками определения разнокачественности семян свеклы считаются размер семян, энергия прорастания и всхожесть, а показатели ростовой активности ранних стадий развития (проростка) не учитываются. Кроме того, в качестве провокационных фонов для исследования реакции сахарной свеклы как полевой культуры на внешнее воздействие чаще используются метеоусловия и агротехнические приемы, отличные от применения химических соединений. Специалистами Химического и Биологического факультетов Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова при поддержке Группы Компаний «АгроХимПром» создаются и изучаются препараты на основе коллоидного серебра, поверхностно модифицированного различными биологически активными поверхностно-активными веществами и полимерами, пригодные для использования в сельском хозяйстве в качестве стимуляторов роста растений, эффективных контактных фунгицидов и бактерицидов для листовых обработок, протравителей зерна и клубней как перед посадкой, так и перед закладкой на хранение (Препарат «Зерокс» на основе химически модифицированного высокодисперсного серебра как элемент эффективной борьбы с бактериальными и грибными эпифитотиями сельскохозяйственно значимых растений / П.М. Жеребин, А.Н. Игнатов, С.Н. Еланский, М.А. Побединская, Г.В. Лисичкин, А.Н. Денисов, Ю.А. Крутяков // Защита картофеля. - 2014. - №. 2. - С. 43-45).

Перспективным действующим веществом для подобных препаратов является коллоидное серебро, сочетающее высокую бактерицидную и фунгицидную активность по отношению к широкому спектру фитопатогенных микроорганизмов с низкой токсичностью по отношению к человеку, животным, и высшим растениям (Jo Y.K., Kim В.Н., Jung G. Antifungal activity of silver ions and nanoparticles on phytopathogenic fungi // Plant Dis. - 2009. - V. 93 - P. 1037-1043. Kim S.W., Jung J.H., Lamsal K., Kim Y.S., Min J.S., Lee Y.S. Antifungal effect of silver nanoparticles (AgNPs) against various plant pathogenic fungi // Micobiology. - 2012. V. 40 (1). - P. 53-58).

Известен фунгицидный и бактерицидный препарат «Зерокс» широкого спектра действия против фитопатогенных грибов, оомицетов и бактерий, действующим веществом которого являются наноразмерные частицы серебра, поверхностно модифицированные экологически безопасным биоразлагаемым амфотерным поверхностно-активным веществом. Проведенные in vitro исследования показали высокую эффективность препарата «Зерокс» в концентрациях от 3 до 30 мг/л по серебру против широкого круга грибных патогенов картофеля (Жеребин П.М., Крутяков Ю.А., Кудринский А.А., Климов А.И., Еланский С.Н., Побединская М.А., Игнатов А.Н. «Зерокс»: новый бактерицид и фунгицид широкого спектра действия на основе коллоидного серебра // Молодой ученый. - 2015. - №9.2. - С. 25-26. - URL https://moluch.ru/archive/89/18398/ (дата обращения: 27.09.2018)).

Направление исследований влияния предпосевной обработки семян раствором серебра заключается в изучении реагирования генотипов разных линий и гибридов семян сахарной свеклы и системном формировании на поверхности семян биологически активной питательной и фунгицидной среды с комплексным воздействием на ростовые процессы в зародыше, подавлением болезнетворных агентов на поверхности семян, попадающих в почву. Все вышеперечисленное приводит к повышению полевой всхожести, активизации проростков на ранних этапах роста и развития и как результат к увеличению урожайности. В связи с этим актуальны исследования реакции растений на соединения, которые можно использовать не только в качестве пестицидов, регуляторов роста, но и провоцирующих факторов для выявления разнородности на ранних стадиях развития.

Наиболее близким к заявленному изобретению является метод определения всхожести, одноростковости и доброкачественности семян сахарной свеклы (ГОСТ 22617.2-94 РФ, 21.10.1994), включающий отбор, промывание, подсушивание, проращивание семян в пластиковых контейнерах на фильтровальной бумаге в четырех повторностях по 100 шт., подсчет энергии прорастания, ростовой всхожести. Однако данный способ не позволяет учитывать влияние агротехнических приемов, а также провокационных фонов в частности применений химических соединений на реакцию сахарной свеклы в селекционной работе при создании гибридов.

Задача изобретения состояла в выявлении эффектов воздействия предпосевной обработки семян линий и гибридов сахарной свеклы препарата «Зерокс®» (ВКР) на признаки разнокачественности семян (под которыми мы понимали энергию прорастания, длину проростка, массу проростка).

Технический результат заключается в повышении точности оценки разнокачественности семян гибридов и линий сахарной свеклы за счет дополнительной оценки величин длины проростка, массы проростка в качестве признаков разнокачественности семян.

Технический результат достигается тем, что в способе выявления разнокачественности семян гибридов и линий сахарной свеклы, включающем отбор, промывание, подсушивание, проращивание семян контрольной и опытной группы в пластиковых контейнерах на фильтровальной бумаге в четырех повторностях по 100 шт. при постоянной температуре 22-25°С, подсчет энергии прорастания, согласно изобретению осуществляется предпосевная обработка контрольной группы недражированных семян гибридов и линий сахарной свеклы замачиванием в водном растворе препарата «Зерокс®» (ВКР) (3000 мг/л серебра коллоидного) в концентрации 10% в объемном соотношении 1:1 с экспозицией 15 с, причем препарат «Зерокс®» (ВКР) используется в качестве провоцирующего фактора и агротехнического приема; производится подсчет длины проростка, массы проростка на 4 день после начала проращивания; сравнение признаков «длина проростка», «масса проростка», «энергия прорастания» образцов семян, обработанных раствором препарата, со значениями полученными для контрольной группы, изменение по модулю величин признаков «длина проростка», «масса проростка» учитываются как индикаторы разнокачественности гибридов и линий на ранних стадиях развития растения.

Объектом исследований являлись недражированные семена 11 гибридов и линий сахарной свеклы: О-тип 709, МС 709, Кариока, Митика, Мишель, Гранате, Зефир, Муррей, Портланд, Тинкер, Вейтура, которые замачивали в 10%, 20%, 30%-м водном растворе препарата «Зерокс®» (ВКР) в течении 15 секунд. Для получения раствора серебра использовали водопроводную воду. Семена проращивали в пластиковых контейнерах на фильтровальной бумаге в четырех повторностях по 100 шт. Контейнеры содержали в лабораторных условиях при постоянной температуре 22-25°С. В качестве контроля использовали семена растений того же гибрида, замачивая их водопроводной водой. Проводился анализ влияния раствора на посевные качества семян сахарной свеклы: энергию прорастания, длину проростка, массу проростка. Подсчет проростков для изучения энергии прорастания семян производили на 4 день после начала проращивания по ГОСТу 22617.2-94.

Энергия прорастания семян - скорость прорастания, выражаемая в проценте семян, проросших (давших корешки, равные половине длины семени, и ростки) в срок, установленный опытным проращиванием. Для полевых культур он колеблется в пределах от 3 до 15 суток (Сельскохозяйственный словарь-справочник / Главный редактор: А.И. Гайстер. М.-Л.: Сельхозгиз, 1934. - 1280 с.).

Проросток - растение, находящееся в одной из начальных стадий онтогенеза, в период с момента прорастания семени (то есть с момента, когда развивающийся зародыш пробивает семенную кожуру) до момента развертывания листа главного побега (побега, развивающегося из зародышевой почечки) (Коровкин О.А. Анатомия и морфология высших растений: словарь терминов. - М.: Дрофа, 2007. - С. 42, 160, 178. - 268 с.).

Длину проростка измеряли на 4 день начала эксперимента при помощи линейки. Массу проростка определяли на 4 день на технических весах.

Статистическую обработку результатов проводили с использованием пакета программ "Stadia". Процедура группировки данных и их обработка изложены в работе А.П. Кулаичева (Кулаичев А.П. Методы и средства комплексного анализа данных / А.П. Кулаичев. - М.: ФОРУМ: ИНФА-М, 2006. - 512 с.).

Сравнение средних значений длины и массы проростка осуществляли с использованием t-критерия Стьюдента. Энергию прорастания семян в контрольном и опытных вариантах сравнивали по согласию частот с использованием Z-аппроксимации для критерия равенства частот. Рассчитывали увеличение энергии прорастания, средней длины проростка и средней массы проростка сахарной свеклы в опыте относительно контроля (в %). Влияние фактора обработки химическим соединением в разных концентрациях на перечисленные признаки определяли с использованием однофакторного дисперсионного анализа. Силу влияния вычисляли по Снедекору (в %).

На фиг. 1 приведена таблица 1 с количественными данными по энергии прорастания семян, средними значениями длины и массы проростка, где ЭП - энергия прорастания семян; длина - длина проростка; масса - масса проростка; * - различия с контролем достоверны (Р<0,05); ** - различия с контролем достоверны (Р<0,01).

На фиг. 2 приведена таблица 2 значений силы влияния (%), рассчитанной по Снедекору, фактора обработки семян сахарной свеклы водным раствором препарата «Зерокс» (ВКР) на энергию прорастания, на фиг. 3 - на длину проростка, на фиг. 4 - на массу проростка, где * - различия с контролем достоверны (Р<0,01).

Пример

Анализируя таблицу 1, отмечаем повышение энергии прорастания после обработки семян сахарной свеклы 10%-м водным раствором препарата «Зерокс» (ВКР) у исследуемых гибридов по сравнению с контролем (Р<0,05). Исключение составили Кариока, Митика, Мишель, Вейтура, характеризующиеся высокой (93-100%)) энергией прорастания в контрольном варианте и более низкой в опыте, Портланд (81%) и Тинкер (92%). 20 и 30%-я концентрация раствора в некоторых вариантах ингибировала прорастание семян (табл. 1). В общем, повышение энергии прорастания в опытном варианте 10%-ой концентрации «Зерокс» (ВКР) составило 4-12% по отношению к контролю.

Из таблицы 1 видно увеличение длины проростка у гибридов, в том числе, Кариока и Портланд, по сравнению с контролем (Р<0,05, Р<0,01), после обработки семян 10%-м раствором, за исключением таких, как Митика, Мишель, Вейтура. Увеличение средней длины проростка у гибрида О-тип 709 составило 37,8%; у МС 709 - 67,5%; Кариока - 38,1%; у Гранате и Зефир - 22,2%; у Портланд - 22,4% и Тинкер - 16,1% по отношению к контролю.

Однако у гибрида Муррей, показавшего повышение энергии прорастания, выявлено уменьшение длины проростка по сравнению с контрольным вариантом (Р<0,05). Это свидетельствует о разной реакции зародыша гибридов на фактор обработки препаратом «Зерокс» (ВКР): положительной у семян с меньшей энергией прорастания и, наоборот, отрицательной - у семян с высокими посевными качествами, являясь доказательством разнокачественности семян.

Масса проростка не во всех случаях ассоциировалась с длиной. Например, у гибридов Гранате, Зефир, Тинкер увеличение длины проростка в опытном варианте (Р<0,05) не вызывало соответствующего повышения массы (табл. 1). Это указывает на разнородность гибридов по своим свойствам. У остальных гибридов после обработки семян 10%-м раствором изменение массы проростка соответствовало длине, что не характерно в случаях 20 и 30%-ой концентрации для тех же вариантов (табл. 1). Увеличение средней массы проростка в опытном варианте 10%-ой концентрации «Зерокс» (ВКР) у гибрида О-тип 709 составило 23,1%; у МС 709 - 60%; Кариока - 28,6% по отношению к контролю. Обработка семян 20 и 30%-м раствором препарата «Зерокс» (ВКР) чаще оказывала угнетающее действие на длину и массу проростка.

Силу влияния фактора "обработка семян сахарной свеклы водным раствором препарата «Зерокс» (ВКР)" на энергию прорастания, длину и массу проростка оценивали по результатам однофакторного дисперсионного анализа (табл. 2, 3, 4).

Таким образом, разная реакция зародыша на фактор обработки семени препаратом «Зерокс» (ВКР) одной и той же концентрации раствора на различные гибриды свидетельствует о разнокачественности семян. Это проявляется в неодинаковом изменении исследуемых признаков: энергию прорастания, длины проростка, массы проростка. Обработка семян гибридов сахарной свеклы с энергией прорастания ниже 92% водным раствором препарата «Зерокс» (ВКР) в 10%-ой концентрации позволяет выявить их разнокачественность и улучшить посевные качества.

Литература

1. Oudalova A.A. The Time Dynamics and Ecological Genetic Variation of Cytogenetic Effects in the Scots Pine Populations Experiencing Anthropogenic Impact / A.A. Oudalova, S.A. Geras'kin // Biology Bulletin Reviews. - 2012. - Vol. 2, N. 3. - P. 254-267.

2. V.N. Pozolotina, E.V. Antonova, and E.M. Karimullina. Assessment of Radiation Impact on Stellaria graminea coenopopulations in the Zone of the Eastern Ural Radioactive Trace // Russian Journal of Ecology. 2010 a. Vol. 41. No. 6. pp. 459-468.

3. V.N. Pozolotina, E.V. Antonova, V.S. Bezel. Long-Term Effects in Plant Populations from Zones of Radiation and Chemical Pollution // Radiological Biology. Radioecology. 2010 b. №4. pp. 414-422 (in Russian).

4. Влияние синтетического регулятора роста цитодеф и тяжелых металлов на окислительный статус растений огурца / Д.И. Башмаков и [др.] // Физиология растений. - 2012. - Т. 59. - №1. - С. 67-73. Пыненкова Н.А., Сазанова К.А., Лукаткин А.С.

5. Регуляторы роста растений как биологический фактор снижения уровня тяжелых металлов в растении / В.Н. Титов [и др.] // Вестник ОрелГАУ - 2011. - Т. 31. - №4. - С. 4-6. В.Н. Титов, Д.Г. Смыслов, Г.А. Дмитриева, О.И. Болотова