Результат интеллектуальной деятельности: Способ оценки селекционного материала гороха посевного на интенсивность фотосинтеза листьев

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к области растениеводства и селекции.

Одной из актуальных задач современного растениеводства является повышение урожайности сельскохозяйственных растений. Селекционная работа по созданию новых высокоурожайных сортов должна базироваться на глубоких знаниях внутренней физиолого-биохимической природы продукционного процесса (Николаева Е.К. Особенности первичных реакций фотосинтеза у высокопродуктивных сортов озимой пшеницы: автореф. дис … канд. биол. наук: 03.00.12. Николаева Елена Констатиновна. - Москва, 1983) [1]. Величина продуктивности, определяемая интенсивностью и длительностью интегрального процесса накопления сухого вещества, зависит от множества внешних и внутренних факторов и в первую очередь тесно связана с эффективностью фотосинтеза - важнейшего звена метаболизма зеленых растений (Ничипорович А.А. Энергетическая эффективность фотосинтеза и продуктивность растений / А.А. Ничипорович // Пущино: НЦ БИ АН СССР. - 1979. - 37 с.) [2].

Кроме того, фотосинтез является энергетической основой адаптации растений к неблагоприятным внешним условиям (Рахманкулова З.Ф. Соотношение фотосинтеза и дыхания как энергетическая основа адаптации растений к неблагоприятным внешним условиям: автореф. дис … док. биол. наук: 03.00.12 Рахманкулова Зульфира Фаузиевна. - Москва, 2002) [3].

Известен способ определения интенсивности фотосинтеза растений в культивационном сооружении и установка для его осуществления. Способ основан на оценке скорости снижения концентрации СО₂ в сооружении при отключении его подачи, причем эта скорость зависит от интенсивности фотосинтеза и величины утечек через неконтролируемые выходы сооружения. Способ реализуется в установке для определения интенсивности фотосинтеза, снабженной установленным снаружи культивационного сооружения дополнительным измерителем концентрации углекислого газа, измерителем временных интервалов и задатчиком максимального и минимального значений концентрации (патент РФ №2030855, опубл. 20.03.1995) [4].

Известен способ определения параметров Н₂О- и СО₂- газообмена листьев растений, согласно которому проводят одновременное и дифференцированное определение кинетических параметров Н₂О- и СО₂-газообмена верхней и нижней сторон амфистоматических листьев (листьев, имеющих устьица на верхней и нижней сторонах) растений. С помощью известной газометрической установки измеряют в стационарном режиме скорости транспирации и ассимиляции СО₂ верхней и нижней сторон листа при контролируемых концентрациях Н₂О- пара и СО₂ в воздухе над обеими сторонами листа. Затем над одной из сторон листа изменяют произвольно концентрацию Н₂О-пара и СО₂, а изменившиеся при этом суммарные скорости транспирации и ассимиляции СО₂ компенсируют до их исходных значений увеличением или уменьшением концентраций соответственно Н₂О-пара и СО₂ в воздухе над другой стороной листа. Измеряют вторые значения скоростей транспирации и ассимиляции СО₂ верхней и нижней сторон листа и соответствующих концентраций Н₂О-пара и СО₂ в воздухе над обеими сторонами, а искомые кинетические параметры вычисляют по формулам (патент РФ №2012193, опубл. 15.05.1991) [5].

Недостатком известных способов является то, что они предназначены для использования в стационарных условиях и не приспособлены для оценки селекционного и коллекционного материала в полевых условиях.

Известен способ дистанционного определения функционального состояния фотосинтетического аппарата растений, заключающийся в том, что посылают лазерные импульсы излучения в темное время суток, возбуждая тем самым излучение флуоресценции хлорофилла, измеряют уровни флуоресценции F0 и Fm, и определяют максимальный квантовый выход первичного разделения зарядов в фотосистеме ФСII (патент РФ №2453829, Бюл. №17, опубл. 20.06.2012) [6].

Известен способ оценки фотосинтетической интенсивности растительных организмов, который включает измерение оптических показателей фотосинтезирующих тканей растений и плодов, путем фиксирования изменений интенсивности светорассеяния фотосинтезирующих тканей растений или плодов под действием квазимонохроматического излучения видимой области спектра (патент РФ №2352104, Бюл. №11, опубл. 20.04.2009) [7].

Недостатком известных способов является использование сложной и дорогостоящей аппаратуры.

Известен способ определения интенсивности фотосинтетического аппарата различных сортов растений, путем измерения показателей, отражающих физиологическое состояние хлоропластов (патент РФ №2098948, опубл. 20.12.1997) [8].

Недостатком данного способа является трудоемкая и длительная подготовка растений к анализу, что не позволяет оценить состояние растительного организма в момент отбора проб у большого количества коллекционных и селекционных образцов.

Задачей изобретения является определение интенсивности фотосинтеза листьев для оценки селекционного материала гороха посевного в полевых условиях с сохранением растений при снижении трудоемкости измерений.

Техническим результатом изобретения является сокращение затраченного времени и повышение точности по сравнению с известными способами.

Поставленная задача и указанный технический результат достигается за счет того, что в заявляемом способе оценки селекционного материала гороха посевного на интенсивность фотосинтеза листьев, включающем измерение интенсивности поглощения молекул углекислого газа на единицу поверхности листьев первого плодоносящего узла в фазу плодообразования, при этом измерения проводят с 9:00 до 11:00 часов дня с помощью переносного газоанализатора марки LI-6400 XT, который фиксирует и показывает значение интенсивности фотосинтеза на цифровом экране, при этом измерительную камеру прикрепляют к листу растения и в течение 1,5-2 минут ожидают стабилизации газообмена в измерительной камере.

Сущность предлагаемого решения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен график интенсивности фотосинтеза растений гороха посевного в зависимости от фазы развития, а на фиг. 2 представлен генотипический интервал варьирования интенсивности фотосинтеза растений гороха посевного в фазу плодообразования.

Экспериментально установлено, что современные высокопродуктивные генотипы гороха посевного обладают высокой интенсивностью фотосинтеза листьев на первом плодоносящем узле в фазу плодообразования (фиг. 1). В данную фазу растениям гороха характерна максимальная потребность в ассимилянтах для формирования семян, что позволяет оценить интенсивность фотосинтеза у генотипов и выделить перспективные из них для вовлечения в селекцию культуры на высокую интенсивность фотосинтеза (фиг. 2).

В измерения включали листья, расположенные на первом плодоносящем узле. Это связано с тем, что они являются физиологически наиболее зрелыми и вносят наибольший вклад в формирование урожайности растений (Бартков, Б.И. Распределение ассимилянтов в период плодоношения бобовых растений (о принципе дублирования в фотосистемах) / Б.И. Бартков, Е.Г. Зверева // Физиология и биохимия культурных растений. - 1974. - Т. 6. - Вып. 5. - С. 502-505) [9].

Ассимилянты образованные в данных листьях за счет фотосинтеза, используются растением в первую очередь для формирования плодов и семян (табл.).

Оптимальное время проведения измерения с 9:00 до 11:00 часов дня, так как в это время суток интенсивность фотосинтеза листьев достигает у растений максимального значения, и на нее не оказывает влияния повышение температур воздуха в полуденное время, а также обезвоживание и перегрев листа и растения.

Способ осуществляется следующим образом.

В полевых условиях на интактных растениях генотипов гороха посевного с помощью переносного газоанализатора оценивают интенсивность фотосинтеза. Измерения проводятся на листьях, расположенных на первом плодоносящем узле в фазу плодообразования с 9:00 до 11:00 часов. К листу растения прикрепляют измерительную камеру переносного газоанализатора (марки LI-6400 XT или аналога) (LI-6400 XT Portable Photosynthesis System, LI-COR: Biosciences, www.licor.com) [10]. В течении 1,5-2 минут ожидают стабилизации газообмена в измерительной камере. После чего фиксируют значение интенсивности фотосинтеза, которое отображается на цифровом экране компьютера прибора, нажатием кнопки.

Пример

Оценку селекционного материала проводят на современных перспективных линиях гороха посевного, когда растения достигли фазы развития плодообразования. В поле на интактных растениях в селекционном посеве измерения начинают в 9:00 по местному времени и продолжают до 11:00. На опытной делянке отмечают здоровые, типичные растения для оцениваемого сорта или линии гороха посевного, без видимых повреждений листьев, расположенных на первом плодоносящем узле. Прикрепляют к листу растения измерительную камеру переносного газоанализатора марки LI-6400 XT. В течение 1,5-2 минут ожидают стабилизации газообмена в измерительной камере. После чего фиксируют значение интенсивности фотосинтеза, которое отображается на цифровом экране компьютера прибора, нажатием кнопки. Открепляют измерительную камеру и переходят к измерению интенсивности фотосинтеза следующего растения. Последовательность действий повторяется. По результатам статистической обработки полученных экспериментальные данных оценки селекционного материала (сортов и линий) (фиг. 2) выделяют сорта и линии с высокой интенсивностью фотосинтеза листьев. В наших исследованиях перспективными для селекции гороха посевного оказались Рас 657/7 - 16,57 μмоль СО₂ м²/с, Орловчанин - 11,56 μмоль СО₂ м²/с и Лу Д-60 - 11,24 μмоль СО₂ м²/с.

Техническим результатом изобретения является то, что с высокой точностью и минимальными затратами времени можно проводить оценку интенсивности фотосинтеза гороха посевного в полевых условиях экспресс-методом с сохранением растений для последующей оценки по хозяйственно-полезным признакам: урожайности, качеству зерна, устойчивости к биотическим и абиотическим стрессорам; а благодаря широкому диапазону варьирования признака (фиг. 2) выделять высокоурожайные сорта и линии с высокой интенсивностью фотосинтеза растений для включения их в селекционный процесс культуры.