Способ оценки морозоустойчивости озимого ячменя

Изобретение относится к области селекции сельскохозяйственных культур, в частности к способу оценки морозоустойчивости зерна.

Известен способ оценки зимостойкости плодовых растений, включающий промораживание однолетних побегов в период покоя в камере искусственного климата, в котором оценку повреждений поврежденных побегов производят не визуально, а по величине максимального квантового выхода фотохимических реакций фотосистемы II и относительной скорости транспорта электронов фотосистемой II в тканях камбия и почек, которые определяют РАМ-флуориметром, регистрируя минимальный уровень флуоресценции и изменения этого показателя под действием актиничного света плотностью 190 μmol/(m²s) и после воздействия на объект импульса света высокой интенсивности (10000 μmol/(m²s), 450 нм). (RU №2514400, опубликовано 27.04.2014 г.).

Недостатком данного способа является обязательное наличие специального оборудования и реактивов, что значительно затрудняет проведение способа.

Известен способ оценки морозостойкости озимой пшеницы, включающий трехнедельное проращивание семян в термостате при 25°C на увлажненной фильтровальной бумаге при 12-часовом в сутки освещении 7 тыс. лк, отличающийся тем, что в первые сутки после проращивания осуществляют промораживание растений при 0…-2°C, во вторые сутки при -5…-7°C с последующим определением гидролитической активности фермента-фруктофуранозидазы, вычисляют индексы стойкости растений, которые выражаются отношением гидролитической активности фермента в третьем листе растений после промораживания к исходной, а также выделяют три группы стойкости: морозостойкую (индекс стойкости 3,00 и выше), среднеморозостойкую (1,51-3,00) и слабоморозостойкую (1,5 и ниже) и используют для сравнительной оценки морозостойкости стандартные сорта-классификаторы (RU №2198504, опубликовано 20.02.2003 г.).

Недостатком данного способа является долгосрочность получения результатов, большое количество методик, требующих специального оборудования.

Известен способ определения степени морозоустойчивости озимого ячменя, включающий воздействие на него рядом факторов и оценку полученных данных, где в качестве изучаемого материала берут зрелое зерно, измельчают его, получают шрот, который экстрагируют действующим веществом в виде буфера А, содержащим 0,5 М Трис-HCl, pH 8,5; 0,05 М MgCl₂; 0,25 М сахарозы, экстракт центрифугируют, полученную надосадочную жидкость сливают в мерную емкость, по ее объему определяют гигроскопичность зерна и по ней судят о морозоустойчивости: чем выше гигроскопичность, тем выше морозоустойчивость (RU 2479991, опубликовано 27.04.2013 г. - прототип).

Недостатком данного способа является относительно сложное техническое исполнение (разрушение зерна, центрифугирование), снижающее объемы возможных оценок морозоустойчивости.

Техническим результатом является упрощение проведения оценки и повышение достоверности прогнозирования морозоустойчивости сортов озимого ячменя.

Технический результат достигается тем, что в способе оценки морозоустойчивости озимого ячменя, включающем обработку зерна озимого ячменя раствором действующего вещества и проведение сравнительного учета результатов исследований, согласно изобретению, исследуемый материал - зерно разных сортов озимого ячменя, отличающихся по степени морозоустойчивости, замачивают в растворе действующего вещества, в качестве которого используют Трилон Б в концентрации 3,2×10^-3 М/л, а контрольный материал - в дистиллированной воде, далее зерно проращивают в темноте при температуре 22-28°С в течение 3-4 суток, затем проводят сравнительный замер корневой системы исследуемых и контрольных этиолированных проростков и по интенсивности роста корневой системы оценивают степень морозоустойчивости сортов озимого ячменя: чем интенсивнее снижается рост корневой системы по сравнению с контролем, тем сорт менее морозоустойчив.

Новизна заявляемого способа оценки морозоустойчивости озимого ячменя состоит в исследовании корневой системы этиолированных проростков озимого ячменя разных сортов.

Признаки, отличающие заявляемое техническое решение от прототипа, направлены на достижение технического результата и не выявлены при изучении данной и смежной областей науки и техники и, следовательно, соответствуют критерию «изобретательский уровень».

Способ оценки морозоустойчивости применим в лабораториях селекционных станций, сельскохозяйственных растениеводческих предприятиях, научно-исследовательских институтах, что соответствует критерию «промышленная применимость».

Способ оценки морозоустойчивости озимого ячменя осуществляют следующим образом.

Для формирования белоксинтезирующего аппарата клетки, состоящего из рибонуклеопротеидов (рибосомы и информосомы), необходима нейтрализация избыточного отрицательного кислотного заряда фосфорной кислоты, во всех этих важных процессах клетка использует двухвалентный положительно заряженный магний. Исследования показали, что без достаточной обеспеченности организма магнием формирование рибосом, а значит, синтез белков, невозможны. Кроме того, магний входит в состав активного центра многих ферментов, а у растений является важным компонентом хлорофилла.

Трилон Б является торговым названием ЭДТА-Na₂. Основным свойством Трилона Б является его способность образовывать устойчивые водорастворимые комплексы с ионами щелочноземельных металлов в широком диапазоне pH (от 2 до 13,5) при температурах до 100°C. Будучи связанными с ЭДТА-Na₂, ионы металлов остаются в растворе, но показывают уменьшенную реакционную способность.

В биохимии нуклеиновых кислот динатриевую соль этилендиаминтетрауксусной кислоты (ЭДТА-Na₂) обычно используют для связывания катионов магния in vitro, поэтому особый интерес представляла экспериментальная проверка действия Трилона Б in vivo - на прорастание семян сортов озимого ячменя, различающихся по степени морозоустойчивости.

Исследования проводят на этиолированных (пророщенных в темноте) проростках ряда сортов озимого ячменя. Изучение этиолированных проростков целесообразно по двум причинам: катионы магния не отвлекаются на синтез хлорофилла и освещение не одинаково сказывается на морозоустойчивости сортов.

Предварительные исследования показывают, что Трилон Б в концентрации 10^-2 М/л оказывает ингибирующее действие на прорастание семян озимого ячменя. При температуре 28°C всходит только от 1 до 7% семян, в то время как на дистиллированной воде - до 30%. Особенно сильно Трилон Б действует на корни: при этой концентрации на 3-и сутки они достигали лишь 2-3 мм. Концентрация Трилона Б 10^-6 М никак не влияет на прорастание семян озимого ячменя. Оптимальной является начальная концентрация 1,6×10^-3 М/л, которая при 28°C подавляет рост и колеоптелей и корней проростков озимого ячменя в среднем на 24%. Поэтому в работе проводят сравнительные исследования трех концентраций Трилона Б: 1,6×10^-3 М/л, 2,4×10^-3 М/л и 3,2×10^-3 М/л.

В каждом эксперименте для получения более достоверных результатов 2 чашки Петри контрольные (дистиллированная вода) и 2 чашки опытные, каждого сорта. В каждой чашке по 100 зерен ячменя для удобного учета результатов и добавляют по 10 мл в вышеуказанных концентрациях Трилон Б и дистиллированную воду в контрольных образцах. Меньший объем раствора не будет способствовать нормальному прорастанию зерна, а объем больше указанного - нецелесообразен. Зерно проращивают при температуре 22-28°C, т.к. данный температурный диапазон является оптимальным для проращивания озимого ячменя. Проращивание осуществляют в течение 3-4-х суток. Этого времени достаточно для появления проростков.

Пример конкретного осуществления способа.

Отсчитывают по 100 зерен озимого ячменя каждого сорта, отличающихся по степени морозоустойчивости: слабоморозоустойчивые, среднеморозоустойчивые, высокоморозоустойчивые и помещают их в чашки Петри. В каждом варианте по 2 повторности для получения более достоверных результатов. В каждую чашку добавляют по 10 мл Трилон Б в следующих концентрациях: 1,6×10^-3 М/л, 2,4×10^-3 М/л и 3,2×10^-3 М/л. Зерно ячменя проращивают в разных температурных режимах - 22, 25, 28°C - в течение 4-х суток без освещения с целью получения этиолированных проростков.

В таблицах 1 и 2 представлены данные сравнительных исследований влияния Трилона Б на рост этиолированных проростков многорядного озимого ячменя высокоморозоустойчивого сорта Самсон и двурядного озимого ячменя слабоморозоустойчивого сорта Агродеум.

Из данных, представленных в таблице 2, следует, что снижение роста и колеоптилей, и корней происходило обратно пропорционально концентрации Трилона Б. Но самые большие различия между сортами наблюдались по длине корней при максимальной концентрации Трилона Б - 3,2×10^-3 М. При этой концентрации длина корней у сорта Агродеум составляла 43% от таковой сорта Самсон. При концентрации 2,4×10^-3 М - 55%, а при концентрации 1,6×10^-3 М - 61%.

Длина колеоптилей под влиянием Трилона Б менялась меньше и при минимальной и максимальной концентрациях была сходной у сравниваемых сортов, около 100%. И только при концентрации Трилона Б 2,4×10^-3 М эта разница составляла 73%.

Из представленных в таблице 3 данных следует, что относительно высоко морозоустойчивый сорт Самсон отличался большей интенсивностью роста корней. Его прирост от 3-их до 4-х суток составлял 81% (4,95 см - 9,00 см), а у относительно слабо морозоустойчивого сорта Агродеум - только 35% (4,47 см - 6,03 см). При этом Трилон Б в 2 раза более эффективно снижал рост корней у сорта Агродеум (42% против 81% у Самсона). Кумулятивное действие Трилона Б на 3-и сутки было более выраженным также для сорта Агродеум (47% против 61% у Самсона).

На 4-е сутки картина была иной: действие обеих концентраций Трилона Б на рост корней сравниваемых сортов было практически одинаково - 50% и 50%. Кумулятивное действие на рост, как и на 3-и сутки, было более выраженным для сорта Агродеум - 37%, против 47% у сорта Самсон. При этом кумулятивное действие по снижению роста корней усилилось для сорта Самсон с 61% на 3-и сутки до 47% на 4-е сутки, в то время как для сорта Агродеум этот показатель практически не изменился -39% и 37%.

Однако при температуре 28°C всхожесть семян обоих сортов на третьи сутки колебалась лишь в пределах 11-18%.

Помимо кумулятивного действия, для сорта Самсон характерны сравнительно большие колебания показателей между 3-ми и 4-ми сутками: по действию Трилона Б - 81% и 50%, в то время как для сорта Агродеум - 63% и 54% соответственно. Если взять разницу между показателями 3-х и 4-х суток, то получим для сорта Самсон - Трилон Б=31; для сорта Агродеум - Трилон Б=-8. Таким образом, высокоморозоустойчивый сорт Самсон имеет более широкую амплитуду колебаний.

В таблицах 3, 4 и 5 представлены данные сравнительных исследований влияния Трилона Б на рост этиолированных проростков сортов Самсон и Ларец. По зимоморозоустойчивости эти два сорта близки. Но по морозоустойчивости сорт Ларец уступает сорту Самсон, что вполне согласуется с данными таблиц. Высокая зимоморозоустойчивость сорта Ларец, как известно, в значительной мере определяется глубиной залегания узла кущения, а не степенью морозоустойчивости.

В таблице 4 показано, что высокоморозоустойчивый сорт Самсон и средне морозоустойчивые сорта хорошо различаются по ростовой реакции под влиянием Трилона Б только при высокой его концентрации.

Так как все вышеприведенные данные свидетельствуют о том, что корни проростков наиболее чувствительны к действию Трилона Б, дальнейшие исследования проводились только по измерению корней проростков.

Таким образом, исходя из полученных в ходе исследований данных, можно сделать вывод, что анализ интенсивности роста корневой системы этиолированных проростков озимого ячменя, обработанных раствором Трилона Б в концентрации 3,2×10^-3 М/л, является оптимальным, простым и эффективным приемом оценки морозоустойчивости сортов озимого ячменя.