Результат интеллектуальной деятельности: Способ отбора светолюбивых генотипов яровой пшеницы

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

Одной из основных задач современной селекции и растениеводства является создание сортов сельскохозяйственных растений, формирующих высокий и стабильный урожай в разных условиях выращивания. Важное значение в данном случае имеет эффективное использование восполняемого природного источника энергии солнечного света культурными растениями посредством фотосинтеза, за счет которого создается до 96% сухого вещества урожая. По отношению к свету виды культурных растений делятся на светолюбивые, которые активно растут и фотосинтезируют при высокой интенсивности освещения, и теневыносливые - способные полноценно развиваться в условиях низкого освещения. Целенаправленная селекция в этом направлении позволит более эффективно использовать биологический потенциал культуры и биоклиматические ресурсы зоны ее производства.

Известен способ отбора форм пшеницы на скороспелость и фотопериодическую чувствительность, включающий выращивание гибридной популяции и выделение из нее нужных форм, отличающийся тем, что выращивание растений осуществляют в условиях короткого дня, а выделение из гибридной популяции проводят при выколашивании, дифференцируя по срокам выколашивания, при этом ранневыколосившиеся растения относят к скороспелым слабочувствительным к фотопериоду формам, а поздневыколосившиеся к позднеспелым чувствительным к фотопериоду формам (Патент РФ №2065697 А01Н 1/04, 1996) [1].

Известен способ определения у длиннодневных злаковых растений форм различной скороспелости и фотопериодической чувствительности, включающий выращивание гибридных популяций в условиях короткого дня и выделение из них нужных форм, отличающихся тем, что выделение форм из гибридной популяции проводят в фазе выхода в трубку, дифференцируя их по величине оптического коэффициента поглощения падающего монохроматического излучения при длине волны 730-740 нм у полностью сформировавшихся листьев 4-6 яруса 10-15 дневного возраста, при этом растения с наиболее высоким коэффициентом поглощения относят к скороспелым слабочувствительным, а с наиболее низким - к более позднеспелым сильночувствительным к фотопериоду формам (Патент РФ №2065697 А01Н 1/04, опубликован 10.06.2007 бюл. №16) [2].

Недостатком известных способов является то, что они направлены на отбор растений с различной чувствительностью к фотопериоду, но при этом не учитывается их чувствительность к интенсивности освещения.

Известен способ оценки теневыносливости растений, включающий измерение биофизического показателя, характеризующего фотосинтетический аппарат листьев и определение этого показателя, отличающийся тем, что с целью ускорения оценки и снижения трудозатрат перед измерением биофизического показателя, листья фиксируют в жидком азоте, возбуждают флуоресценцию хлорофилльных пигментов, регистрируют ее и рассчитывают отношение интенсивности в максимуме флуоресценции хлорофилльных пигментов, включенных в хлорофилл-белковый комплекс первой фотосистемы, к интенсивности в максимуме флуоресценции коротковолновой формы хлорофилльных пигментов, включенных в хлорофилл-белковый комплекс второй фотосистемы, и по этой величине судят о теневыносливости растений, считая тем больше, чем больше величина указанного соотношения (авторское свидетельство SU №1445634 А1, опубл. 23.12.1988, бюл. №47) [3].

Недостатком известного способа является то, что он трудоемок и основан на оценке флуоресценции хлорофилльных пигментов, включенных в хлорофилл-белковый комплекс первой и второй фотосистемы листьев, которые предварительно фиксируют в жидком азоте, а затем анализируют в стационарных условиях, что не позволяет оценить состояние растительного организма в момент отбора проб у большого количества коллекционных и селекционных образцов с сохранением материала для последующего отбора.

Наиболее близким к заявленному способу является способ оценки селекционного материала гороха посевного на интенсивность фотосинтеза (Патент РФ №2626586 А01Н 1/04, опубликован 28.07.2017 бюл. №22) [4].

Недостатком известного способа является, то, что он не позволяет оценивать и отбирать светолюбивые генотипы яровой пшеницы.

Задачей данного изобретения является разработка способа, позволяющего оценивать и отбирать светолюбивые генотипы яровой пшеницы.

Техническим результатом изобретения является определение предельных значений интенсивности фотосинтеза растений яровой пшеницы в зависимости от изменения интенсивности освещения.

Поставленная задача и указанный технический результат достигается за счет того, что в заявляемом способе отбор светолюбивых генотипов яровой пшеницы, осуществляется на основе результатов измерения интенсивности фотосинтеза листьев (ИФ), при этом измерения проводят с 9:00 до 11:00 часов дня с помощью переносного газоанализатора марки LI-6400 XT, измерительную камеру которого прикрепляют к листу растения, согласно изобретению, в измерительной камере устанавливают поочередно следующие режимы освещения: низкий - 300 мкмоль/м² с, оптимальный - 1000 мкмоль/м² с и высокий - 1800 мкмоль/м² с, для измерения выбирают флаговые листья в фазу молочной спелости зерновок, при этом светолюбивыми признаются генотипы яровой пшеницы, у которых при уровне освещения 1800 мкмоль/м² с ИФ увеличивается на 15% или более по сравнению с ИФ при освещении 1000 мкмоль/м² с, а при уровне освещения 300 мкмоль/м² с ИФ снижается на 50% или менее по сравнению с ИФ при освещении 1000 мкмоль/м² с.

Сущность предлагаемого решения поясняется чертежами, где представлена интенсивность фотосинтеза в зависимости: фиг. 1 - от фазы роста; фиг. 2 - яруса листьев; фиг. 3 - интенсивности освещения различных ярусов листьев; фиг. 4 - времени суток; фиг. 5 - интенсивности освещения у разных сортов яровой пшеницы в фазу молочно-восковой спелости.

Экспериментально установлено, что наиболее значимые генетические различия фиксируются в фазу молочной спелости (фиг. 1).

В годы исследований интенсивность фотосинтеза флагового листа у сортов яровой пшеницы была в 1,7 раза выше предфлагового, и в 2,8 раза - нижерасположенного (фиг. 2).

Поэтому отбор предлагается проводить, прежде всего, в фазу молочной спелости зерновок по фотоактивности флагового листа, на который ложится основная нагрузка в обеспечении зерновок фотоассимилятами (Sanchez-Bragado R. Photosynthetic contribution of the ear to grain filling in wheat: a comparison of different methodologies for evaluation // R. Sanchez-Bragado [et. al.] / Journal of Experimental Botany, Vol. 67, No. 9 pp. 2787-2798, 2016. doi: 10.1093/jxb/erw116) [5].

При этом установлено высокая зависимость интенсивности фотосинтеза листьев разных ярусов растений от интенсивности их освещения (фиг. 3.).

В зависимости от яруса листа коэффициент корреляции между ИФ и интенсивностью освещения составлял 0,94.

Учет интенсивности фотосинтеза осуществляют в утренние часы - с 9 до 11, когда погодные условия наиболее благоприятны для максимального проявления активности фотосинтеза: интенсивность освещения достигает насыщающего уровня, а температура воздуха не оказывает на растения стрессового воздействия - не наблюдается обезвоживания и перегрева клеток листа, как это происходит в полуденное и послеполуденное время. Способ осуществляется следующим образом.

Измерение интенсивности фотосинтеза листьев проводят при 3-х режимах освещения: низком - 300, оптимальном - 1000 и высоком - 1800 мкмоль/м² с, с помощью переносного газоанализатора марки LI-6400 XT (или аналога), позволяющим устанавливать требуемый уровень света в измерительной камере, которую прикрепляют к флаговому листу растения, и после стабилизации ее рабочего режима (1-1,5 минуты) фиксируют на цифровом экране прибора значения интенсивности фотосинтеза. Для измерения отбирают 5-7 типичных для генотипа растений, произрастающих в середине делянки, у которых листья не имеют повреждений вредителями и поражений болезнями.

По результатам анализа полученных экспериментальных данных, опытные сорта ранжируют по убыванию значений ИФ при 3-х режимах освещения. Светолюбивыми считаются генотипы, у которых при уровне освещения 1800 мкмоль/м² с ИФ увеличивается на 15% или более по сравнению с ИФ при освещении 1000 мкмоль/м² с, а при уровне освещения 300 мкмоль/м² с ИФ снижается не более, чем 50% по сравнению с ИФ при освещении 1000 мкмоль/м² с.

В опытах подтверждено, что фотосинтез растений яровой пшеницы имеет ярко выраженную реакцию на изменение интенсивности освещения листьев. При искусственном уменьшении интенсивности освещения с 1000 до 300 мкмоль/м² с интенсивность фотосинтеза сокращается в 1,9 раза, а при увеличении освещения до 1800 мкмоль/м² с - ее рост составляет 15% и более. При этом генотипы яровой пшеницы по-разному реагируют на изменение освещенности (фиг. 5).

Оценку генофонда яровой пшеницы и отбор светолюбивого генетического материала проводят в фазу молочной спелости зерновок, когда наблюдается наибольшая разница по интенсивности фотосинтеза между генотипами. При этом отмечается, что сорта с высокой интенсивность фотосинтеза на 14,8% превосходили сорта со средней интенсивностью фотосинтеза и на 24,1% - с низкой. В другие фазы преимущество сортов с высокой интенсивностью фотосинтеза не превышала 5-8% над другими сортами (фиг. 1). Для оценки используют флаговый лист растений яровой пшеницы, на который ложится основная нагрузка в обеспечении зерновок фотоассимилятами (фиг. 2).

В течение дня интенсивность фотосинтеза листьев у генотипов яровой пшеницы начинает активно расти с 8 утра достигая максимальных значений к 11 часам, а затем снижается (фиг. 4). Это дает основание считать, что оценку и отбор перспективных генотипов по отношению к свету следует проводить с 9 до 11 часов по местному времени, когда погодные условия наиболее благоприятны для фотосинтеза растений.

При этом также отмечается высокая зависимость ее от режима освещения (фиг. 5). Так у сорта Саур при увеличении интенсивности освещения выше 1000 мкмоль/м² с интенсивность фотосинтеза флагового листа существенно не увеличивалась, тогда как у сортов Ульяновская 101 и Дарья, ее рост составил 25% и 28%, соответственно.

Оценка 20 генотипов по интенсивности флагового листа при разных уровнях освещения позволила установить их реакцию на изменение данного фактора и дифференцировать на разные группы по отношению к интенсивности освещения (табл.). В результате было выделено 5 сортов культуры (Черноземоуральская, Злата, Любава, Золотая, Ладья), у которых при уровне освещения 1800 мкмоль/м² с ИФ увеличивается на 15% или более по сравнению с ИФ при освещении 1000 мкмоль/м² с, а при уровне освещения 300 мкмоль/м² с ИФ снижается на 50% или менее по сравнению с ИФ при освещении 1000 мкмоль/м² с.

Используя данный способ можно: с высокой точностью и минимальными затратами времени проводить оценку светолюбивых генотипов яровой пшеницы и выделять светолюбивые генотипы культуры для включения их в селекционный процесс культуры.