Способ отбора светолюбивых генотипов яровой пшеницы

Название	Способ отбора светолюбивых генотипов яровой пшеницы
Разработчик (Авторы)	Амелин Александр Васильевич, Чекалин Евгений Иванович, Заикин Валерий Васильевич, Городов Василий Тимофеевич, Кулишова Ирина Владимировна
Вид объекта патентного права	Изобретение
Регистрационный номер	2694197
Дата регистрации	09.07.2019
Правообладатель	Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Орловский государственный аграрный университет имени Н.В. Парахина"
Область применения (класс МПК)	A01H 1/04 (2006.01)

Описание изобретения

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.

Формула изобретения

Способ отбора светолюбивых генотипов яровой пшеницы, заключающийся в измерении 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, отличающийся тем, что в измерительной камере устанавливают поочередно следующие режимы освещения: низкий - 300 мкмоль/м²с, оптимальный - 1000 мкмоль/м²с и высокий - 1800 мкмоль/м²с, для измерения выбирают флаговые листья в фазу молочной спелости зерновок, при этом светолюбивыми признаются генотипы яровой пшеницы, у которых при уровне освещения 1800 мкмоль/м²с ИФ увеличивается на 15% или более по сравнению с ИФ при освещении 1000 мкмоль/м²с, а при уровне освещения 300 мкмоль/м²с ИФ снижается на 50% или менее по сравнению с ИФ при освещении 1000 мкмоль/м²с.

Изобретение "Способ отбора светолюбивых генотипов яровой пшеницы" (Амелин Александр Васильевич, Чекалин Евгений Иванович, Заикин Валерий Васильевич, Городов Василий Тимофеевич, Кулишова Ирина Владимировна) отмечено юбилейной наградой (25 лет Российской Академии Естествознания)
Медаль Альфреда Нобеля

Оформление наградных документов и заказ каталога