Биологические основы селекции зерновых колосовых культур 06. 01. 05 Селекция и семеноводство
 Скачать 0.88 Mb.
|
1-ВМСГ; 2-НМСГ+глиадины; А – АД 54; В – АД 52 Рисунок 3 – Гаметоклональная изменчивость пшеницы по спектру высокомолекулярных субъединиц глютенина Аналогичное ухудшение качественных показателей зерна и муки наблюдается у сортов пшеницы с «нуль» мутацией по локусу Glu A1 (Burnouf et.al., 1980, Payne et.al., 1987). Выявленную сопряженность между нуль аллелью глютенинкодирующих локусов и низкими технологическими показателями зерна и муки следует учитывать при браковке селекционного материала. Гибридные популяции, полученные с участием носителя редкой аллели локуса Glu B1, могут использоваться в разработке QTL продуктивности и качества. 3.1.2 Стандартные образцы мягкой и твердой пшеницы для определения состава ВМСГ сортов, селекционных линий, образцов генофонда В результате многолетних исследований и анализа образцов мягкой и твердой пшеницы были отобраны мономорфные образцы, носители различных вариантов аллелей глюте-нинкодирующих локусов, необходимые для идентификации селекционного и кол-лекционного материала по составу ВМСГ. В таблицах 3 и 4 приведен состав глюте-нинов сортов дифференциаторов, используемых для идентификации образцов пшеницы. Таблица 3 - Состав ВМСГ сортов - дифференциаторов твердой пшеницы
Таблица 4 - Состав ВМСГ сортов - дифференциаторов мягкой пшеницы
На их основе проведена идентификация 1082 образцов генофонда КазНИИЗИР, в т.ч.657-озимой мягкой пшеницы из 12 коллекционных наборов, 141 - яровой мягкой пшеницы из 4 наборов, 284-твердой пшеницы из 6 наборов по составу высокомолекулярных глютенинов. Их белковые формулы приведены в изданном нами каталоге (Нурпеисов И.А., Булатова К.М. и др.,2008). 3.1.3 Каталог блоков компонентов гордеина для регистрации коллекционных форм ячменя Идентификация генотипов ячменя осуществляется исследователями стран СНГ в соответствии с методическими указаниями по сортовой идентификации ячменя на основе эталонных спектров проламинов (Гаврилюк и др.1975), на основе составляющих сорт проламиновых биотипов (Перуанский и др., 1985), на основе блоков компонентов, контролируемых определенными аллелями гордеинкодирующих локусов (Поморцев и др., 1994). Однако ни одно из них в полной мере не отвечает возросшим в настоящее время потребностям в анализе коллекционного и селекционного материала. Так, использование крахмального геля, формирование трубчатых гелей для электрофореза в одних методических рекомендациях, система регистрации компонентов белка у других не позволяет быстро и эффективно интерпретировать полученные электрофореграммы. Блочная номенклатура более трудоемка на начальных стадиях отработки, но по своей применимости в идентификации, регистрации и дифференциации образцов генофонда, селекционных линий превосходит номенклатуру, основанную на регистрации компонентов по относительной электрофоретической подвижности. В то же время форма записи белковой формулы на основе характеристики каждого компонента в пределах -, - и - зон (ОЭП, интенсивность) бывает необходима при сравнении генетически измененных путем биотехнологии, мутагенезом форм с контрольными образцами для выяснения и указания деталей изменчивости а также при передаче сорта в государственное сортоиспытание. Схема перехода от белковых формул, составленных по относительной электрофоретической подвижности компонентов в геле и их локализации в пределах фракций, к блочной номенклатуре пшеницы предлагалась рядом исследователей (Sasek, Cherny, 1985, Абсаттарова, 2002). Для практического применения эта система недостаточна, поскольку авторами изучено ограниченное разнообразие блоков компонентов глиадин-кодирующих локусов. На основе анализа запасных белков большого набора разнообразного сортового и коллекционного материала, нами разработан и предложен для практического использования каталог, включающий 30 вариантов блоков компонентов гордеина локуса HrdA, 36 вариантов блоков компонентов гордеина локуса Hrd В, 13 вариантов блоков компонентов гордеина локуса HrdF, которые кроме цифровой идентификации охарактеризованы по относительной электрофоретической подвижности (ОЭП) составляющих их компонентов. Запись белковой формулы можно вести в двух вариантах: краткой, например для сорта Донецкий 8 (№1 на рисунке 4) она будет выглядеть: 5 1 2, для сорта Донецкий 9 (№4 на рисунке 4)– 1 3 4. Белковая формула этих же сортов с указанием позиций компонентов в геле записывается так : (Донецкий 8) 5/69; 4/71; 3/74; 5/50; 4/53;3/56;3/57;2/58;1/61; 7/17;6/19;5/21;4/23;3/25; (Донецкий 9): 5/68; 4/71; 3/73; 5/50; 4/54; 3/57; 2/58; 2/60 8/15; 7/16; 6/18; 5/21; 4/24; На основе разработанного каталога составлены гордеиновые формулы 757 образцов генофонда ячменя, документированные в издании «Каталог генофонда ячменя по спектру гордеина» (Булатова К.М., Сариев Б.С., 2007).     - HRD А - HRD B - HRD F  1 2 3 4 5 6 7 8 9 HRD А5 (1); HRD А1 (2,3,4,6,8); HRD А3 (5); HRD А2 (7); HRD А11 (9);HRD В1 (1,2,3); HRD В3 (4); HRD В4 (5); HRD В2 (6-9). HRD F2 (1); HRD F3 (2,3); HRD F4 (4,5); HRD F1(6-9). Рисунок 4 – Наиболее распространенные варианты блоков компонентов гордеина 3.1.4 Биохимические маркеры скороспелости ячменя Длина вегетационного периода является основным фактором получения хорошего урожая ячменя в условиях горной и предгорной зон Юго-Востока Казахстана (Сариев Б.С., 1997). Биохимические механизмы, лежащие в основе морфофизиологических процессов, обеспечивающих опережающее развитие скороспелых сортов и закономерности их наследования, изучены недостаточно. Нами установлено, что в фазе восковой и полной спелости скороспелые формы имеют более высокий уровень свободного пролина в сравнении с позднеспелыми образцами (рисунок5). Качественные и количественные изменения в спектре гор-деина показали, что по мере прорастания зерна происходит деградация компонентов запасных белков , и зон, причем активнее и на более ранних этапах расходуется 50 компонент, медленнее остальных деградирует компонент зоны с ОЭП 18, (рисунок 6). Отмечено, что у скороспелого генотипа даже в эндосперме зерна на стадии 7-ми суточного прорастания относительное содержание компонента 6/18 составляет 77,5% от изначального уровня в покоящемся зерне, тогда как у позднеспелого генотипа его содержание на этом этапе резко снижено и составляет лишь 16,4% от изначального уровня. Практически полный распад быстроподвижных компонентов , и зон у позднеспелой формы отмечается уже на стадии 3-х суточного развития, тогда как у раннеспелой формы компоненты этих зон проявляются еще достаточно четко. Одной из причин более замедленного распада гордеина у скороспелых форм может быть пул свободных аминокислот покоящегося зерна, не включенных в протеины во время созревания. Мг%  М. – молочная спелость; В. – восковая спелость; П. – полная спелость Рисунок 5- Накопление свободного пролина в зерне скороспелого и позднеспелого генотипов ярового ячменя на стадиях созревания. Биохимический анализ зерна на стадия покоя показал, что все скороспелые формы характеризовались более высоким содержанием неинкорпорированной в белки аминокислоты пролин. Полученные результаты свидетельствуют, что повышенное содержание свободного пролина в зерне ячменя на стадии полной спелости, а также интенсивность распада запасного белка эндосперма целесообразно использовать в дифференциации селекционных линий, коллекционных образцов и сортов.  1 – S-26-3 (скороспелый); 2 – Б3. кл. 21(скороспелый); 3 – 33/86-11 (позднеспелый), -18, - 50. Рисунок 6 - Качественные и количественные изменения в спектре гордеина при прорастании зерна ячменя. 3.1.5 Диагностика и отбор засухоустойчивых образцов ячменя Разработка биохимических тестов засухоустойчивости проводилась путем изучения: а) влияния высоких температур на генотип (жаростойкость); б) влияния дефицита влаги в корнеобитаемой среде на генотип (устойчивость к дефициту влаги); в) совместного влияния двух (а и б) стрессовых факторов на генотип. Воздействие внешних факторов вызывает в растительном организме изменения, проявляющиеся на различных уровнях его организации. Нами изучалось содер-жание свободной аминокислоты пролин в проростках ярового ячменя и характер изменения активности фермента пероксидазы этих же объектов под действием повышенных температур. С целью разработки методических условий отбора устойчивых к стрессам генотипов ярового ячменя содержание свободного про-лина определялось на проростках с различными сроками развития: 7, 10- и 12-дневных образцах двух перспективных номеров из питомника конкурсного сортоиспытания: 30/83-17 (неустойчивый к жаре), 1105-3 - (жароустойчивый). Уровень аминокислоты у опытных образцов, подвергшихся влиянию высоко-температурного стресс-фактора (1 часовое воздействие t +450C), резко возрастал при всех изученных сроках развития, однако наибольшего значения он достигал у 10-дневных проростков (рисунок 7). Тестирование проростков 45 образцов ярового ячменя позволило ранжировать их по относительному накоплению пролина и определить размах колебаний по значениям ее концентрации в опытных и кон-трольных вариантах, выделить перспективные в плане жаростойкости образцы и использовать их для дальнейших исследований. Анализ характера накопления свободного пролина в проростках биотипов ярового ячменя Сауле до (t+250C) и после воздействия высокотемпературного стресса (1 час при t+450C) показал (таблица 5), что интенсивность его аккумуляции наиболее высока у биотипов №4, №5, №7, №8 и №9. Доля первых трех биотипов является преобладающей в сорте, предназначенном для возделывания в неполивных условиях. Известно, что под влиянием стрессовых факторов в клетках растений усиливается биологическое окисление и накопление токсичных продуктов обмена. В регуляции этих процессов участвует антиоксидантный фермент пероксидаза. Воздействие нарастающего температурного стресса на проростки выявило термо-стабильность изопероксидазы С100 у жаростойких генотипов ячменя. Для дифферен-циации устойчивых к дефициту влаги форм были подобраны следующие условия: воздействие на 10 дневные проростки 10 мМ раствора полиэтиленгликоля (ПЭГ) с молекулярной массой 17000 в течение 72 часов. При воздействии ПЭГа на проростки ячменя (имитация дефицита влаги) повышается общая пероксидазная активность и идет перераспределение активности в сторону быстропод-вижных изоформ с ОЭП 90 и 93. Совместное воздействие высокотем-пературного стресса и дефицита влаги на проростки также вызывало повышение уровня свободного пролина, тогда как изменение активности изоформ пероксидазы было неоднозначным. Реакция растений ячменя на засу-ху оценивалась не только на стадии проростков в условиях ее искусственной имитации, но и в фазу трубкования в полевых условиях. В результате проведенных исследований установлено, что большая интенсивность накопления свободного пролина у ячменя на стадии проростков во время стресса наблюдалась у засухоустойчивых форм, причем эта тенденция сохранялась на всех изученных этапах развития. Общая активность пероксидазы проростков и активность ее изоформ также варьировали в зависимости от устойчивости растительных объектов  Рисунок 7 - Накопление свободного пролина у разновозрастных проростков ячменя в условиях температурного стресса Таблица 5 - Интенсивность накопления свободного пролина в проростках биотипов ячменя сорта Сауле до (контроль, К) и после (опыт, О) воздействия высокотемпературного стресса
к засухе. На фоне сходной реакции проростков ячменя как устойчивых, так и неустойчивых к засухе и ее элементам по изменению концентрации свободного пролина, выявлены специфические ответные реакции у устойчивых к высокотемпературному стрессу генотипов. Так, усиление температурного стресса вызывало повышение активности быстромигрирующих в полиакриламидном геле катодных изопероксидаз, у неустойчивых форм, тогда как у устойчивых образцов ячменя аналогичные изоформы проявляли стабильность. На основе полученных научных результатов оформлена заявка на патент «Способ двухступенчатой оценки жаростойкости зерновых», № госрегистрации 2007/0593.1, суть которой состоит в том, что проростки испытуемых и стандартного (относительно которого ведут селекцию) генотипов подвергают в камере с освещением лампой накаливания в 500 вт воздействию температурой (450-480 С) в течение часа, другую партию растений (контрольная) оставляют при температуре 20-250 С, в половине обеих партий проростков определяют концентрацию свободного пролина и по их соотношению производят первичную браковку генотипов, у второй части не выбракованных генотипов определяют относительную активность катодной изопероксидазы с ОЭП 100 и генотипы у которых соотношение активностей фермента с ОЭП 100 опытных и контрольных растений ниже единицы, относят к жаростойким, а генотипы с показателями выше единицы, но ниже показателя стандартного генотипа относят к перспективным жаростойким формам. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
А В
*