Содержание к диссертации
Введение
1. Значение перекисного окисления липидов и активности пероксидазы в устойчивости растений к засухе и перспективы использования этих признаков в селекции ярового ячменя к дефициту влаги при прорастании семян 9
1.1. Значение, биологические особенности и возделывание ярового ячменя 9
1.2. Биохимические основы засухоустойчивости растений 17
1.3. Перекисное окисление липидов 21
1.4. Пероксидаза - важнейшая каталитическая система среди биохимических факторов защиты клетки 28
2. Условия, материал и методика исследований 37
2.1. Условия проведения исследований 37
2.2. Материал и методика исследований 38
2.3. Методика обработки материалов 43
3. Особенности прорастания ярового ячменя различных сортов в условиях оптимального увлажнения и модельной засухи 44
4. Интенсивность перекисного окисления липидов при прорастании семян ярового ячменя В условиях оптимального увлажнения и модельной засухи 60
5. Общая активность пероксидазы в процессе прорастания семян ярового ячменя в условиях оптимального увлажнения и модельной Засухи 65
6. Использование коэффициента адаптационного потенциала растения для оценки сортовой устойчивости ярового ячменя к дефициту воды. На начальных этапах развития 68
7. Общая активность пероксидазы в семенах исследуемых сортов ярового ячменя разных лет репродукции 72
8. Оценка коллекционных образцов ярового ячменя по устойчивости к дефициту влаги на начальных этапах роста и развития растений 85
Выводы
Рекомендации селекции и семеноводству 112
Литература 114
Приложение 129
- Значение, биологические особенности и возделывание ярового ячменя
- Пероксидаза - важнейшая каталитическая система среди биохимических факторов защиты клетки
- Интенсивность перекисного окисления липидов при прорастании семян ярового ячменя В условиях оптимального увлажнения и модельной засухи
- Оценка коллекционных образцов ярового ячменя по устойчивости к дефициту влаги на начальных этапах роста и развития растений
Введение к работе
Яровой ячмень на Дону по посевным площадям является одной из ведущих зернофуражных культур. Ежегодно его посевы достигают здесь 1,5 млн. га. Основная масса зерна ячменя - более 65%, идёт на приготовление комбикормов и непосредственно на кормовые цели, 6-8% — на производство пива, 15% - на пищевые ігуждьі. Яровой ячмень также широко используется как страховая культура на случай пересева озимых культур при плохой их перезимовке. В последние годы на Дону более половины площадей ячменя занимают сорта местной селекции, обладающие хорошими кормовыми достоинствами, высокой урожайностью и устойчивые к засухе. Климат Ростовской области резко континентальный с сильными и почти постоянными юго-восточными ветрами, засухой и суховеями, что является причиной нестабильности урожаев ярового ячменя в разные по влагообеспеченно-сти годы. В таких условиях селекционные работы по ячменю направлены на выведение раннеспелых, засухоустойчивых, неполегающих сортов, обладающих стабильностью урожаев. Важным условием формирования высоких урожаев зерновых культур является получение дружных всходов и заданной густоты стояния. Частые весенние засухи, недостаток влаги в почве в период посев-всходы приводит к угнетению роста и развития растений на начальных этапах онтогенеза. В результате не удается получить заданную густоту стояния злаковых культур, и урожай снижается на 50 и более процентов. Результаты многих научных работ свидетельствуют о том, что краткий стартовый период (энергичный рост на первых этапах онтогенеза растения после периода его покоя в состоянии «спящего» в сухом семени зародыша) играет определяющую роль в увеличении урожая /1,2/. Согласно результатам многолетних исследований дисперсии важнейших физиоло-го-ценотических параметров в течение вегетационного периода злаков, связанных с зерновой продуктивностью, проводимых О силовым Ю.Ф. в зоне Северного Кавказа при изменяющихся погодных условиях, наибольшей
5
'г дисперсией (V > 20%) отличались способность семян к прорастанию в за-
сушливых условиях и густота стеблестоя в весенне-летний период /3/. Поэтому для районирования сортов в нашей зоне важным признаком является устойчивость образцов к дефициту влаги на начальных этапах развития. В связи с этим особое значение имеет выявление механизмов устойчивости и разработка критериев для оценки сортовой засухоустойчивости ярового ячменя в период посев-всходы.
На многих сельскохозяйственных культурах было показано, что устой-
г чивость сорта к стрессору - это генетически наследуемый потенциальный
признак, который реализуется лишь при действии экстремального фактора
/4/. Специфические для конкретного стрессора реакции развиваются позже на
фоне неспецифических процессов. В результате адаптационных перестроек
у растений повышается устойчивость живой системы к внешнему воздейст
вию. На основе неспецифических реакции возможно создание универсаль
ных тестов на устойчивость. Важнейшей неспецифической реакцией аэроб
ных организмов на неблагоприятные факторы является активация молеку
лярного кислорода с образованием его полувосстановлепных форм. Этот
процесс и индуцированное им перекисное окисление липидов (ПОЛ) рас
сматривают в качестве «первичных медиаторов» стресса /5/. Ответной реак-
** цией растительного организма на пероксидацию является повышение актив-
'" ности ферментов антиоксидантной защиты. Подвижное равновесие между
ПОЛ и активностью антиоксидантных механизмов присуще всем уровням
организации живых систем. Оно смещено вправо в состоянии физиологиче
ского покоя, обычной жизнедеятельности. Под влиянием различных небла
гоприятных факторов процессы биологического окисления, а также ПОЛ за
кономерно усиливаются, создавая предпосылки для смещения равновесия
влево, в направлении активации ПОЛ. Сдвиг равновесия в сторону проокси-
дантов является, по мнению ряда авторов, наиболее информативным показа-
** тел ем для оценки степени влияния различных факторов на организм /5,6/. Ре-
* активное включение резервных антиоксидантных механизмов смещает рав-
новесие вправо, поэтому ответ живой системы на разнообразные экстремальные воздействия носит колебательный характер /7/. Степень выраженности ответной реакции определяется заложенными в живом организме адаптационными возможностями. В результате адаптационных перестроек повышается устойчивость живой системы к внешнему воздействию. Поэтому поиск параметров для сравнения адаптационных возможностей растений представляет значительный интерес.
Актуальность темы. Проблема повышения устойчивости сельскохозяйственных культур и, в том числе, ярового ячменя к дефициту влаги в почве в период прорастания семян и роста проростков имеет огромное научное и практическое значение, так как от этого зависят заданная густота стояния растений и урожайность. Однако до настоящего времени не было проведено комплексное физиолого-биохимическое исследование механизмов устойчивости ярового ячменя к весенней засухе, не изучены сортовые особенности протекания процесса ПОЛ и изменения общей активности пероксидазы (ОАП) - важнейшего компонента антиоксидантной защиты клетки. Отсутствуют сведения о генотипи ческой вариабельности признаков устойчивости семян к водному стрессу, не установлены биохимические критерии оценки и отбора селекционного материала и коммерческих сортов, не разработана простая и производительная методика. В связи с этим актуальность выбранной темы исследований несомненна.
Цель исследований. Выявить закономерности и генотипические различия прорастания семян, ПОЛ и изменения ОАП в семенах и проростках ярового ячменя в условиях водного стресса и на этой основе разработать метод оценки сортов и селекционного материала на устойчивость к засухе на начальных этапах развития растений.
Задачи исследований:
- изучить закономерности прорастания семян (энергия, скорость, дружность и всхожесть) и роста проростков (линейные размеры и масса
7 ростков, корешков, а также число корешков) ярового ячменя в условиях оптимального увлажнения и дефицита влаги;
изучить динамику ОАП и интенсивность ПОЛ в процессе прорастания семян ярового ячменя сортов, отличающихся по устойчивости к засухе, в условиях оптимального увлажнения и модельной засухи;
установить связь между устойчивостью ярового ячменя к засухе в период прорастания семян с интенсивностью ПОЛ и ОАП в сухих семенах и проростках;
выявить генотипические различия ярового ячменя по устойчивости к засухе на начальных этапах развития растений по показателям всхожести семян, мощности проростков, а также по ОАП и интенсивности ПОЛ в сухих семенах и проростках;
провести оценку коллекционных сортов ярового ячменя на устойчивость к засухе по основным посевным характер истинам семян, мощности проростков, ОАП и интенсивности ПОЛ;
разработать метод оценки селекционного материала и сортов ярового ячменя на устойчивость к засухе на начальных этапах развития растении.
Научная новизна:
впервые проведено комплексное физиолого-биохимическое исследование механизмов устойчивости ярового ячменя к дефициту влаги в период прорастания семян на большом наборе генотипов;
показана динамика изменения ОАП и интенсивности ПОЛ при прорастании семян ярового ячменя на начальных этапах развития в условиях оптимального увлажнения и модельной засухи;
выявлены генотипические различия по энергии прорастания семян в условиях оптимального увлажнения, всхожести и способности семян давать мощные проростки при засухе, по интенсивности ПОЛ и ОАП в прорастающих семенах при недостатке влаги на начальных этапах прорастания;
впервые установлены сортовые различия по величине ОАП в сухих семенах;
выявлена положительная связь между устойчивостью растений ярового ячменя различных сортов к весенней засухе и ОАП в сухих семенах;
предложены критерии оценки сортовой устойчивости ярового ячменя к засухе на начальных этапах развития растений.
Практическая значимость.
В производственных условиях мы рекомендуем использовать методы оценки сортовой устойчивости ярового ячменя к засухе на начальных этапах развития растений, изложенные в методических рекомендациях «Биохимические методы оценки ярового ячменя на устойчивость к засухе», с целью отбора сортов, пригодных к возделыванию в условиях частой весенней засухи. На основании установленных механизмов устойчивости семян и проростков ярового ячменя к засухе можно формулировать направление селекции, использовать предложенные в работе параметры и вести отбор ценных генотипов,
Апробация работы.
Результаты исследований доложены, одобрены и рекомендованы к опубликованию на научных конференциях АЧГАА 2001-2005г.; Воронежского ГАУ 2003г. Методические рекомендации по проведению сортовой оценки ярового ячменя на засухоустойчивость разработанными нами биохимическими методами переданы в отдел селекции и семеноводства ячменя КНИИСХ для использования при оценке коллекции ярового ячменя на устойчивость к весенней засухе.
Публикации.
По теме диссертации опубликовано 5 печатных работ, 2 находятся в печати.
Структура и объём работы.
Диссертация состоит из введения, 8 глав, общих выводов, рекомендаций селекции и семеноводству, приложений. Содержит 129 страниц текста в компьютерном исполнении, 16 рисунков, 27 таблиц, список литературы, состоящий из 143 наименований, в том числе 20 на иностранных языках.
Значение, биологические особенности и возделывание ярового ячменя
Ячмень является одной из основных зернофуражных культур в нашей стране. Площадь, занимаемая яровым ячменем в России, в последние годы составила 29-30 млн. га. Возделывается он практически на всей территории страны - от северных пределов земледелия (за Полярным кругом) до южных границ. Мировое производство ячменя составляет около 160 млн. т в год. Наиболее крупными производителями зерна ячменя являются: СНГ— 37 млн.т, Канада — 16 млн.т, США - 14 млн.т /8/. Основное производство ячменя в России сосредоточено на Северном Кавказе. Большой интерес к ячменю, который проявляется в настоящее время в нашей стране и за границей, связан с универсальностью культуры. Он может использоваться на корм скоту и птице, на продовольственные цели; экстракты (солодовые вытяжки) применяются в медицине, текстильной и кожевенной промышленности. В составе зрелого зерна ячменя обычно содержится всего 10-14% воды и 86-90% сухого вещества, которое состоит, главным образом, из углеводов (крахмал, клетчатка, декстрины, сахара), белков, витаминов, жиров и неорганических элементов, дающих при сжигании зольный остаток. По сведениям лаборатории биохимии Донского селекцентра, зерно ячменя лучших сортов конкурсного испытания в среднем содержит 12,9-14,8% белка, 1,7-2,6% жира, 4,5-6,6 % клетчатки, 2,5-3,0% золы, 76-80% безазотистых экстрактивных веществ /9/. В зависимости от зон выращивания, с их климатическими особенностями, содержание тех или иных веществ может несколько изменяться. В связи с тем, что зерно ячменя содержит много кальция, фосфора, витаминов группы В, оно считается одним из лучших компонентов в корме крупного рогатого скота и свиней.
По данным многих авторов, ячменное зерно обладает хорошей поедаемо-стью и усвояемостью, является незаменимым кормом для крупного рогатого скота, особенно свиней, когда требуется получить высококачественный бекон (нежная нежирная свинина высоких вкусовых достоинств). Добавление ячменя в рацион птицы благотворно влияет на повышение яйценоскости и обеспечивает более быстрый их откорм. Особенно важно то, что белок зерна ячменя, по сравнению со многими другими культурами, полноценней по незаменимым аминокислотам, которые в организме животных либо совсем не синтезируются, либо образуются в недостаточном количестве.
В последние годы в животноводстве Ростовской области нашли применение корма из целых растений ячменя, убранных в фазе молочно-восковой спелости. В этот период в них содержится оптимальное количество питательных веществ в наиболее усвояемой животными форме. Ячмень можно возделывать для получения зеленого корма и силоса. Ячменная солома также неплохой грубый корм для животноводства. В ней больше питательных веществ, чем в пшеничной, ржаной, овсяной соломе, чем в силосе из подсолнечника, убранного в период цветения и молочной спелости, или из кукурузы в стадии молочной спелости. Ячмень является также ценной продовольственной культурой: его зерно используется для изготовления круп и в кондитерской промышленности. Кроме того, это -основное сырье для пивоваренной промышленности.
Из зерен ячменя готовят солод. Для этого их проращивают, затем высушивают и размалывают. Полученная мука содержит много витаминов, в т. ч. и витамин Е, биологически активные вещества, обладающие дезинфицирующими и противовоспалительными свойствами. Из солода с повышенным содержанием белков пищевая промышленность выпускает ячменный кофе, оказывающий тонизирующее и общеукрепляющее действие на организм человека. Но все же основное назначение ячменя на Дону -корм для животных. В агрономической практике вид культурного ячменя (Hordeum sativum Jessen.) принято делить на три подвида: ssp. vulgare L. - многорядный ячмень; ssp. distichum L. - двурядный ячмень; ssp. intermedium Vav. et Orl. - промежуточный ячмень, в нашей стране встречается редко. Зерно ячменя пленчатое, масса 1000 семян в зависимости от сорта и условий варьирует от 40 до 60 г. Существуют разновидности и голозерного ячменя (остистые и безостые), характеризуемые повышенным содержанием белка и используемые для изготовления крупы, ячменного кофе, муки и т. д. Сорта этих разновидностей в нашей стране не возделываются.
Ячмень - наиболее скороспелая зерновая культура (период вегетации 70-100 дней), проникающая далеко на север (до 68 с. ш.). К теплу ячмень малотребователен. Зерно его может прорастать при температуре 1-2 С, поглощая до 50% воды от массы зерна. Небольшие заморозки (до -4... -5 С) всходы ячменя переносят без заметных повреждений (подмораживаются лишь верхушки листьев). В период цветения и налива зерна опасны даже незначительные заморозки (-1,5 ... —2С) /10/. Ячмень - растение длинного дня. Двурядные формы ячменя, как правило, прорастают четырьмя-шестью, реже - восьмью корешками, многорядные -меньшим их количеством. Эти корни называются зародышевыми или первичными. По мере роста в почве они могут ветвиться и достигать глубины 120-150 см и более, снабжая растение влагой и питательными веществами в течение всей его вегетации. Кустится ячмень (через 18-20 дней после всходов) сильнее, чем яровая пшеница и овес, образуя до 4-5 стеблей на растении, из них 2-3 продуктивных. Корневая система и её ус-вояющая способность у ячменя относительно слабая. Соцветие — колос состоит из плоского коленчатого колосового стержня и одноцветковых колосков, которые тройками, попеременно, расположены на выступах колосового стержня.
Пероксидаза - важнейшая каталитическая система среди биохимических факторов защиты клетки
Пероксидаза — фермент, широко распространенный в живых организмах. Будучи по своей природе полифункциональной, она участвует во многих процессах жизнедеятельности растений. Пероксидаза катализирует большинство реакций, протекающих во всех типах тканей. Присутствие ее в хлоропластах указывает на участие фермента в окислительно-восстановительных реакциях в процессе фотосинтеза /54,55/, а обнаружение пероксидазы в митохондриях - на участие в энергетическом обмене клетки /56,57/. Значительная пероксидазная активность определена в очищенных препаратах рибосом и, как считают авторы, фермент прочно связан с их структурой, являясь, видимо, составной частью этих органелл. Японские исследователи высказали предположение о существовании пероксцдазной системы, связанной с метаболизмом рибонуклеопротеидов. Имеются данные об участии пероксидазы в окислительном декарбоксилировании аминокислот, превращении триптофана в ИУК. На основании цитохимических исследований пероксидазная активность была обнаружена в цитоплазме, клеточной стенке, хромосомах и ядрышках. В молодых клетках кончиков лука наивысшая активность пероксидазы сосредоточена в ядрах /58/. Это свидетельствует о возможном участии пероксидазы в специфической ядерной функции, а так как часть изоэпзимов являются щелочными белками, то не исключено, что они могут выполнять функцию, подобную функции гис-тонов. Данные о роли пероксидазы в клетках, полученные на основе цитохимических исследований, находят все больше подтверждений и на биохимическом уровне. Так, Зигель и Галетой /59/ изучая изопероксидазы гороха, показали увеличение числа щелочных изоэнзимов в связи с ростом и дифференциацией клеток. На этом основании ими высказано предположение, что щелочные пероксидазы могут функционировать как модификаторы генной активности.
Пероксидаза является индуцибельным ферментом, индукторами которого могут быть разнообразные физические, химические и биологические факторы, в том числе особого внимания заслуживают фитогормоны как регуляторы многих физиологических процессов. Для пероксидазы доказано ее участие в образовании ауксина и этилена, восстановлении нитратов и нитритов, т. е. в азотном обмене, ростовых и дыхательных процессах /60,61/. В присутствии пероксидазы регулируется созревание и старение тканей, а также синтез лигнина, входящего в состав клеточных стенок. Возможно, физиолого-биохимическая роль пероксидазы клеточной стенки заключается в разрушении ИУК, которая может изменять физиологическое состояние клетки /62-66/.
Пероксидаза ускоряет гидроксилирование пролина, входящего в состав клеточных стенок, что влияет на их растяжимость, и в результате регулируется проницаемость клеточных мембран /67/. Выяснено также, что пероксидазы клеточных стенок растений табака катализируют NADH-зависимое образование перекиси водорода /68/. Участие пероксидазы в окислительных превращениях NADP Н2 изучали на примере пероксидазы кукурузы, используя кофакторы оксидазной функции фермента - Мп2+ и 2,4-дихлорфенол (ДХФ). При этом цианистый калий, ингибируя перокси-дазу, уменьшал влияние Мп2+ и ДХФ на окисление NADP Нг /69/.
Имеющиеся экспериментальные данные говорят в пользу того, что пероксидаза связана с целым рядом метаболических превращений, происходящих в клетках, обладая широким спектром действия фермента, в пределах рН от 3 до 14. Пероксидаза активизируется при очень многих изменениях и нарушениях метаболизма растений, а некоторые изоэнзимы в ответ на стресс синтезируются de novo. Однако до сих пор нет достаточно полного объяснения механизма регуляции синтеза изоэнзимов и проявления их свойств при стрессовых и патологических воздействиях. Несмотря на большой поток информации по изучаемому ферменту, физиологическая функция пероксидазы до конца не понята, и сложность ее изучения состоит в том, что действие фермента в нативной клетке невозможно со всей полнотой моделировать in vitro /70/.
Пероксидаза - двухкомпонентный фермент, представляющий собой сочетание активной группы, вступающей в химическое взаимодействие с субстратами, и коллоидального белкового «носителя», усиливающего каталитическое действие этой группы. Это глобулярный белок диаметром 50 А /71/, который содержит около 43% сс-спиральных участков в составе белковой части молекулы /72/. Изученные до настоящего времени пероксидазы состоят из неокрашенного гликопротеина и соединенного с ним коричнево-красного феррипорфирина. Геминовая часть молекулы (гем, гемин) — желе-зопротопорфирин IX, который выполняет роль активного центра. Он участвует в разложении или активации Н202, в результате чего возникают радикалы соответствующих субстратов /73/. Феррипротопорфирин IX входит в активный центр, составляя порфиршговое кольцо гемма, являющегося высокоароматичным и гидрофобным соединением. Именно гидрофобное взаимодействие порфиринового макроцикла с белком формирует тритичную структуру нативной пероксидазы. Известно, что протопорфирин оказывает важное стабилизирующее влияние на белковую глобулу гемсодержащих ферментов. Удаление простетической группы фермента ведет к потере пероксидазной активности, но не сказывается на ее оксид аз ной функции /59/. Пероксидазы различных растений, а также изоформы пероксидазы, выделенные из одного и того же растения, различаются по качественному и количественному составу аминокислот и Сахаров. Среди изоэнзимов пероксидазы есть и такие, которые не содержат углеводных компонентов /58/. Роль углеводных компонентов в молекуле пероксидазы пока до конца не выяснена, так как отщепление некоторых углеводов не приводило к изменению ферментативной активности /74/. Авторы предполагают, что углеводы облегчают прохождение оксидазы через мембрану и стабилизируют трехмерную структуру апофермента.
Интенсивность перекисного окисления липидов при прорастании семян ярового ячменя В условиях оптимального увлажнения и модельной засухи
Процесс псрекисного окисления липидов (ПОЛ) постоянно протекает в живых системах любой сложности, главным образом в липидном бислое мембран, в присутствии молекулярного кислорода и активаторов процесса -радикалов 0 2 ОН , НО г, ROO , перекиси водорода и т. п. образующихся в качестве побочных продуктов функционирования электрон-транспортных цепей. Согласно идее Эмануэля и Тарусова, ПОЛ является универсальным механизмом повреждения мембранных структур клетки при различных патологических состояниях, действиях экстремальных факторов, а также при старении /126/. Одним из основных конечных продуктов ПОЛ растений является малоновый диальдегид (МДА) - высокоактивное гидрофильное соединение, обладающее небольшой молекулярной массой, в норме присутствующие в тканях в низких концентрациях /127/. Содержание МДА в тканях широко используют для оценки интенсивности ПОЛ. Усиленное образование МДА является следствием окисления линолевой и линоленовой кислот фосфолипидов и галактоли-пидов. МДА способен взаимодействовать со свободными аминогруппами белков, компонентами фосфолипидов, инициировать появление в мембранах этилена. Всё" это может привести к изменению свойств как мембран в целом, так и их отдельных компонентов. Прямая зависимость между накоплением МДА и интенсивностью ПОЛ является хорошо установленным фактом /5/. На рисунке 4.1 показана динамика накопления МДА у исследуемых сортов ярового ячменя в процессе прорастания семян в дистиллированной воде. В течение первых четырех суток содержание МДА варьирует незначительно. Резкое возрастание количества этого продукта ПОЛ наблюдается в интервале 4-7 сутки.
Рост и продолжительность действия стресса могут привести к истощению адаптационных возможностей организма, усилению ПОЛ, ингибированию ферментов защиты /128/.
В свете вышеизложенного, снижение на 25 % содержания МДА в гомогенатах проростков сорта Рубикон проращиваемых в условиях недостатка влаги относительно контроля может свидетельствовать о том, что действие стресса не вышло за пределы физиологического диапазона, в котором адаптивные механизмы клетки еще полностью контролируют ситуацию. При одинаковой продолжительности глубина действия стресса в случае с проростками сорта Мамлюк, оцениваемая по интенсивности ПОЛ, в 1,5 раза выше, чем у Рубикон. Это свидетельствует о более низких адаптационных возможностях сорта Мамлюк. На рисунке 4.3 показан рост содержания МДА в гомогенатах проростков сорта Мамлюк в интервале 7-Ю сутки, в то время как для сорта Рубикон данное значение остается на уровне контроля.
Изменение интенсивности ПОЛ сопровождаются перестройками в защитной антиоксидантной системе. Ферментом, проявляющим антиоксидантную активность, является пероксидаза, которая ингибирует свободноради-калыгое окисление липидов. Проведенными исследованиями установлено, что антиаксидантная активность пероксидазы в первые семь дней прорастания семян сортов Рубикон и Мамлюк в дистиллированной воде увеличивается в 2,8 раза (рисунок 5.1). Плавное возрастание ОАП в контрольных образцах, возможно, связано с тем, что на начальных этапах прорастания проростков активность ПОЛ в них подавляется за счет резервного количества АО, которые накапливаются в семенах в период их формирования осенью. Синтез новых антиоксидантов требует больших энергетических затрат, которые возможны только при активной работе фотосинтетического аппарата проростков, что возможно только в более поздние сроки.
В условиях недостатка влаги были отмечены значительные различия в уровне ОАП в семенах исследуемых сортов в процессе их прорастания. У сорта Рубикон в течение первых 3 суток прорастания уровень ОАП близок к контролю. Это свидетельствует о том, что при данной продолжительности и глубине действия засухи адаптивные механизмы клетки еще полностью контролируют ситуацию. Резервного количества АО достаточно для поддержания стационарного физиологически нормального уровня свободнорвади-кальных процессов в клетке. При более продолжительном действии засухи было отмечено повышение ОАП (с 4 суток) на 39% относительно контроля. В дальнейшем регистрируемый показатель вновь приближается к контролю. У сорта Мамлюк в процессе прорастания уровень ОАП в семенах в течение первых 8 суток постепенно нарастал. Однако амплитуда изменчивости регистрируемого значения ниже, чем у контрольного варианта и сорта Рубикон.
Оценка коллекционных образцов ярового ячменя по устойчивости к дефициту влаги на начальных этапах роста и развития растений
В предварительных исследованиях нами было показано, что устойчивые к засухе сорта характеризуются высокой общей активностью пероксида-зы (ОАП) в сухих семенах. Данный показатель положительно коррелирует с энергией прорастания семян (г = 0,89) и всхожестью семян в условиях недостаточной влагообеспеченности (г = 0,96), что дает основание говорить о возможности использования его в качестве косвенного теста при оценке устойчивости ярового ячменя к засухе /136,137/. С целью проверки данной гипотезы нами была проведена оценка устойчивости к засухе на начальных этапах развития коллекционных сортообразцов ярового ячменя одного года репродукции (2002г.). Исследованы 16 сортов. В качестве стандарта использовали высокоустойчивый к засухе по полевым испытаниям сорт местной селекции Тан—1 /138/. Оценку проводили на основе определения ОАП в сухих семенах, энергии прорастания и их всхожести, а также темпов роста проростков в условиях оптимального увлажнения и модельной засухи. Полученные экспериментальные данные сравнивали с урожайностью этих сортов за 2001-2003 годы. Агроклиматические условия по годам исследования существенно отличались по температурному режиму и водообеспеченности как в период прорастания семян, так и в фазу Еіалива зерна. Это дало нам возможность оценить вклад в урожайность устойчивости к недостатку влаги на начальных этапах развития проростка.
В результате определения ОАП в сухих семенах было показано существенное отличие изученных сортов по данному признаку (таблица 8.1). Все сорта значимо отличаются по ОАП от стандарта, коэффициент вариации данного признака составляет 28%, что свидетельствует о наличии значительной вариабельности. Значения ОАП варьируют от 10,4 до 31,9 относительных единиц, что составляет различие между ними в три раза. По величине ОАП в сухих семенах сорта можно разбить на четыре группы: высокоустой 86 чивые, устойчивые, среднеустойчивые и слабоустойчивые. В группу высокоустойчивых вошли Первенец, Зерноградский 770, Эльф (ОАП 31,9 - 26,6 отн.ед.). В группу устойчивых - Тан-1, Зерноградский 813, Прерия, Донецкий 9, Носовский-11 (ОАП 26,5 - 21,2 отн.ед.). В группу среднеустойчивых -сорта Одесский 100, Сталкер, Рубикон, Зерноградский 584, Гонор, (ОАП 21,1 - 15,8 отн.ед.). В группу слабоустойчивых - сорта Виконт, Мамлюк и Суздалец (15,7-10,4 отн.ед.). Наиболее высоким значением ОАП в сухих семенах характеризуются сорта местной и одесской селекции. Это устойчивые к засухе сорта, адаптированные к климатическим условиям Ростовской области. Первенец, Зерноградский 770 достоверно превышают стандарт. Сорта Зерноградский 813, Прерия, Донецкий 9, Носовский-11 несколько уступают стандарту. Сорта краснодарской и белорусской селекции характеризуются низкими значениями ОАП в сухих семенах. В коллекции представлены два сорта московской селекции Эльф и Суздалец. Они занимают противоположно крайние положения. Эльф достоверно превышает стандарт по ОАП в сухих семенах. Сорт Суздалец характеризуется очень низкой ОАП.
В оптимальных по увлажнению условиях всхожесть семян изучаемых сортов составила в среднем по группе 91 ± 1,7%. Статистические различия по данному признаку на 5% уровне значимости несущественны, коэффициент вариации составляет 2% (таблица 8.2). Линейные размеры ростков и корешков проростков, их сухая масса различаются незначительно. Большинство растений формируют 6-7 корешков (таблицы 8.3, 8.4).
Темп прироста корней у ячменя близок к темпу роста ростков 121. Полученные нами данные согласуются с литературными. У проростков сортов Первенец, Донецкий 9, Тан-1, Зерноградский 770, Прерия, Гонор и Эльф темпы прироста массы корней сравнительно близки к темпам прироста массы ростков. У сортов Зерноградский 813, Одесский-100, Сталкер, Носовский-11, Зерноградский 584, Рубикон Виконт, Мамлюк и Суздалец скорость роста корней превосходит скорость накопления массы у надземной части растения.
Важнейшим признаком качества семян является всхожесть, однако она еще не обусловливает биологические свойства и хозяйственные перспективы семян. Такие сведения можно получить на основании изучения нескольких признаков, характеризующих семена и их потенциальные способности давать мощные проростки в различных условиях. Очень важным из этих признаков является энергия прорастания семян. Быстро проросшие семена имеют лучшие перспективы перенести неблагоприятные условия после посева весной /2/. Семена изученных сортов существенно отличаются между собой по энергии прорастания. Коэффициент вариации 23% (таблица 8.2). Семена сортов Первенец, Зерноградский 813, Зерноградский 770 достоверно превышают стандарт. Прерия, Эльф, Донецкий 9, Носовский-11 несущественно отличаются. Одесский-100, Сталкер, Зерноградский 584, Рубикон, Гонор, Виконт, Мамлюк и Суздалец существенно уступают стандарту.
Важным признаком оценки жизнеспособности проростков является интенсивность начального роста. Данный признак дает представление о динамике процесса и о ежедневном приросте массы. В оптимальных по увлажнению условиях, в зависимости от сорта, суточный прирост сухого вещества 50 проростков колеблется от 77 до 57 мг. Высоким темпом роста проростков характеризуются сорта Зерноградский 813, Одесский-100, Сталкер, Первенец, Прерия, Тан-1, Зерноградский 770, Эльф, Донецкий 9, Носовский-11, Зерноградский 584. Менее интенсивный начальный рост характерен для сортов Рубикон, Гонор, Виконт, Мамлюк и Суздалец (рисунок 8.1).
