CC BY
55
УДК 581.4:633.521:631.526.32
Н. А. ДУКТОВА, О. А. ЦЫРКУНОВА, Е. Л. АНДРОНИК, О. А. ПОРХУНЦОВА, А. И. МЫХЛЫК
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ АНАТОМИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ СТЕБЛЯ В СЕЛЕКЦИИ ЛЬНА МАСЛИЧНОГО
(Поступила в редакцию 09.09.2014)
В статье приведен анализ гистологических элементов The article presents analysis of histological elements of
стебля льна масличного, оценена их сортовая изменчивость, oilseed flax stalk, estimates their variety changeability and in-
взаимосвязь с показателями продуктивности и параметрами terrelation with indicators of productivity and parameters of
фотосинтетической деятельности посева. Установлена photosynthetic activity of the crop. We have established advisa-
целесообразность использования анатомических параметров bility of the use of anatomic parameters of the stalk as criteria
стебля в качестве критериев отбора в селекции льна мас- of selection in selecting oilseed flax for lodging resistibility and
личного на устойчивость к полеганию и продуктивность. productivity.
Введение
Лен является традиционной белорусской сельскохозяйственной культурой благодаря своим уникальным потребительским свойствам, стабильному спросу внутри страны и за ее пределами, а также оптимальному сочетанию почвенно-климатических условий его возделывания. Однако в агропромышленном комплексе республики лен считается самой трудоемкой культурой [1].
Интерес к анатомии льна продиктован тем, что анатомическая картина поперечного среза стебля дает представление о количестве, качества волокна, устойчивости растений к полеганию, а также о характере формирования и развития репродуктивных органов, следовательно, и продуктивности растения, что особенно актуально для льна масличного, у которого товарной частью являются семена. На ранних этапах селекции целесообразно использовать данные анатомического анализа: толщина лубяных волокон склеренхимы, количество их и характер расположения, диаметр стебля, лакуны, характер формирования элементарных волокон и др. в качестве критериев для отбора.
Анализ источников
Детальное изучение анатомии стебля льна началось давно. Первым фундаментальным трудом по этому вопросу явилась книга Тине Таммес [2], в которой уделено большое внимание распределению лубяных волокон в различных участках стебля в зависимости от условий выращивания льна.
Все ткани стебля состоят в основном из древесной и коровой частей [3, 4]. Под эпидермисом расположен слой коровой паренхимы, в которой залегают волокнистые (лубяные) пучки. На поперечном срезе обычно насчитывается от 15 до 40 лубяных пучков, которые располагаются по периферии стебля. Лубяные пучки состоят из групп веретенообразных толстостенных клеток с небольшой полостью - элементарных волокон, которые плотно соединяются между собой пектином. Количество элементарных волокон в лубяном пучке колеблется от 10 до 50 штук [5, 6].
Качество льняного волокна зависит от формы и строения как элементарных волокон, так и лубяных пучков. Хорошее волокно имеют сорта, обладающие лубяными пучками правильной удлиненно-овальной или тангентальной формы с ровными краями. Сорта с крупными лубяными пучками округлой формы или с имеющимися неровными краями дают низкое по качеству волокно. Форма элементарных волокон в поперечном сечении бывает различной - от овальной до многоугольной. Волокна многоугольной формы плотнее соединены между собой, что обеспечивает механическую прочность волокнистых пучков. Хорошее волокно дает лен, имеющий некрупные, но ровные по диаметру элементарные волокна граненой формы с толстыми стенками и небольшими просветами внутри. Расположение таких волокон в пучке плотное, а степень их одревеснения минимальная.
Большая длина волокон - один из признаков хорошего качества технического волокна [2, 6, 7]. Длина технического волокна находится в прямой связи с длиной неразветвленной (технической) частью стебля. С помощью метода сканирующей электронной микроскопии обнаружена связь между структурно-функциональными параметрами элементарных волокон и техническим качеством волокна льняного чесанного [8].
Волокнистость льна зависит от толщины стебля. Связь между диаметром стебля льна и выходом волокна была детально проанализирована П. Алхименковым [5]. Установлен оптимальный диаметр стебля - 1,0-1,5 мм.
Содержание волокна имеет тесную обратную связь с соотношением между лубом и древесиной. У сортов с более низким содержанием волокна содержание древесины больше чем луба [9]. Качество волокна хуже у сортов, характеризующихся большим диаметром элементарных волокон и повышенным количеством одревесневших волокон.
В ХХ веке исследования были направлены на изучение изменения тонкой структуры в связи с геноти-пическими особенностями отдельных сортов, влиянием различных факторов внешней среды, формированием свойств устойчивости к полеганию. В то же время анатомическое строение стебля льна масличного изучено не столь широко. В связи с этим, целью наших исследований являлось изучение степени влияния анатомических особенностей растения льна масличного на продуктивность, установление степени их изменчивости и оценка эффективности использования в селекции в качестве критериев для отбора.
Методы исследования
Исследования выполнялись на опытном участке «Тушково» УНЦ «Опытные поля БГСХА». Объектами исследований служили 4 сорта льна масличного белорусской селекции: Илим, Опус, Брестский и Салют. Все сорта относятся к одному морфотипу, среднепоздней группе спелости. Почва участка на опытном поле дерново-подзолистая среднеокультуренная легкосуглинистая, развивающаяся на лессовидном суглинке, подстилаемом мореной с глубины 140 см. Содержание гумуса в почве среднее, соответствует 3-й группе; подвижных соединений фосфора - повышенное, 4-я группа; обменного калия - повышенное и высокое, 4-5-я группы; меди - от низкого до среднего, 1-2-я группы; цинка - среднее и высокое, 2-3-я группы; бора - среднее, 2-я группа; почва характеризовалась слабокислой и близкой к нейтральной реакцией почвенной среды, 4-5-я группы. Гидролитическая кислотность (Нг) изменялась от 1,82 до 1,84 м-экв/100 г почвы, сумма обменных оснований (8) - 7,697,99 м-экв/100 г почвы, емкость поглощения оснований (Т) - 9,50-9,84 м-экв/100 г почвы, степень насыщенности почв основаниями (V) составила 80,8-81,1 %.
Посев сортов осуществлялся вручную. Повторность опыта 6-кратная. Площадь учетной делянки 1 м2. Норма высева 800 всхожих семян на 1 м2. Ширина междурядий 10 см. Размещение делянок рен-домизированное.
В процессе роста и развития растений проводились фенологические наблюдения, учеты и оценки состояния посевов. При фенологическом наблюдении отличались фазы появления всходов, фаза елочки, бутонизации, цветения, зеленая спелость, ранняя желтая, желтая и полная спелость. Путем подсчета растений в фазу всходов определялась полевая всхожесть, повторные учеты количества растений на делянках осуществлялись по фазам, в фазу желтой спелости рассчитывали сохраняемость растений. Учет элементов структуры урожайности льна определяли путем анализа пробного снопа из 25 стеблей в 3 повторностях. Определяли общую и техническую длину стебля, массу стебля, количество коробочек, число семян и массу семян с растения, массу 1000 семян в граммах.
Для анатомического анализа образцов по каждому из них отбирали 10 стеблей типичных по толщине, длине и цвету. Анатомия стеблей изучалась на поперечных срезах. Отрезок стебля 10 см отбирали на половине технической длины посередине междоузлия. Отобранные для анализа отрезки стеблей льна размягчались в течение двух-трех суток в смеси спирта, глицерина и воды, взятых в соотношении 1:1:1. Поперечные срезы сделаны с помощью острого лезвия медицинского скальпеля. Для исследований использовался микроскоп №соп с компьютерным анализатором.
При небольшом увеличении (х10) в двух взаимно перпендикулярных направлениях измеряли диаметр среза. Также измеряли толщину древесины и луба, которые выражали в процентах к радиусу. Просматривая срез под микроскопом, отмечали пучок, отличающийся от других размером или формой, и от него, по часовой стрелке, подсчитывали число лубяных пучков и общее число элементарных волокон на срезе. Для подсчета одревесневших волокон срез окрашивали раствором флороглю-цина, который окрашивает одревесневшие клеточные стенки в красный цвет [10]. При большом увеличении (15х40) на каждом срезе измеряли диаметр пятидесяти волокон и просветов.
Основная часть
Анатомическое строение стебля льна масличного отличается от льна-долгунца. Толщина стенки у масличного меньше за счет большей степени разрушения клеток сердцевины (образования лакуны). При анализе гистологических элементов стебля мы оценивали основные показатели, определяющие продуктивность растения и устойчивость к полеганию: соотношение луба к древесине, мощность фотосинтези-рующей паренхимы (хлоренхима), особенности формирования лубяных волокон (рис. 1, табл. 1).
Таблица 1. Гистологический состав стебля льна масличного
Сорт Толщина стенки, мкм Хлоренхима Луб Древесина Соотношение луб / древесина
мкм % мкм % мкм %
Брестский 682,7 26,9 3,9 169,1 24,8 513,6 75,2 0,33
Илим 533,4 36,1 6,8 204,6 38,4 328,8 61,6 0,62
Опус 541,1 32,6 6,0 253,7 46,9 287,4 53,1 0,88
Салют 698,4 25,7 3,7 183 26,2 515,4 73,8 0,36
среднее 613,9 30,3 5,1 202,6 34,1 411,3 65,9 0,55
1 - хлоренхима, 2 - элементарные волокна, 3 - луб, 4 - древесина, 5 - лакуна Рис. 1. Гистологические элементы стебля льна масличного
Как видно из табл. 1, анализируемые образцы значительно различаются по соотношению луб / древесина: от 0,33 (Брестский) до 0,88 (Опус). У сортов, имеющих более мощную стенку (Брестский и Салют), с менее выраженной лакуной, древесина занимает 74-75 % к 53-62 % у тонкостенных сортов (Илим и Опус). В свою очередь у сортов, имеющих отношение луба к древесине, близкое к 1, более развита хлоренхима - 6,0-6,8 %, к 3,7-3,9 % у сортов, имеющих соотношение, близкое к 1:3.
Анатомическое строение стебля определяет морфометрические параметры растения (табл. 2).
Таблица 2. Корреляция гистологических элементов стебля и фотосинтетических параметров растения, г
Показатели Количество листьев Площадь листьев Индекс листовой поверхности Фотос интетический потенциал Чистая продуктивность фотосинтеза
Толщина хлоренхимы 0,57 0,59 0,71 0,81 0,50
Толщина луба -0,28 0,64 0,65 0,09 0,83
Толщина древесины -0,14 -0,67 -0,74 -0,48 -0,76
Соотношение луб / древесина -0,14 0,63 0,66 0,22 0,85
Количество элементарных волокон в пучке 0,91 0,32 0,39 0,83 -0,63
Размер пучка (поперечный) 0,73 0,64 0,76 0,93 0,25
Размер волокна (поперечный) 0,28 0,70 0,79 0,60 0,67
Принимая во внимание сильную корреляционную связь степени развития хлоренхимы и основных фотосинтетических параметров растения (ИЛП - 0,71 и ФП - 0,81) (табл. 2), на ранних этапах селекции на продуктивность следует отбирать формы, имеющие более развитую хлоренхиму.
В общую продуктивность растения больший вклад имеет развитие луба нежели древесины. Характер развития элементарных волокон тесно связан с фотосинтетическими параметрами, поэтому в качестве критериев отбора продуктивных генотипов на ранних этапах селекции целесообразно использовать развитие элементов луба.
Анатомическая структура луба анализируемых сортов имеет ряд общих свойств (табл. 3, рис. 2). Так, у сортов льна масличного, в отличие от льна-долгунца, волокнистые пучки не имеют четких очертаний, элементарные волокна неправильной формы, часто многогранные, что объясняет большую устойчивость льна масличного к полеганию, но свидетельствует о формировании волокна низкого качества. Количество и размер волокнистых пучков в значительной степени определяют облист-венность растений (коэффициент корреляции - 0,91 и 0,73 соответственно) и фотосинтетический потенциал (0,83 и 0,93).
Илим Опус
Рис. 2. Микрофотографии поперечных срезов стебля анализируемых сортов льна масличного
Мощность развития луба и размер элементарных волокон тесно коррелируют с урожайностью (0,75, 0,84) и массой семян с растения (0,70, 0,60) (табл. 4).
Таблица 4. Взаимосвязь анатомических параметров стебля и элементов структуры урожайности льна, г
Показатель Высота растения Устойчивость к полеганию Количество коробочек на растении Количество семян на растении Масса семян с растения Масса 1000 семян Урожайность семян
Толщина стенки -0,69 0,93 -0,92 -0,34 -0,50 0,12 -0,77
Толщина хлоренхимы 0,63 -0,99 0,95 0,31 0,40 -0,16 0,72
Толщина луба 0,55 -0,53 0,64 0,47 0,70 -0,14 0,75
К-во волокнистых пучков -0,59 0,99 -0,92 -0,22 -0,27 0,13 -0,63
К-во волокон в пучке -0,34 -0,43 0,44 0,31 0,08 -0,54 0,26
Просвет волокна 0,62 -0,43 0,51 0,31 0,57 0,03 0,61
Размер пучка 0,42 -0,98 0,96 0,40 0,42 -0,34 0,74
Размер волокна 0,63 -0,90 0,93 0,44 0,60 -0,21 0,84
Толщина стенки определяет устойчивость растений к полеганию (0,93). Так, наиболе устойчивыми к полеганию были сорта Салют (4,9) и Брестский (4,8), имеющие соответственно наибольшую толшину стенок стебля (698 и 683 мкм) (табл. 1, 5). В то же время у толстостенных сортов формируется меньше коробочек (-0,92) и, как следствие, их урожайность ниже (-0,77). Так, в нашем опыте урожайность сортов Салют и Брестский составила 17,1 и 14,4 ц/га при 18,4-18,5 ц/га у тонкостенных сортов Опус и Илим (табл. 5).
Таблица 5 . Биологические параметры и структура урожайности сортов льна масличного
Сорт Высота растения, см Устойчивость к полеганию, балл Количество коробочек, шт./раст. Количество семян в коробочке, шт. Количество семян на растении, шт./раст. Масса семян с растения, г Количество растени на 1 м2, шт./м2 Масса 1000 семян, г Урожайность семян, ц/га
Брестский 84,6 4,8 8,6 4,6 39,6 0,24 604 5,97 14,4
Опус 88,1 4,5 10,4 5,8 60,3 0,33 563 5,44 18,4
Илим 84,4 4,2 11,3 5,4 61,0 0,31 590 5,11 18,5
Салют 72,6 4,9 9,2 7,1 65,3 0,32 536 4,88 17,1
НСР 05 - - 0,4 - - 0,07 - 0,18 0,68
Заключение
Как было отмечено выше, у сортов с хорошо развитой хлоренхимой развитие вегетативных органов выше, что в итоге приводит к более высокой урожайности, но и большей склонности к полеганию (-0,99).
В целом для сортов, устойчивых к полеганию, характерно наличие следующих гистологических параметров: толстый стебель с большим количеством волокнистых пучков, состоящих из тонких элементарных волокон с небольшим просветом, что следует учитывать в селекции.
ЛИТЕРАТУРА
1. Голуб, И. А. Инновационные разработки для белорусского льноводства / И. А. Голуб // Льноводство: реалии и перспективы: материалы Международной научно-практической конференции, аг. Устье Витебской области, 27-28 июня 2013 г. / РУП «Институт льна». - Могилев, 2013. - 224 с.
2. Таммес, Т. Льняной стебель / Т. Таммес // Приложение к трудам 2-го Всероссийского съезда представителей льняного дела / М., 1913. - Материалы по изучению свойств льняного волокна и др. лубяных волокон. - С. 129-265.
3. Клячина, С. Л. Лен-долгунец / С. Л. Клячина. - М., 2012. - 160 с.
4. Тихвинский, С. Ф. Производство льна / С. Ф. Тихвинский, А. Ф. Фролова. - Горький, 1979. 166 с.
5. Алфименков, П. Выращивать хороший стебель льна / П. Алфименков // Лен и конопля. - 1936. - № 10. - С. 9-11.
6. Лен Беларуси / И. А. Голуб [и др.]; под общ. ред. И. А. Голуба. - Минск: УУП «Орех», 2003. - 245 с.
7. Fahn, A. Plant Anatomy / А. Fahn. - Oxford: Pergamon Press., 1990. - 587 p.
8. Генотипическая вариабельность ультраструктуры элементарных волокон у льна-долгунца / В. Г. Лугин [и др.] // Молекулярная генетика, геномика и биотехнология: материалы междунар. науч. конф., Минск, 24-26 ноября 2004 г. / Институт генетики и цитологии НАН Беларуси; редкол.: Н. А. Картель [и др.]. - Минск, 2004. - С. 239-241.
9. Тихвинский, С. Ф. К методике анатомических исследований стебля льна-долгунца / С. Ф. Тихвинский, В. Я. Тихомирова // Селекция, семеноводство, агротехника возделывания льна-долгунца: Сб. науч. тр. ВНИИЛ. Вып.11. - Торжок, 1973. - С. 104-107.
10. Методические указания по селекции льна-долгунца. / Л. Н. Павлова [и др.]; Россельхозакадемия - М., 2004. - 43 с.
УДК 633.854.54:631.523
С. В. ЕГОРОВ, Н. А. ДУКТОВА, Е. В. ЕГОРОВА
ОСОБЕННОСТИ БЕЛКОВОГО КОМПЛЕКСА СЕМЯН ЛЬНА МАСЛИЧНОГО ДЛЯ ЦЕЛЕЙ ОЦЕНКИ ГЕНОТИПОВ НА ОСНОВЕ ЭЛЕКТРОФОРЕТИЧЕСКОГО ФРАКЦИОНИРОВАНИЯ БЕЛКОВ СЕМЯН
(Поступила в редакцию 16.09.2014)
В статье приводятся результаты оценки белков семян The article presents results of estimation of flax seeds pro-
льна для целей использования в качестве белковых марке- teins for the use as protein markers. We have shown advantages
ров. Показана перспективность использования глобулинов и of the use of globulins and total proteins offlax seeds for exami-
суммарных белков семян льна для исследования структуры nation of structure and differences of varieties. We have estab-
и отличий сортов. Установлены алгоритмы идентифика- lished algorithms of identification of elements of spectrum ac-
ции элементов спектра по подвижности в ПААГ. cording to mobility in PAGE.
Введение
Лен масличный является одной из перспективных сельскохозяйственных культур, имеющих применение во многих областях промышленности, медицины и продовольствия.
Посевы льна масличного в мире на сегодняшний день занимают более 7 млн. гектаров и проявляют тенденцию к постоянному расширению посевных площадей, в том числе и в Республике Беларусь. Уникальность данной культуры прежде всего заключается в особенностях масла, получаемого из семян и характеризуемого высоким содержанием полиненасыщенной а-линоленовой кислоты. Главной особенностью а-линоленовой кислоты является то, что она входит в состав клеточных мембран практически всех клеточных структур, является незаменимой для рациона человека и имеет особенный химико-биологический состав. В зависимости от уровня содержания данной кислоты в масле последнее может быть использовано как на производственно-технологические цели, так и на пищевые. Исходя из основных направлений использования семян льна масличного, направления селекционной работы в Республике Беларусь должны быть ориентированы на создание сортов с оптимальным комплексом урожайных и качественных характеристик как для пищевого, так и для производственного использования. Достижение данных целей наиболее вероятно при условии использования в области практических селекционных программ методов, позволяющих раскрывать внутреннюю структуру сортов, идентифицировать и отслеживать ценные сочетания признаков и свойств с целью конструи-
