CC BY
28
ISSN 0202-5493. МАСЛИЧНЫЕ КУЛЬТУРЫ. Научно-технический бюллетень Всероссийского научно-исследовательского института масличных культур. Вып. 2 (144-145), 2010
ПЛЕЙОТРОПНОЕ ВЛИЯНИЕ МУТАЦИЙ ВЫСОКОПАЛЬМИТИНОВОСТИ И ВЫСОКООЛЕИНОВОСТИ МАСЛА НА ВСХОЖЕСТЬ И ПРОРАСТАНИЕ СЕМЯН ПОДСОЛНЕЧНИКА
Я.Н. Демурин,
доктор биологических наук, профессор
О.М. Борисенко,
кандидат биологических наук
Н.И. Бочкарев,
доктор биологических наук
ГНУ ВНИИМК Россельхозакадемии
350038, Россия, г. Краснодар, ул. Филатова, 17
тел.: (861) 274-55-94
E-mail: [email protected]
Ключевые слова: аналоги линии, подсолнечник, всхожесть, мутация, жирная кислота
УДК 633.854.78:575
Введение. Факт отрицательного влияния мутации высокоолеиновости (Ol) на лабораторную всхожесть описан в сравнительной оценке различных генотипов арабидопсиса при прорастании семян в условиях низкой температуры 6 °С [1]. Некоторые изогенные высокоолеиновые гибриды подсолнечника также обладали пониженной лабораторной и полевой всхожестью при обычных температурах [2].
Имеются данные о существенном снижении всхожести семян ряда высокопальмитиновых (р) линий подсолнечника [3, персональное сообщение В.В. Кириченко из Института растениеводства им. В.Я. Юрьева, г. Харьков].
В ходе генетических исследований во ВНИИМК в течение трёхлетнего изучения серии аналогов линии ВК580 в полевых условиях наблюдался плейотропный эффект мутаций высокопальмитиновости и высокоолеиновости на морфологические и фенологические признаки [4]. Мутация р приводила к уменьшению высоты растений на 41 см, числа листьев на 4 шт. и увеличению периода всходы-цветение на 2 суток. Мутация Ol достоверно увеличила высоту растений на 4 см. Изучение варьирования высоты растений в F2 и содержания пальмитиновой кислоты в семенах F3 позволило установить факт ассоциативного наследования этих признаков при скрещивании линий ВК850(р)*ВК508. Средняя высота гомозигот-
ных высокопальмитиновых растений в F2 равнялась 109 см и была достоверно ниже высоты остальных растений 138 см.
Данная работа была направлена на изучение эффекта мутаций высокоолеиновости и высо-копальмитиновости масла на первых этапах онтогенеза растений при прорастании семян подсолнечника с использованием линий генетической коллекции ВНИИМК.
Материалы и методы. В исследовании использовали серию аналогов селекционной линии ВК580, которая является нормой по жирно-кислотному составу. Линия ВК508 обладает мутацией высокоолеиновости Ol (87 %), ВК850 - мутацией высокопальмитиновости p (24 %), а ВК805 гомозиготна по обеим мутациям высокоолеиновости (65 %) и высокопальми-тиновости (20 %). Во всех экспериментах использовали семена, полученные от самоопыления пяти корзинок каждого генотипа в полевых условиях в 2009 г.
Для определения лабораторной всхожести по 50 семянок каждого генотипа проращивали на фильтровальной бумаге в термостате Sanyo MIR-253 в диапазоне температур 10-25 °С с интервалом в 5 °С. Перед проращиванием семянки промывали 30 мин. под проточной водой для удаления инфекции с поверхности лузги. Визуальную оценку и биометрические измерения проростков выполняли через 5 суток от закладки образцов в термостат. В случае раздельного измерения длины гипокотиля и корешка проростка при температуре 10 °С оценка проведена через 10 суток, т.к. при данной температуре через 5 суток чёткого разделения этих частей не наблюдалось.
Моделирование полевой всхожести проводили в условиях тепличного отсека с использованием двух деревянных коробов при естественном освещении. На дно короба помещали слой керамзита, основной объем заполняли универсальным грунтом для цветов фирмы ASB-Greenworld, содержащим верховой и низинный торф, перлит, измельченный известняк, азот - 150-300 мг/л, фосфор - 120-200 мг/л, калий - 150-300 мг/л, микроэлементы, рН 5,5-6,0. Посев проводили 16 апреля 2010 г. по 90 семянок каждого генотипа. Суточные температуры колебались в пределах 18-27 °С днём и 8-10 °С ночью. Оценка всхожести проводилась на 10 сутки после посева с последующей рендомизированной прорывкой. Био-
метрические измерения растении выполняли через 10 суток после появления всходов на стадии первоИ пары настоящих листьев У2.
Полевая всхожесть семян оценивалась на участке селекционного севооборота ЦЭБ ВНИИМК в трехкратноИ повторности на 4-рядных делянках в 2010 г.
Обработка экспериментальных данных проводилась с использованием модулеИ Основные описательные статистики и Дисперсионный анализ пакета программ 81ай8йса 6.0.
Результаты и обсуждение. Существенного влияния мутаций высокоолеиновости 01 и высоко-пальмитиновости р, а также температуры воздуха в интервале 10-25 °С на лабораторную всхожесть изучаемых образцов не установлено (табл. 1). Всхожесть семян была высокоИ и варьировала от 92 до 100 % при среднем значении 98 %.
Таблица 1 - Лабораторная всхожесть семян
почти изогенных линий подсолнечника при различным температурах, %
ВНИИМК, Краснодар, 2010 г.
Генотип Температура, °С
10 15 20 25
ВК580^) 100 98 98 100
ВК508 01 98 96 96 100
ВК850 р 94 92 94 100
ВК805 01, р 100 100 98 98
X 98 97 97 99
С другой стороны, оценка темпа развития прорастающих семян показала, что высокопальмитиновая линия ВК850 достоверно отличалась большей длиной проростка в диапазоне температур 10-20 °С. Линия ВК805, обладающая одновременно мутациями высокопальми-тиновости и высокоолеиновости, превышала значения стандарта ВК580 при низких температурах, однако была достоверно ниже при оптимальной для прорастания подсолнечника температуре 25 °С. В то же время высокоолеиновая линия ВК508 не отличалась от контроля по длине проростка во всем диапазоне температур (табл. 2).
Двухфакторный дисперсионный анализ указывает на преобладающую долю влияния температуры (около 98 %) на длину проростка в общем варьировании при достоверном влиянии генотипа и взаимодействия факторов. Графически эта закономерность представлена на рисунке 1.
Л.1 ни."
проростка мм 120 р
100 р
80,0
60,0
40,0
20,0
о Л
1Р1 1 II
1'."' 15 20
□ ВК580(а) |ВК5':ео1 ■ ВНЕ?/' р 1ВНВСБ01.Р
'емпературд/С
Рисунок 1 - Влияние температуры и генотипа на длину 5-дневных проростков подсолнечника
Длины гипокотиля (табл. 3) и корешка (табл. 4) у проростков также варьировали в зависимости от генотипа и температуры. Линия ВК850 дос-
Рисунок 2 - Проростки подсолнечника при температуре 10 °С на 10-е сутки
А - общий план; Б - линия ВК580 ф); В - линия ВК850
Таблица 2 - Длина проростка почти изогенныгх линий подсолнечника при различным температурах, мм
ВНИИМК, Краснодар, 2010 г.
Генотип Темпе ратура, °С
10 15 20 25
X Я К Я К Я X Я
ВК580^) 14,1 (5,0) 20,3 (18,0) 51,9 (59,0) 100,6 (110)
ВК508 13,3 (4,0) 21,7 (21,0) 48,7 (91,0) 100,3 (138,0)
ВК850 14,7 (10,0) 27,6 (28,0) 62,2 (88,0) 103,9 (211,0)
ВК805 14,5 (6,0) 23,9 (14,0) 55,0 (36,0) 87,4 (56,0)
НСР05 0,6 1,8 5,5 10,4
товерно отличалась как от стандарта, так и от других образцов по длине, как гипокотиля, так и корешка при температурах развития от 10 до 20 °С. Однако оптимальная температура 25 °С данные различия нивелировала, за исключением длины гипокотиля у линии ВК508 и длины корешка у линии ВК805. Кроме того, линия ВК850 характеризовалась
большим размахом варьирования R всех биометрических параметров, что свидетельствует об асинхронности темпа развития отдельных проростков. В то же время линия ВК805 обладала наименьшим размахом варьирования по длине проростка и корешка, особенно при повышении температуры (табл. 3 и 4).
Таблица 3 - Длина гипокотиля проростка почти изогенных
линий подсолнечника при различных температурах, мм
ВНИИМК, Краснодар, 2010 г.
Генотип Температура, °С
101 15 20 25
X Я X Я X Я X Я
ВК580 ф) 4,1 (3 ,0) 5,5 (8,0) 18,2 (18,0) 40,2 (41,0)
ВК508 3,6 (4,0) 5,2 (7,0) 16,6 (20,0) 35,4 (35,0)
ВК850 5,8 (7,0) 6,9 (9,0) 20,2 (25,0) 43,3 (61,0)
ВК805 4,9 (5,0) 6,2 (7,0) 23,7 (21,0) 41,1 (42,0)
НСР05 0,4 0,6 2,0 4,3
1 - на 10-е сутки проращивания
Таблица 4 - Длина корешка проростка почти изогенныж линий подсолнечника при различным температурах, мм
ВНИИМК, Краснодар, 2010 г.
Генотип Температура, °С
101 15 20 25
X Я X Я X Я X Я
ВК580 ф) 6,5 (11,0) 5,8 (11,0) 22,7 (38,0) 46,7 (86,0)
ВК508 6,9 (11,0) 6,6 (16,0) 21,6 (70,0) 51,6 (102,0)
ВК850 9,4 (21,0) 10,8 (22,0) 31,6 (71,0) 47,6 (146,0)
ВК805 6,7 (10,0) 7,9 (10,0) 20,1 (15,0) 32,9 (26,0)
НСР05 1,1 1,4 3,9 7,5
- на 10-е сутки проращивания
Важно также отметить, что различия между проростками у линий ВК580 и ВК850 по корешкам сводились не только к размерным величинам. На рисунке 2 представлены проростки, развивавшиеся при температуре 10 °С.
Очевидно, что главные корешки у обычной линии ВК580 более короткие и утолщенные, с хорошо заметными боковыми корешками. Напротив, линия ВК850 имела более длинные и тонкие главные корешки, на которых боковые корешки явно не выражены.
Проращивание семян при температуре 25 °С привело к аналогичному результату: линия ВК580 имела развитые корешки с большим числом боковых корешков. У линии ВК850 боковые корешки были единичны (рис. 3).
Моделирование полевой всхожести семян в коробах с грунтом в теплице позволило сравнить динамику развития растений в оптимальных условиях, приближенных к естественным: наличии грунта, солнечного освещения и суточного перепада температуры. Было установлено, что всхожесть в теплице составила для ВК580 -83 %, ВК508 - 98, ВК850 - 87 и ВК850 - 99 %, в среднем - 92 %. Эта высокая для инбредных линий всхожесть была несколько ниже лабораторной (98 %), и связана она, в первую очередь, с выравненностью условий вегетации: гранулометрическим составом грунта, нормальной обеспеченностью влагой и питательными веществами, отсутствием почвенных вредителей.
Рисунок 2 - Проростки подсолнечника при температуре 10 °С на 10-е сутки А - общий план; Б - линия ВК580 (й); В - линия ВК850
Рисунок 3 - Проростки подсолнечника при температуре 25 °С на 5-е сутки А - общий план; Б - линия ВК580ф); В - линия ВК850
Кроме того, достоверных отличий между четырьмя изучаемыми генотипами при низком уровне полевой всхожести (в среднем 63 %) в неблагоприятных почвенно -климатических условиях 2010 г. также не было обнаружено (69, 66, 59 и 68 % соответственно).
Однако дальнейшее развитие всходов в теплице показало существенные различия между генотипами. В таблице 5 приведены основные биометрические характеристики растений на стадии У2. Линия ВК508 не отличалась от стандарта по высоте растения и длине гипоко-тиля, но уступала ему по размерам семядолей, первого настоящего листа и надземной биомассы. Ещё значительнее эта разница была в отношении линии ВК850. Если на стадии лабораторной всхожести проростки не отличались от стандарта или даже превосходили его по длине, то в тепличном опыте растения высокопальмитиновой линии имели достоверное снижение по всем признакам. В частности, высота растения уменьшилась на 16 %, длина ги-покотиля - на 24 %, длина и ширина семядоли - на 21 и 23 % соответственно, длина листа -на 34, ширина листа - на 47, надземная биомасса - на 73 %. Аналогичная закономерность наблюдалась и в отношении линии ВК805, обладающей мутациями 01 и р.
Таблица 5 - Биометрические характеристики растений почти изогенных линий подсолнечника на стадии V2
делении лабораторной всхожести при различных температурах показало незначительные, но статистически достоверные флуктуации длины проростка в зависимости от генотипа.
Рисунок 4 - Растения подсолнечника на стадии У2; слева - ВК580(а), справа - ВК850
ВНИИМК, Краснодар, 2010 г.
Генотип Высота растения, см Длина гипо-коти-ля, см Длина семядоли, мм Ширина се-мядо-ли, мм Длина листа, мм Ширина листа, мм Надземная биомасса, г
ВК580ф) 5,1 3,1 27,5 17,0 60,7 28,6 1,9
ВК508 4,9 3,0 24,1 15,1 52,4 22,3 1,3
ВК850 4,4 2,5 22,7 13,8 45,4 19,5 1,1
ВК805 3,7 2,2 25,3 13,9 42,1 16,6 1,0
НСР05 0,4 0,4 1,2 1,0 3,2 2,4 0,2
На рисунке 4 представлены растения линий подсолнечника ВК580 и ВК850 на стадии У2. Стандарт заметно превосходит по размерам высокопальмитиновый генотип.
Заключение. Существенного влияния мутаций высокоолеиновости 01 и высокопальмитино-вости р на лабораторную всхожесть в интервале температур 10-25 °С, а также на всхожесть в условиях теплицы и на полевую всхожесть семян серии аналогов линии ВК580 не установлено. При этом среднее значение всхожести составило 98, 92 и 63 % соответственно.
Изучение скорости прорастания семян в опре-
Однако главным фактором являлась температура. При этом высокопальмитиновая линия ВК850 характеризовалась по отношению к норме более длинным проростком, но с меньшим количеством боковых корешков. Следовательно, на первом этапе онтогенеза, связанном с прорастанием семени, ростом гипокотиля и корня, кардинальный негативный эффект обеих изучаемых мутаций жирно-кислотного состава запасного масла не наблюдался.
Дальнейшее развитие растений четырёх линий до стадии первой пары настоящих листьев в условиях теплицы показало наличие существенных различий. Так высокоолеиновый аналог ВК508 не отличался от стандарта по высоте растения и длине гипокотиля, но достоверно уступил ему по размерам семядолей, первого настоящего листа и биомассы. Мутация высокопальмитиновости, находящаяся в линиях ВК850 и ВК805 в гомозиготе, оказала более существенное однонаправленное отри- цательное влияние на все биометрические признаки. Высота растения, линейные размеры семядолей и листьев, а также надземная биомасса на стадии У2 у высокопальмитинового аналога ВК850 уменьшились в среднем на 34 %.
ISSN 0202-5493. МАСЛИЧНЫЕ КУЛЬТУРЫ. Научно-технический бюллетень Всероссийского научно-исследовательского института масличных культур. Вып. 2 (144-145), 2010
В целом, негативный эффект мутаций высоко-пальмитиновости и высокоолеиновости на развитие растений не определялся на стадии всхожести даже при пониженных температурах в лабораторных условиях, тогда как на стадии первого настоящего листа отрицательное влияние, особенно мутации высокопальмитиновости, было очевидным.
Благодарности. Работа выполнена при поддержке гранта Российского фонда фундаментальных исследований №09-04-96588.
Список литературы
1. Miquel, M.F. High-oleate oilseeds fail to develop at low temperature / M.F. Miquel, J.A. Browse // Plant Physiol. - 1994. - Vol. 106. - P. 421-427.
2. Fernandez-Martinez, J. Performance of near-isogenic high and low oleic acid hybrids of sunflower / J. Fernandez-Martinez, J. Munoz, J. Gomez-Arnau // Crop Science. - 1993. - Vol. 33.
- № 6. - P. 1158-1168.
3. Mancha, M. New sunflower mutants with altered seed fatty acid composition / M. Mancha, J. Osorio, R. Garces [and others] // Prog. Lipid Res.
- 1994. - Vol. 33. - №1/2. - P. 147-154.
4. Демурин, Я.Н. Плейотропное влияние мутаций высокопальмитиновости и высокоолеи-новости масла семян на морфологические признаки растения подсолнечника / Я.Н. Демурин, О.М. Борисенко, Н.И. Бочкарёв // Масличные культуры: Науч.-техн. бюл. ВНИИМК -2010. - Вып. №1 (142-141). - С. 23-27.
