CC BY
14
УДК 631.531:629.78
ВЛИЯНИЕ ФАКТОРОВ КОСМИЧЕСКОГО ПОЛЕТА НА МОРФОБИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ РАЗЛИЧНЫХ ГЕНОТИПОВ ЯРОВОЙ МЯГКОЙ ПШЕНИЦЫ
© 2016 А.В. Милехин, А.И. Менибаев, А.А. Булгакова
Самарский научно-исследовательский институт сельского хозяйства имени Н.М. Тулайкова,
п.г.т. Безенчук, Самарская область
Статья поступила в редакцию 20.11.2016
Изложены первичные результаты космического эксперимента с семенами высших растений, проведенного на космическом аппарате Фотон-М№4. Представлены материалы полевых наблюдений и лабораторных анализов за 2016 г.
Ключевые слова: космический эксперимент, семена сельскохозяйственных культур, факторы космического полета.
При создании новых форм культурных растений с комплексом хозяйственно-значимых признаков в процессе селекции селекционер сталкивается с ограниченностью возможностей внутривидового рекамбиногенеза. Для расширения генотипической вариабельности разрабатываются новые методы (индуцирование эпигенетической экспрессии «спящих» генов, межвидовая гибридизация в сочетании с индуцированным мутагенезом, трансгеноз и др.). Наш опыт показывает, что электромагнитное или радиационное облучение является наиболее эффективным в создании нового исходного материала различных сельскохозяйственных культур. В 1983 году при облучении сухих семян сорта гороха Куйбышевский гамма-лучами в дозе 12 кило рентген была выделена линия БМ-2-2-239/1 с новым признаком роста стебля. Растения этой линии характеризовались компактным верхушечным расположением бобов, такая конструкция обеспечивала дружное их созревание, что облегчало механизированную уборку. Впоследствии эта линия послужила источником создания целой серии сортов гороха «Флагман», характеризующихся высокой урожайностью и качеством зерна, а самое главное пригодностью к уборке прямым комбайнированием. Однако до сих пор многие проблемы не решены до конца. Условия космического полёта (минимальное влияние магнитного поля Земли, отсутствие гравитации, ионизирующее и электромагнитное космическое излучение) теоретически могут повлиять на процессы экспрессии генов и ре-комбиногенеза, что может расширить веретено
Милехин Алексей Викторович, кандидат сельскохозяйственных наук, ведущий научный сотрудник лаборатории биотехнологии сельскохозяйственных растений. Менибаев Асхат Исмаилович, научный сотрудник лаборатории селекции и генетики яровой мягкой пшеницы. Булгакова Анастасия Александровна, научный сотрудник лаборатории селекции и генетики яровой мягкой пшеницы. E-mail: [email protected]
генотипической вариабельности и получить новые хозяйственно значимые генетические конструкции. Таким образом, основная задача, поставленная нами в эксперименте - изучить влияние факторов космического полета на морфобиологические, генетические признаки и свойства, а также характер их наследования у различных сельскохозяйственных культур с целью дальнейшего создания нового исходного материала, увеличения биоразнообразия культур и последующего создания перспективных сортов, адаптированных к различным агроэкологиче-ским условиям Российской Федерации.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА
Полет российского научно-исследовательского спутника Фотон-М №4, запущенного на орбиту Земли с космодрома «Байконур» 19 июля 2014 года, выполнялся в рамках научной программы Совета Российской академии наук по космосу и Федерального космического агентства России. Аппарат был запущен в космос для проведения экспериментов в области биологии, физиологии, космической технологии и биотехнологии в условиях микрогравитации. На борту биокапсулы находились гекконы, мухи-дрозофилы, яйца шелкопряда, грибы, а также семена хозяйственно значимых сельскохозяйственных культур (яровая мягкая и твёрдая пшеница, горох, картофель). Для проведения космических экспериментов учёными ФГБНУ «Самарский НИИСХ» было подготовлено 30 биообразцов семян в пластиковых пакетах по 50 грамм в каждом. Контрольная группа биообразцов находилась на хранении в лабораториях института.
После экспонирования в космосе семена были доставлены для лабораторного и полевого изучения в лаборатории ФГБНУ «Самарский НИИСХ». В научном эксперименте «Генетика -пшеница» участвовали сорта, и перспективные селекционные линии яровой мягкой пшеницы:
Известия Самарского научного центра Российской академии наук, т.18, №5(3), 2016
Тулайковская золотистая, Тулайковская 5, Ту-лайковская 100, Тулайковская 10, Тулайковская 110, Тулайковская победа, Грекум 1003, Лютес-ценс 916. Схема опыта предусматривала три варианта: 1. вариант «К» (семена хранившиеся в наземных условиях); 2. вариант «ГИПО» (семена, находившиеся во время полета в гипомагнитном модуле); 3. вариант «НЭ» (семена, находившиеся во время полета в обычном модуле). Полевой эксперимент был организован путем посева семян на шестирядковых делянках площадью 1,0 м2 в двух повторениях с рендомизированным размещением по блокам. В период вегетации проведены фенологические наблюдения. Перед уборкой с каждой делянки были отобраны растения (25 шт.) для определения структуры урожая по признакам: высота растений, длина верхнего междоузлия, длина колоса, количество колосков в колосе, масса стебля, масса колоса, масса зерна. В данной научной работе представлены результаты наземного морфобиологического исследования генетических образцов яровой мягкой пшеницы первого послеполетного поколения.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Проведенные лабораторные и полевые исследования показали разностороннее влияние условий космической среды на биометрические показатели растений различных генотипов яровой мягкой пшеницы (табл. 1, 2).
Значимое влияние экспериментальной среды оказано на биометрические показатели стебля большинства генотипов. Исключение составил лишь сорт Тулайковская 10 по которому не за-
фиксировано достоверное изменение высоты растения, длины верхнего междоузлия и длины колоса.
Существенное влияние факторов космического полета на биометрические показатели колоса были зафиксированы лишь у отдельных генотипов и только по количеству колосков в колосе. Положительное влияние отмечено у сортов Тулайковская золотистая и Лютесценс 916, в то время как у сорта Тулайковская 10 отрицательное. Влияние космических условий среды на массу колоса и зерна в зависимости от генотипов не наблюдалось.
Отсутствие, в большинстве случаев, значимых морфобиологических изменений в исследуемых образцах яровой мягкой пшеницы вероятно связано с использованием в качестве объекта изучения сухих семян находящихся в состоянии глубокого биологического покоя. По литературным данным, максимальное воздействие мутагенных факторов отмечается, как правило, на активно развивающихся точках роста растений [1]. Таким образом, при дальнейшем изучении факторов космического полета в качестве объекта исследования нами предлагается использование культуры клеточной (каллусной) ткани различных генотипов. В 2016 году в лаборатории биотехнологии сельскохозяйственных растений была получена клеточная культура in vitro различных сортов яровой мягкой пшеницы. Начаты экспериментальные работы по определению оптимальных режимов культивирования растительной клеточной культуры в условиях космического полета. Совместно с учеными Самарского национального исследовательского
Таблица 1. Влияние факторов космического полета на биометрические показания стебля
Опытные образцы Высота растения, см Длина верхнего междоузлия, см Длина колоса, см
НЭ ГИПО К НЭ ГИПО К НЭ ГИПО К
Тулайковская золотистая 71,6 75,8 71,4 29,9 30,7 31,0 8,2 7,3 6,7
Грекум1003 60,5 67,0 69,1 27,5 27,4 28,7 7,8 7,9 9,4
Тулайковская 5 61,4 58,3 69,0 28,7 23,9 29,6 6,7 7,3 7,7
Тулайковская 100 68,9 61,7 61,8 31,9 27,6 27,9 7,2 6,8 6,4
Лютесценс 916 71,7 74,4 70,8 32,2 35,7 31,7 6,2 8,1 7,1
Тулайковская 10 77,4 76,4 75,4 34,2 32,5 31,0 7,6 7,8 8,2
Тулайковская110 76,4 78,6 72,0 32,8 33,3 30,8 8,8 9,2 9,0
Тулайковская победа 72,8 72,5 71,3 34,6 32,7 31,1 8,7 8,5 8,1
НСР 05 6,26 3,28 1,11
Таблица 2. Влияние факторов космического полета на биометрические показатели колоса
Опытные образцы Количество колосков в колосе, шт. Масса колоса, г Масса 1000 зерен, г
НЭ гипо К НЭ ГИПО К НЭ ГИПО К
Тулайковская золотистая 14,0 12,0 11,4 1,8 1,8 1,0 34,5 35,6 33,2
Грекум1003 13,4 14,0 14,6 1,2 1,4 2,0 28,1 32,9 17,8
Тулайковская 5 11,6 11,2 12,2 1,2 1,2 1,6 29,9 32,4 34,7
Тулайковская 100 13,3 13,4 11,6 1,2 1,0 1,4 34,7 29,1 32,5
Лютесценс 916 11,8 14,2 11,1 1,0 1,6 1,2 31,1 33,2 30,4
Тулайковская 10 11,8 13,0 14,8 1,4 1,2 1,4 33,1 30,3 31,5
Тулайковская 110 14,8 15,8 14,6 1,8 2,0 1,8 30,5 35,9 31,8
Тулайковская победа 14,2 13,6 14,2 1,6 1,8 1,6 34,2 34,7 32,8
НСР 05 1,95 Не достоверно Не достоверно
университета имени академика С.П. Королёва ведется разработка опытного образца биоинкубатора для культивирования клеточной культуры в условиях космоса.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Таким образом, проведенные лабораторные и полевые эксперименты показывают различную степень и характер влияния факторов космического полета на различные генотипы яровой мягкой пшеницы. Для установления достоверного влияния необходимо проведение
дополнительных исследований на клеточном уровне. Считаем целесообразным при продолжении изучения влияния факторов космического полета на растительный материал в качестве объекта исследований использовать растительную клеточную культуру в виде активно-растущей каллусной ткани.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. АуэрбахШ. Проблемы мутагенеза [пер. с англ. Э.В. Гнездицкой и др.; под ред. Н.И. Шапиро]. М.: Мир, 1978. 463 с.
THE INFLUENCE OF SPACE FLIGHT FACTORS ON MORPHOLOGICAL CHARACTERISTICS OF DIFFERENT GENOTYPES OF SPRING WHEAT
© 2016 A.V. Milyokhin, A.I. Minibaev, A.A. Bulgakova
Samara Research Scientific Institute of Agriculture named after N.M. Tulaikov,
Bezenchuk, Samara Region
We presented the initial results of the space experiment with the seeds of higher plants, carried on the spacecraft Foton-M №4. Materials of field observations and laboratory analyzes for 2016. Keywords: space experiment, the seeds of crops, the factors of space flight.
AlexeyMilyokhin, Candidate ofAgricultural Sciences, Leading Research Fellow at the Biotechnology ofAgricultural Plants Laboratory.
Askhat Minibaev, Research Fellow at the Genetics and Breeding of Spring Wheat Laboratory. Anastasiya Bulgakova, Research Fellow at the Genetics and Breeding of Spring Wheat Laboratory.
