Создание солеустойчивых форм риса с помощью лабораторных методов

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФГБНУ Аграрный научный центр «Донской»

Создание солеустойчивых форм риса с помощью лабораторных методов

Костылев П.И.

Рис является основным продуктом питания для большинства людей в мире. Для увеличения его производства необходимо увеличить посевные площади. Около 6,5% общей площади земли не используются из-за проблем с соленостью и щелочностью. Засоление является одним из основных препятствий для увеличения производства риса в районах его выращивания во всем мире [1, С. 1]. Влияние засоления на рост риса связано со стадией развития растений, концентрацией и типом соли, длительностью ее воздействия, рН почвы, водного режима, температуры, влажности и освещения [2, С. 37].

Селекция на устойчивость к абиотическим и биотическим стрессам является важным способом борьбы со снижением урожайности. Селекционные солеустойчивые сорта являются наиболее экономичным, менее ресурсоемким и социально приемлемым фактором. Обширные генетические коллекции являются полезным источником генетического разнообразия изучаемых признаков. Лучшим способом является идентификация солеустойчивых линий зародышевой плазмы, от которых можно перенести гены толерантности в основные сорта. Солеустойчивость - это мультигенный признак, который позволяет растениям расти и формировать экономически значимый урожай при наличии нефизиологически высоких и относительно постоянных уровней соли, в частности NaCl [3, С. 145].

Солеустойчивость представляет собой сложное явление, поскольку может потребоваться сочетание различных независимых методов. Доказана достоверная отрицательная корреляция между содержанием Na+ и сухой массой побега и корня при концентрации NaCl 1,2% [4, С. 76]. (Azarin et al., 2016). Можно ожидать, что толерантный генотип будет поддерживать более низкие концентрации Na+, более низком уровне Na+/K+ (который считается желательным признаком, поскольку он поддерживает ионный баланс) и высокой биомассы. Надежные и воспроизводимые методы скрининга являются основой любой успешной программы селекции и они должны быть быстрыми, воспроизводимыми, легкими и доступными. Традиционная селекция ускоряется за счет использования молекулярных маркеров, связанных с геном признака толерантности, который известен как MAS (маркерная селекция). С помощью MAS ген Saltol, основной QTL солеустойчивости, передан в семь популярных адаптированных сортов риса: ADT45, CR1009, Gayatri, MTU1010, PR114, Pusa 44, Sarjoo 52 [5, С. 6]. (Singh et al, 2016). Результаты показывают что они накапливают меньше Na+ и сравнительно более K+, поддерживая низкое соотношение Na +/К+ в листьях. Эти толерантные генотипы имеют значительно меньшую концентрацию Na+ в побегах и эффективно ограничивают содержание натрия транспортировка к побегам.

Sexcion et al. (2009) отмечали, что морфо-физиологическими признаками, связанными с солеустойчивостью у сортов риса Pokkali, Cheriviroppu, FL478 и IR651 - являются высокая энергия роста, максимальная биомасса побегов и корней, низкие накопление Na+ в побегах и соотношение Nа+/К+ в побегах по сравнению с чувствительными генотипами [6, C. 27].

Геномный подход предполагает идентификацию QTL с помощью молекулярных маркеров. Основной локус толерантности к засолению Saltol был выявлен у риса сорта Pokkali на хромосоме 1. Сообщалось, что Saltol участвует в гомеостазе Na+/К+ при засолености [7, С. 148], [8, C. 32](Thomson et al, 2010; Platten et al, 2013).

Sankar et al. (2006) оценили солеустойчивость сортов риса по всхожести и росту проростков в условиях солевого стресса при 1,6 % NaCl. Генотипы CSR 23 и CSR 10 хорошо показали себя по проценту всхожести, СО 43 и Nona Bokra - по доле зерна в биомассе, а CSSRI 60 - по индексу энергии роста [9, C. 798].

Создание солеустойчивых сортов является средством расширения сельского хозяйства в регионах, затронутых засолением. В России эта проблема также актуальна, что вызывает необходимость проведения селекционной работы по созданию солеустойчивых сортов риса. Для этого нужно привлекать в скрещивания с местными сортами лучшие азиатские образцы и использовать современные методы контроля переноса генов и диагностики солеустойчивости [10, c.165]. Цель нашего исследования - выведение толерантных к засолению форм риса для Ростовской области.

Материал и методика

Исходным материалом для гибридизации были солеустойчивые образцы IR 52713-2B-8-2B-1-2-2B-8-2B-1-2, IR 74099-3R-3-3-3R-3-3 и NSIC Rc 106, несущие в 1-й хромосоме ген Saltol, и раннеспелый сорт ВНИИ риса Новатор. Гибриды культивировали на полях Опытной станции «Пролетарская» Аграрного научного центра «Донской» в Ростовской области. Образцы риса проверяли на солеустойчивость с помощью лабораторного метода. Проростки взвешивали в 10-дневном возрасте после их роста в дистиллированной воде и 1,5% растворе NaCl. Лучшие по комплексу хозяйственно-ценных признаков линии изучали в контрольном питомнике на делянках 25 м2 в 2-кратной повторности. Урожайности учитывали после уборки делянок комбайном КС-575. Статистическую обработку полученных данных проводили с помощью программы Excel и Statistica 6.

Результаты исследований

Первое поколение гибридов в 2013 году были очень позднеспелыми, вызревая лишь к концу сентября, и имели высокую стерильностью колосков, вследствие различий в структуре хромосом генетической отдаленностью скрещенных форм подвидов japonica (Новатор) и indica. Гибриды второго поколения в 2014 году обладали существенным полиморфизмом по вегетационному периоду (110-150 дней), высоте растений (70-120 см), длине метелки (13-24 см), числу зерновок (81-200 штук) и колосков (100-300 штук), массе метелки (2-5 г), массе 1000 зерен (26-35 г) и др.

Из гибридных популяций F2 были отобраны метелки с растений, обладавших скороспелостью, низкорослостью, хорошей озерненностью метелок, высокой фертильностью. Анализ их солеустойчивости после проращивания в стаканчиках с 1,5% раствором поваренной соли по сравнению с контролем (дистиллированная вода) позволил выявить большое разнообразие по относительной массе проростков.

Основное количество образцов (78%) показали среднюю солеустойчивость - от 30 до 50%. Около 3% оказались неустойчивыми, 4% (9 образцов) имели высокую толерантность к засолению - соотношение массы проростков в соленой и пресной воде у них превышало 70%.

Лучшие образцы представлены в таблице 1. У контрольного сорта Южанин солеустойчивость, определенная по соотношениюю массы одного проростка в опыте к контролю, составила 42,2%, тогда как у лучшего образца 7328 она достигала 97,8%. При этом ранги солеустойчивости, определенной по всхожести семян и массе проростка, не всегда совпадали.

В 2017 году лучшие линии двух гибридных комбинаций были изучены в селекционном питомнике на делянках площадью 20 м2. Самым урожайным из них был образец 7328 (IR 52713-2B-8-2B-1-2 x Новатор), сформировавший 6,85 т/га зерна, на 0,75 т/га больше стандарта. В контрольном питомнике 2018 года 2 линии из гибрида IR 52713-2B-8-2B-1-2 x Новатор: 7328 и 7322 сформировали урожайность 8,20 и 7,42 т/га, существенно превысив стандартный сорт Южанин (на 1,80 и 1,02 т/га) (табл. 1).

Таблица 1 - Выделившиеся по солеустойчивости и урожайности образцы риса

В среднем за 2 года (2017-2018 гг.) они сформировали урожайность 6,82-7,53 т/га (у стандарта 6,25 т/га). Остальные линии из гибрида IR 74099-3R-3-3 x Новатор были на уровне стандарта, хотя один из них (7340) созрел на 4 дня раньше Южанина. зерновой засоление почва рис

Таким образом, комбинируя классические методы селекции с выращиванием проростков на засоленном фоне, удалось создать урожайные линии риса с комплексом хозяйственно-ценных признаков. Они отличаются от стандарта Южанин меньшей высотой, более короткой метелкой и меньшей массой 1000 семян. За счет большей выживаемости растений и густоты стеблестоя они формируют урожайность зерна на уровне и выше стандарта. В 2019 году они будет высеяны на полях с засоленной почвой.

Выводы

1. Получены гибриды сорта Новатор с тремя азиатскими линиями - донорами гена солеустойчивости Saltol.

2. Из расщепляющихся гибридных популяций отобраны скороспелые линии с комплексом хозяйственно-ценных признаков.

3. Методом проращивания семян в 1,5% растворе поваренной соли выделено 9 образцов с солеустойчивостью более 70%.

4. В контрольном питомнике из 6 образцов два достоверно превысили стандарт Южанин по урожайности зерна.

Список литературы

1. Reddy I. N. B. L. Salt Tolerance in Rice: Focus on Mechanisms and Approaches / I. N. B. L. Reddy, B. K. Kim, I. S. Yoon and others // Rice Science. - 2017. - 24(3). - P. 123-144.

2. Akbar M. Breeding for salinity resistance in rice / M. Akbar, R. Ahmed, A. S. Pietro // Prospects for bio-saline research, Department of Botany, University of Karachi, Pakistan. - 1986. - P. 37-55.

3. Hurkman W. J. Effect of salt stress on plant gene expression: A review / W. J. Hurkman // Plant and Soil. - 1992. - 146. - P. 145-151.

4. Azarin K. V. Effects of salt stress on ion balance at vegetative stage in rice (Oryza sativa L.) / K. V. Azarin, A. V. Usatov, N. S. Kolokolova and others // OnLine Journal of Biological Sciences. - 2016. - 16. - No.1. - P. 76-81.

5. Singh R. K. Salt tolerant rice varieties and their role in reclamation programme in Uttar Pradesh / R. K. Singh, B. Mishra, K. N. Singh // Indian Farming. - 2004. - P. 6-10.

6. Sexcion F. S. H. Morpho-physiologicall traits associated with tolerance of salinity during seedling stage in rice (Oryza sativa L.) / F. S. H. Sexcion, J. A. Egdane, A. M. Ismail and others // Phil. J. Crop. Sci. - 2009. - 34(2). - P. 27-37.

7. Thomson M. J. Characterizing the Saltol quantitative trait locus for salinity tolerance in rice / M. J. Thomson, M. de Ocampo, J. Egdane and others // Rice. - 2010. - 3(2). - 148-160.

8. Platten J. D. Salinity tolerance, Na+ exclusion and allele mining of HKT1;5 in Oryza sativa and O.glaberrima: Many sources, many genes, one mechanism / J. D. Platten, J. A. Egdane, A. M. Ismail // BMC Plant Biol. - 2013. - 13. - P. 32.

9. Sankar P. D. Ranking of salt tolerant rice lines based on germination and seedling growth under salt stress conditions / P. D. Sankar, N. Subbaraman, S. L. Narayanan // Res. on Crops. - 2006. - 7(3). - P. 798-803.

10. Usatov A. V. Introgression the saltol QTL into the elite rice variety of Russia by marker-assisted selection / A. V. Usatov, A. V. Alabushev, P. I. Kostylev and others // American Journal of Agricultural and Biological Science. - 2015. - 10. - No.4. - P. 165-169.

Аннотация

Засоление почвы снижает зерновую продуктивность с.х. культур. Статья посвящена анализу солеустойчивости риса с использованием проращивания семян в 1,5% растворе хлорида натрия. Были выделены солеустойчивые линии, которые изучили в контрольном питомнике по урожайности и элементам ее структуры. Выделены две линии из гибрида IR 52713-2B-8-2B-1-2 x Новатор: 7322 и 7328, достоверно превысившие в 2018 году стандартный сорт Южанин на 1,02-1,80 т/га. В среднем за 2017-2018 годы они сформировали урожайность 6,82-7,53 т/га (у стандарта 6,25 т/га).

Ключевые слова: рис, гибрид, солеустойчивость, ПЦР-анализ, урожайность.

Salinization reduces grain productivity of crop. The article is devoted to the analysis of salt tolerance of rice with the help of seed germination in 1.5% sodium chloride solution. Salt tolerant lines were identified and studied in the control nursery by yield and elements of its structure. Two lines were selected from the hybrid IR 52713-2B-8-2B-1-2 x Novator: 7322 and 7328, significantly exceeding the standard variety of Southerner by 1.02-1.80 t/ha in 2018. On average, they formed a yield of 6.82-7.53 t/ha (for a standard of 6.25 t/ha) for 2017-2018.

Keywords: rice, hybrid, salt tolerance, PCR analysis, yield.

Размещено на Allbest.ru