Устойчивость растений ячменя к солевому стрессу

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Устойчивость растений ячменя к солевому стрессу

Б.А. Баташева, А.А. Альдеров

Оценивали реакцию на солевой стресс 103 образцов ячменя из мирового генофонда Всероссийского НИИ растениеводства им. Н.И. Вавилова. В качестве критерия солеустойчивости использовали относительную длину ростка. Проводили дифференциацию голозерных и пленчатых форм ячменя по солеустойчивости. С целью оценки характера наследования солеустойчивости выделенные образцы использовали в качестве исходных форм в гибридизации.

RESISTANCE OF BARLEY PLANTS TO SALINE STRESS

B.A. Batasheva, A.A. Al'derov

Summary

The authors estimated the reaction on saline stress in 103 barley specimens from world genofond of different ecologo-geographic and systematic origin. The inheritance of saline tolerance in bare-grained and papery scale form was determined. Considerable intraspecific variability in cultured barley forms on saline tolerance was revealed. It was shown, that bare-grained forms have more high resistance to saline as compared with papery scale forms. The investigation of F₁ hybrids and their parents contrasting on saline tolerance suggests about presence of heterosis on this determinant.

Устойчивость любой открытой биологической системы, в том числе и растений, определяется способностью поддерживать гомеостаз посредством саморегулирующих защитных механизмов (1). В природных условиях растения часто подвергаются воздействию различных факторов: недостаток воды, освещения, элементов минерального питания, высокая температура, засоление и т.д. В условиях Южного Дагестана наиболее существенным фактором является высокое содержание солей в корнеобитаемом слое почвы.

Известно, что 25 % площади поверхности Земли, в том числе 10 % территории нашей страны, подвержены засолению, что наносит огромный ущерб сельскому хозяйству. Большие площади засоленных земель сконцентрированы в Средней Азии, Казахстане, Закавказье (2). Проблема использования засоленных земель и повышения их плодородия является крайне важной для сельскохозяйственного производства. При этом необходимо определить, какие культуры обладают наибольшей солеустойчивостью и какие сорта можно рекомендовать для возделывания на засоленных почвах в различных почвенно-климатических зонах.

Возможность земледелия на засоленных землях определяется концентрацией солей в корнеобитаемом слое: на высокозасоленных землях (более 0,5 %) вести культуру нецелесообразно, на среднезасоленных почвах (0,2-0,5 %) получают низкий урожай. Почвы, содержание солей в которых составляет 0,1-0,2 %, пригодны для выращивания многих полевых культур. Засоление почв связано с наличием большого количества главным образом натриевых солей. Различают следующие типы засоления: хлоридное, сульфатное и углекислыми солями натрия (3).

На засоленных почвах обычно произрастают солеустойчивые растения -- галофиты, характеризующиеся следующими физиолого-анатомическими особенностями: наличие мясистых органов, в клетках которых накапливаются соли, что создает высокое осмотическое давление, способствующее всасыванию воды из засоленных слоев почвы; высокая проницаемость протоплазмы, обусловливающая выделение солей вместе с водой через гидатоды и железки; слабая проницаемость корневой системы для солей (4). Следовательно, физиологически солеустойчивость связана с осмотическим давлением клеточного сока, сосущей силой клетки и проницаемостью протоплазмы.

Ячмень является довольно пластичной культурой, растения которой легко приспосабливаются к засолению почвы, характеризуются повышенной солеустойчивостью по сравнению с таковыми озимой пшеницы. Выявлена зависимость реакции растений ячменя на солевой стресс от их эколого-географического происхождения (5). В связи с этим мы провели сравнительную оценку растений двух естественных систематических групп ячменя (голозерные и пленчатые) по солеустойчивости с целью подтверждения выявленной ранее закономерности об их четкой дифференциации по этому критерию (6, 7).

В задачу нашей работы входила оценка внутривидовой изменчивости солеустойчивости образцов ячменя из мировой коллекции Всероссийского НИИ растениеводства им. Н.И. Вавилова (ВИР) и характера наследования этого признака с целью выделения источников и доноров для последующего включения в селекционные программы.

Методика. Эксперимент проводили на Дагестанской опытной станции ВИР в течение 2 лет (2002-2003). Объектом исследования служили 103 образца ячменя из мирового генофонда, различающиеся по эколого-географическому происхождению и систематической принадлежности (2-, 6-рядные пленчатые и голозерные формы отечественной и зарубежной селекции).

Семена замачивали в дистиллированной воде в чашках Петри и проращивали в термостате в темноте при температуре 22 ^оC. На 3-и сут проростки переносили в рулоны фильтровальной бумаги, которые помещали в специальные камеры из органического стекла, заполненные 1,5 % раствором NaCl (0,7 атм) (опыт) или дистиллированной водой (контроль). Растения выращивали при температуре 22-24 ^оC. Через 7 сут определяли длину ростка (надземная часть проростка) и главного зародышевого корешка, а также относительную длину ростка (ОДР) -- показатель солеустойчивости:

ОДР = .

Солеустойчивость растений определяли по методике, разработанной на основе метода Бухингера. При этом критерием оценки солеустойчивости служили показатели прорастания семян в солевых растворах относительно таковых в воде (8, 9). Степень доминирования (h_p) гибридов F₁ определяли по Beil с соавт. (10).

Статистическую обработку данных проводили по Доспехову (11).

Результаты. Показатели относительной длины ростка существенно варьировали -- C_v = 40,9 % (табл. 1).

1. Длина ростков и корешков проростков ячменя в зависимости от содержания соли в среде проращивания (n = 103)

Образцы распределяли по солеустойчивости (ОДР) на восемь классов: I -- 1,0 % (ОДР 0-10 %); II -- 10,7 % (ОДР 11-20 %); III -- 21,4 % (ОДР 21-30 %); IV -- 22,3 % (ОДР 31-40 %); V -- 17,5 % (ОДР 41-50 %); VI -- 15,5 % (ОДР 51-60 %); VII -- 10,7 % (ОДР 61-70 %); VIII -- 1,0 % (ОДР 71-80 %).

2. Масса ростков и корешков проростков ячменя в зависимости от содержания соли в среде проращивания

Солеустойчивость голозерных и пленчатых форм ячменя составляла соответственно 54,11,57 и 30,51,48, то есть первые в 1,8 раза устойчивее вторых (t = 39,988).

На рисунке представлено распределение образцов ячменя по относительной длине ростка: отдельно голозерные и пленчатые формы и выборка в целом (рис., соответственно 1, 2 и 3). Пик кривой, соответствующей голозерным формам, смещен в сторону высоких значений, что, вероятно, связано с большей интенсивностью роста на начальном этапе развития; наличие пленки служит своего рода барьером, тормозящим эти процессы.

Сырая и сухая масса ростков и зародышевых корешков проростков голозерных форм ячменя как в контроле, так и в опыте были выше, чем пленчатых (табл. 2). Относительные показатели сухой массы ростков и зародышевых корешков выше, чем сырой массы, что, возможно, связано с изменением характера клеточного метаболизма.

Распределение образцов ячменя различного эколого-географического происхождения и систематической принадлежности по солеустойчивости: 1, 2 и 3 - соответственно пленчатые, голозерные формы и Hordeum vulgare.

ячмень солевой стресс

Устойчивость голозерных форм ячменя к солевому стрессу обусловлена накоплением биомассы в надземной части проростков; коэффициент корреляции между относительной длиной ростка, с одной стороны, и относительной сырой или сухой массой ростка, с другой, составлял соответственно 0,774 и 0,524. У пленчатых форм также наблюдалась положительная корреляция между этими показателями.

Нами выделены следующие голозерные образцы ячменя, устойчивые к засолению: к-3772, к-14894, к-15002, к-15017, к-18373 (Дагестан); к-11179, к-11190, к-11204 (Япония); к-17526 (Тунис); к-17425 (Греция); к-8105 (Гватемала) (ОДР = 60,5ј76,3 %; в среднем ОДР = 39,01,57 %). Растения были представлены разновидностями nudum, coeleste, brevisetum и subnudipyramidatum. Эти образцы могут быть рекомендованы для использования в селекции в качестве источников солеустойчивости.

Два устойчивых к засолению образца, выделенные нами ранее, -- к-15019 (Дагестан) и к-3519 (Франция), ОДР которых составляла соответственно 48,6 и 63,6 %, были включены в цикл скрещиваний с целью изучения характера наследования этого признака (7). Образцы к-152, к-1034 и к-5119 использовали в качестве альтернативных по этому признаку: ОДР соответственно 13,3; 27,6 и 31,6 %.

При анализе гибридов F₁ и их родительских форм во всех комбинациях скрещивания h_p 1, что свидетельствует о наличии гетерозиса по признаку солеустойчивости (табл. 3).

3. Оценка солеустойчивости гибридов F₁ ячменя при скрещивании образцов, контрастных по этому признаку

Таким образом, проведенные нами исследования свидетельствуют о значительной внутривидовой изменчивости и большом разнообразии культурных форм ячменя (H. vulgare L.) по солеустойчивости. Гибриды F₁, полученные при скрещивании контрастных форм, превосходили по солеустойчивости родительскую форму, у которой этот признак был выражен в наибольшей степени. Голозерные формы ячменя характеризуются повышенной солеустойчивостью по сравнению с пленчатыми. Устойчивые в фазе проростков сортообразцы ячменя представляют интерес как исходный материал для селекции солеустойчивых сортов.

Литература

У р м а н ц е в Ю.А. Системный подход к проблеме устойчивости растений (на примере исследования зависимости содержания пигментов в листьях фасоли от одновременного действия на нее засухи и засоления). Физиол. раст., 1979, 26, 4: 762-778.

К о в а л ь В.С., Д а в ы д о в а Г.В. Оценка коллекции ячменя на солеустойчивость. Бюл. ВИР, Л., 1991, 207: 13-14.

И в а н и ц к а я Е.Ф. Анатомо-физиологические изменения растений в условиях разнокачественного засоления почвы. Тез. докл. конф. по физиологии устойчивости растений (Москва, 3-7 марта 1959 г.). М., 1959: 218-219.

Г л а г о л е в а Т.А. Структурно-функциональная характеристика галофитов Араратской долины. Физиол. раст., 1990, 37, 6: 1080-1088.

Ш е в я к о в а Н.И. Солеустойчивость пластомных хлорофилльных мутантов подсолнечника. Физиол. раст., 1982, 29, 2: 317-324.

А л ь д е р о в А.А., Б а т а ш е в а Б.А. Внутривидовое разнообразие пшеницы и ячменя по солеустойчивости. Тез. докл. Междунар. науч. конф., посвященной 275-летию РАН и 50-летию ДНЦ РАН. Махачкала, 1999: 249-250.

Б а т а ш е в а Б.А. Солеустойчивость ячменя в связи с эколого-географическим происхождением и ботанической принадлежностью образцов. Тр. по прикл. бот., ген. и сел. СПб, 1997, 150: 63-66.

С е м у ш и н а Л.А. Определение солеустойчивости ячменя. Метод. указ. Л., 1980.

У д о в е н к о Г.В., В о л к о в а А.М. Определение в раннем возрасте солеустойчивости зерновых злаков по комплексу ростовых параметров. Метод. указ. СПб, 1993.

B e i l G.M., A t k i n s R.E. Inheritance of quantitative characters in grain sorghum. J. of Sci., 1965, 39, 3: 345-358.

Д о с п е х о в Б.А. Методика полевого опыта. М., 1979.

Размещено на Allbest.ru