Регенерация и оценка образцов семенной коллекции злаковых для расширения спектра исходного селекционного материала

Результаты оценки селекционного материала по комплексу хозяйственно-ценных признаков. Выделение наиболее ценных образцов семян рабочей коллекции зерновых злаковых культур с целью создания на их основе новых устойчивых, адаптивных и высокоурожайных сортов.

Рубрика Биология и естествознание
Вид статья
Язык русский
Дата добавления 22.01.2021
Размер файла 60,1 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Регенерация и оценка образцов семенной коллекции злаковых для расширения спектра исходного селекционного материала

Арутюнян М.Г.1, Оганесян М.Ц.2, Меликян А.Ш.3, Авакян А.Э.4

Арутюнян Маргарита Гургеновна - кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник; 2Оганесян Марина Цолаковна - научный сотрудник;

Меликян Андреас Шмавонович - доктор сельскохозяйственных наук, директор, Исследовательский центр генофонда и селекции растений Национальный аграрный университет Армении, г. Ереван;

4Авакян Альвина Эдуардовна - кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник, Научный центр овощебахчевых культур Министерства экономики Армении, с. Даракерт,

Республика Армения

Аннотация

В результате восстановления всхожести и размножения семян рабочей коллекции зерновых культур была предотвращена потеря ценных образцов, обладающих рядом хозяйственно-ценных признаков. В ходе проведения сравнительного анализа всхожести семян злаковых рабочей коллекции, в зависимости от периода хранения, была оценена жизнеспособность семян злаковых, хранившихся в неконтролируемых условиях от 10 до 40 лет. Оценочные данные дают основание рекомендовать образцы злаковых (пшеница, ячмень, рожь) для использования в целенаправленной селекции на засухоустойчивость, зимостойкость, устойчивость к болезням и вредителям.

Ключевые слова: жизнеспособность, регенерация, исходный материал, селекция.

Abstract

REGENERATION AND EVALUATION OF ACCESSIONS OF THE SEED COLLECTION OF CEREALS TO EXPAND THE SPECTRUM OF INITIAL BREEDING MATERIAL

Harutyunyan M.G.1, Hovhannisyan M.Тz.2, Melikyan A.Sh.3, Avagyan A^.4

1Harutyunyan Margarita Gurgenovna - Candidate of Biological Sciences, Leading Researcher; 2Hovhannisyan Marina Tzolakovna - Researcher;

3Melikyan Andreas Shmavonovich - Doctor of Agricultural Sciences, Director,

PLANTS GENEPOOL AND BREEDING,

ARMENIAN NATIONAL AGRARIAN UNIVERSITY,

YEREVAN;

4Avagyan Alvina Eduardovna - Candidate of Biological Sciences, Leading Researcher, SCIENTIFIC CENTRE OF VEGETABLE AND INDUSTRIAL CROPS OF THE MINISTRY OF ECONOMY

OF ARMENIA, VILLAGE DARAKERT,

REPUBLIC OF ARMENIA

as a result of the regeneration and multiplication of accessions from the working collection of cereals, the loss of valuable samples with a number of economically valuable traits was prevented. In the course of a comparative analysis of the germination of cereal accessions of the working collection, depending on the storage period, the viability of cereal seeds stored under uncontrolled conditions from 10 to 40 years was determined. The evaluation data give grounds to recommend cereal accessions (wheat, barley, rye) for use in breeding for drought resistance, winter hardiness, and resistance to pests and diseases.

Keywords: viability, regeneration, initial material, breeding.

Введение

Вопросы сохранения и устойчивого использования биологического разнообразия Республики Армения являются неотъемлемой частью природоохранной стратегии страны, направленной на предотвращение утраты биоразнообразия и деградации природной среды [10]. В условиях изменения климата и возрастающего антропогенного давления на природные экосистемы необходимость сохранения генетических ресурсов растений, как компонента биоразнообразия, приобретает особую актуальность как для производства продуктов питания и устойчивого развития сельского хозяйства, так и для поддержания экосистемных услуг. Наряду с in situ сохранением агробиоразнообразия на особо охраняемых природных территориях разной категории сложности, для генетических ресурсов растений для продовольствия и сельского хозяйства одним из наиболее эффективных методов сохранения генетического разнообразия является генетический банк семян [1].

Исследовательский центр генофонда и селеции растений Национального аграрного университета Армении был первой в республике научной структурой, занимающейся сбором семян культурных растений и их диких сородичей, их хранением и использованием в селекции. Семенная коллекция центра постоянно пополнялась новыми образцами путем ежегодных экспедиционных исследований и в настоящее время содержит 5523 образцов злаковых, овощных, кормовых, пряно-ароматических, лекарственных и плодовых растений. В течение длительного периода времени Исследовательский центр не был обеспечен оборудованием, необходимым для надлежащего хранения семян в условиях контролируемой температуры и влажности воздуха, что со временем привело к снижению жизнеспособности семян. Учитывая риск потери ценных генотипов, в Исследовательском центре периодически проводится мониторинг жизнеспособности семян и регенерация образцов с низкой всхожестью для закладки на долгосрочное хранение. Полученные данные дают также основание судить о периоде сохранения всхожести семян при их хранении в комнатных условиях.

Материалы и методы

Материалом для проведения исследований и определения процента всхожести послужили хранившиеся длительное время в комнатных условиях семена зерновых культур: 10 видов пшеницы, 3 - ячменя и 2 видов ржи. Всхожесть семян определялась по методике ГОСТ 12038-84 [3]. Влажность семян определяли по ГОСТ 12041-82 [4]. Образцы, имеющие сравнительно высокий процент всхожести, размножались в полевых условиях, а остальные - в условиях in vitro. Регенерированные образцы с достаточным количеством жизнеспособных семян (не менее 500) после подсушивания упаковывали в герметические пакеты и закладывали на долгосрочное хранение при температуре -18ОС. Оценка хозяйственноценных признаков у коллекционных образцов обобщена на основе сбора информации из литературных источников и на основании результатов многолетних наблюдений за экспериментальными посевами, цитогенетических, физиологических и агробиологических исследований центра.

Результаты и обсуждения

В начале 2020 года в Исследовательском центре была проведена инвентаризация образцов семенной коллекции. Ход пополнения семенной коллекции за 1990-2020 годы отражен на Рисунке 1. Для выявления жизнеспособных семян и проведения сравнительного анализа всхожести в зависимости от периода хранения была определена всхожесть семян злаковых из рабочей коллекции, которая поддерживается в условиях неконтролируемой температуры и влажности. Из полученных данных (Таблица 1) видно, что большинство образцов нуждалось в регенерации, так как пересев образцов требуется, когда жизнеспособность образца падает ниже 85% от первоначальной всхожести [7].

Рис. 1. Пополнение семенной коллекции за период с 1990 по 2020 годы

По причине ограниченности финансовых ресурсов не все нуждающиеся в регенерации образцы удавалось вовремя восстанавливать и размножать. Поэтому в рабочей коллекции по сей день остаются старые образцы, данные об их всхожести позволяют судить о сроках сохранения жизнеспособности семян при хранении в комнатных условиях. Семена диких видов пшеницы сохраняли высокий процент всхожести при их хранении в неконтролируемых условиях в течение 10-15 лет. Так, спустя 10 лет после сбора всхожесть семян диких пшениц равнялась в среднем 63,4%, через 15 лет - 55,6%, через 30 лет спускалась до 30%, а спустя 40 лет всхожесть составляла в среднем 15,4%. Подобное сохранение жизнеспособности отмечалось и у семян пшеницы видов Triticum spelta, T. macha, T. Vavilovii, T. paleocolchicum и T. mШtinae, спустя 8-10 лет после сбора всхожесть семян сохранялась в среднем на уровне 44%, а уже на 37-40-й год резко спускалась до 7%.

У образцов ржи, как культурной, так и дикой сравнительно высокая всхожесть сохранялась спустя 14-15 лет и составляла в среднем 62,3%. Примерно 46% всхожести семян отмечалось у дикого ячменя спустя 15 лет хранения. Полученных данных недостаточно для более тщательного анализа и выявления закономерностей, однако даже небольшое количество проведенных анализов свидетельствует о способности диких видов злаковых сохранять сравнительно высокую всхожесть семян в течение 15-20 лет хранения в неконтролируемых условиях.

N

Вид

Год

сбора/получения образцов

Всхожесть семян по годам, %

1990

2005

2019

1

Пшеница беотская (Triticum boeoticum Boiss.)

1975

55,0

30,3

19,3

1980

64,2

36,7

19,7

2

Пшеница урарту (Triticum urartu Thumanyan ex Gandilyan)

1975

52,2

28,7

12,3

3

Пшеница араратская (Triticum araraticum Jacubz.)

1975

56,2

39,5

10,8

1980

62,7

43,4

11,2

4

Пшеница спельта (Triticum spelta L.)

1978

48,2

22,3

8,5

5

Пшеница маха

(Triticum macha Dekapr.& Menabde)

1977

46,3

21,7

7,4

6

Пшеница Вавилова (Triticum vavilovii Jakubz.)

1979

39,6

20,3

8,9

7

Пшеница колхидская (Triticum paleocolchicum Menabde)

1982

56,0

27,3

7,1

8.

Пшеница однозернянка (Triticum monococcum L.)

1978

51,2

29,7

8,2

9

Пшеница милитины (Triticum militinae Zhuk. & Migm-eh.)

1982

42,3

25,5

6,9

10

Пшеница Петропавловского (Triticum petropavlovskyi Udacz.et Migusch)

1975

43,6

21,5

5,3

11

Рожь многолетняя (Secale montanum Guss.)

2004

-

-

63,2

2004

-

-

65,5

2005

-

-

67.0

1981

59,3

29,7

11,3

1983

63,3

31,6

10,9

1989

69,5

36,4

13,2

12

Рожь культурная (Secale cereale L.)

2004

-

-

53,3

1981

57,5

32,5

10,1

1981

52,7

31,3

8,7

1982

56,3

32,3

9,3

1982

58,8

30,1

7,8

1982

53,7

20,2

4,3

1986

63,5

27,1

8,4

1986

62,3

25,4

6,9

2013

-

-

98,0

13

Ячмень культурный (Hordeum vulgare L.)

2004

-

-

72,4

14

Ячмень луковичный (Hordeum bulbosum L.)

1981

67,8

31,7

20,3

1985

71,5

42,8

19,8

15

Ячмень дикий двурядный (Hordeum spontaneum K.Koch)

1988

84,0

46,3

22,1

На основании обобщения данных из многочисленных литературных источников, а также анализа физиологических, агрономических, цитогенетических исследований, проведенных в Центре, выделены доноры основных хозяйственно-ценным признаков. Так, источниками зимостойкости являются Т.spelta, H.spontaneum, Hbulbosum, S.cereale, S.montanum. Донорами засухоустойчивости могут служить T.araraticum, Т.vavilovii, Tpaleocolchicum,

Таблица 2. Оценка селекционного материала по комплексу хозяйственно-ценных признаков

Вид

Наиболее важные

показатели химического

состава зерна

Хозяйственно-ценные признаки

1

I. boeoticum

Высокое содержание белка (до 37%) и сырой клейковины (до 57,5%)

Высокая устойчивость к бурой и желтой ржавчинам, средняя - к стеблевой ржавчине, пыльной головне и мучнистой росе, повышенная пластичность, устойчивость к резким флуктуациям экзогенных факторов [8], устойчивость к листовой ржавчине и гессенской мухе [ 9]

2

Т. игаНи

Высокое содержание белка (24,7-31,6%) и лизина (до 2,67%)

Устойчивость к болезням, высокая пластичность, устойчивость к колебаниям экзогенных факторов [8], устойчивость к листовой ржавчине и гессенской мухе [ 9]

3

I. агагайсит

Высокое содержание белка в зерне (до 30%) и сырой клейковины (до 58%)

Стекловидность, засухоустойчивость, источник цитоплазматической мужской стерильности, высокая пластичность, устойчивость к колебаниям экзогенных факторов [8], устойчивость к листовой ржавчине и гессенской мухе [9]

4

I. топососсит

Высокое содержание белка - до 27,8%, лизина - до 2,78%

Высокая иммунность по отношению к грибным заболеваниям, неполегаемость

5

Т. тИШпав

Высокое содержание N Р, S, содержание протеина 23,6%

Иммунность по отношению к грибным заболеваниям, высокая стекловидность

6

Т. зрвШ

Высокое содержание белка - до 25% (хлеб долго не черствеет); содержание азота 13.9%

Неприхотливость к условиям произрастания, средняя зимостойкость, устойчивость к избыточному увлажнению

7

Т.тасИа

Содержание азота 21.9%

Влаговыносливость, большая листовая масса, прочная соломина, устойчивость к головне, способность произрастать на щелочных и щебнистых почвах [6]

8

Т.рв1горау1оузку1

Высокое содержание

Мп, Fe,

Жаростойкость, солеустойчивость

[5]

9

Т. уауйоуп

Содержание суммарного белка в зерне 19%

Засухоустойчивость, зноевыносливость, устойчивость к жёлтой ржавчине

10

1.ра1восо1сЫсит

Содержание белка в зерне - 18,8%

Влаговыносливость, засухоустойчивость, жаростойкость, устойчивость к грибковым заболеваниям.

H.spontanеum, H.bulbosum, S.cereale. Генами устойчивости к болезням обладают T.boeoticum, Т.игагШ, H.bulbosuм, T.monococcum, Т.тПШпав, Т.macha, T.paleocolchicum, S.montanum. Устойчивостью к полеганию отличаются S.cereale и T.monococcum Исходным материалом для использования в селекции на высокое содержание белка могут служить T.boeoticum, Т.игагШ, T. araraticum, T.monococcum, Т. spelta. В селекции на высокое содержание наиболее ценных аминокислот (лизин) можно использовать T.monococcum, H.spontaneum, S.cereale.

Вид

Наиболее важные

показатели химического

состава зерна

Хозяйственно-ценные признаки

11

Secale montanum

Высокое содержание Zn - 47,3%, белок зерна богат метионином

Зимостойкость, устойчивость к грибным заболеваниям

12

S. cereale

В белке зерна содержатся аминокислоты (лизин и треонин)

Зимостойкость, морозоустойчивость (в малоснежные зимы переносит морозы 30-35°С),

засухоустойчивость, устойчивостью к полеганию

13

H. bulbosum

Содержание белка в зерне составляет 13,2%, сырого протеина - 14.4%

Засухоустойчивость, зимостойкость, устойчивость к болезням

14

H. spontaneum

Содержание белка в зерне - 12.4%, сырого протеина - 13.2%; в белке зерна содержатся аминокислоты (лизин, аргинин и гистидин)

Засухоустойчивость, зимостойкость, устойчивость к мучнистой росе, устойчивость к возбудителю сетчатой пятнистости [2]

Исследовательский центр имеет опыт использования образцов коллекции в преселекционной и селекционной работе. Так, в результате скрещивания T.boeoticum х T.urartu был получен амфидиплоид T.boeoticourarticum, а в результате скрещивания T.monococcum х T.urartu - амфидиплоид T.monococcourarticum; оба могут служить промежуточным селекционным материалом в преодолении стерильности межвидовых гибридов. В результате скрещивания H.bulbosum и H.vulgare получен пластичный и устойчивый к неблагоприятным условиям внешней среды сорт «Марина», который к тому же является хорошим сырьем для пивоварения. В результате индивидуального отбора Secale cereale получен высокоурожайный сорт «Сюник 1».

Выводы

Оценка жизнеспособности семян исследуемых образцов показала, что образцы злаковых, хранившиеся в неконтролируемых условиях не более 15 лет сохраняли сравнительно высокий процент всхожести, в среднем 58%, а хранившиеся более 40 лет имели очень низкую всхожесть семян: пшеница - 5.3-19.7%, ячмень - 19.8-22.1%, рожь - 4.3-11.3%.

В результате оценки селекционного материала по комплексу хозяйственно-ценных признаков выделены наиболее ценные образцы с целью создания на их основе новых устойчивых, адаптивных и высокоурожайных сортов.

Список литературы /References

селекционный зерновой семя сорт

1. Алексанян С.М. Агробиоразнообразие и геополитика, 2002. СПб: ВИР. 361 с.

2. Афанасенко О.С. Современное состояние исследований генетики устойчивости ячменя к болезням // Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции, 2013. Том 171. ВИР. С. 3-8.

3. ГОСТ 12038-84. (2011) Семена сельскохозяйственных культур. Методы определения всхожести. Семена сельскохозяйственных культур. Методы анализа. М.: Стандартинформ. 247 с.

4. ГОСТ 12041-82. (2011) Семена сельскохозяйственных культур. Методы определения влажности. Семена сельскохозяйственных культур.Методы анализа. М.:Стандартинформ. 247 с.

5. Зуев Е.В. Хозяйственно-биологические особенности вида пшеницы T.petropavlovskyi Udacz. et Migusch. // Автореферат диссертации на соискание уч. т. канд. с-х. наук, 2016. ВИР. Санкт-Петербург. C. 6-14.

6. Мурашев В.В., Морозова З.А. Морфогенез пшеницы маха - Triticum macha Dekapr. et Menabde (Т. tubalicum Dek.; T. imereticum Dek.) в Подмосковье. Секция Triticum: 2n=42, геномы AuBD // Научный альманах, 2018. N 12-2(50) DOI: 10.17117/na.2018.12.02.120.

7. Стандарты генных банков для генетических ресурсов растений для производства продовольствия и ведения сельского хозяйства, 2015 ФАО. Рим. C. 30-36.

8. Шевелуха В.С., Авакян А.Э. Суточная периодичность роста у дикорастущих видов пшеницы, 1990. Вестник с.-х. науки. № 3 (402). C. 96-99.

9. Damiania. A.B. Evaluation and documentation of genetic resources of cereals. Advances in Agronomy, 1990. Vol. 44. P. 87-96.

10. Sixth National Report to the Convention on Biological Diversity Convention of the Republic of Armenia, 2018. P. 2-10. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.cbd.int/doc/nr/nr-06/am-nr-06-en.pdf/ (дата обращения: 16.06.2020).

Размещено на Allbest.r

...

Подобные документы

  • Создание клоновой лесосеменной плантации сосны обыкновенной в Сморгонском лесхозе. Выделение селекционного фонда и создание на его основе клоновой лесосеменной плантации второго поколения для обеспечения лесхоза семенами с улучшенной наследственностью.

    курсовая работа [45,0 K], добавлен 09.12.2011

  • Значение дыхания в жизни растений. Субстраты дыхания семян злаковых. Цикл трикарбоновых кислот. Факторы, определяющие интенсивность дыхания семян. Окислительно декарбоксилирование пировиноградной кислоты. Роль гликолиза как анаэробной фазы дыхания.

    курсовая работа [1,1 M], добавлен 29.04.2014

  • Применение клеточных технологий в селекции растений. Использование методов in vitro в отдаленной гибридизации. Работы по культивированию каллуса с целью получения нового селекционного материала. Гибридизация соматических клеток и ее основные результаты.

    реферат [28,6 K], добавлен 10.08.2009

  • Ботаническое описание и особенности биологии груши. Происхождение, современное состояние ее возделывания. Анализ структуры изменчивости морфологических признаков листа и урожайности в селекционной коллекции груши. Сравнение достоинств разных сортов груши.

    курсовая работа [71,6 K], добавлен 23.07.2015

  • Озимые и яровые формы злаковых культур, их основные признаки, строение и химический состав зерна. Типы пшеницы и ржи по ботаническим признакам и характеру культуры, место в производстве хлебопекарной муки. Агротехнические приемы возделывания зерновых.

    реферат [20,6 K], добавлен 08.06.2010

  • Классификация методов оценки в селекции, лабораторно-полевые методы оценки и оценка на провокационном фоне. Показатели вычисления индекса отбора. Оценка на различных этапах селекционного процесса. Схема селекционной работы с самоопыляющимися культурами.

    контрольная работа [144,9 K], добавлен 28.11.2010

  • Создание Н.И. Вавиловым коллекции семян различных растений. Массовый и индивидуальный отбор растений, явление гетерозиса. Изменение свойств гемозиготных линий. Управление доминированием признаков у гибридов. Значение племенной книги в животноводстве.

    презентация [1,8 M], добавлен 27.03.2012

  • Морфология рода Hypericum L., таксономический состав. Признаки и ареалы видов рода. История создания и состояние популяций коллекции рода Hypericum L. Биоэкологический анализ, фенологические наблюдения. Засухоустойчивость и зимостойкость, размножение.

    дипломная работа [4,8 M], добавлен 03.11.2015

  • Основные виды коллекции Средиземноморья Сочинского парка "Дендрарий", изучение их биоэкологических особенностей. Проведение таксономического, биоморфологического, экологического, фенологического анализа. Оценка зимостойкости и засухоустойчивости.

    дипломная работа [86,2 K], добавлен 09.10.2013

  • Применение генетико-статистических методов на разных этапах селекционного процесса. Расчет комбинационной способности родительских сортов яровой мягкой пшеницы по коэффициенту хозяйственной эффективности фотосинтеза в системе топкроссных скрещиваний.

    курсовая работа [1,1 M], добавлен 06.06.2011

  • Синтез белка Xvent-2 в клетках зародышей с целью дальнейшей дифференцировки стволовых клеток. Выделение клеточных органелл. Реагенты и растворы для изоэлектрического фокусирования. Получение биологического материала. Результаты работы и их обсуждение.

    курсовая работа [4,5 M], добавлен 27.06.2015

  • Биологические особенности и агротехника культуры. Особенности возделывания разных сортов. Агроклиматические особенности возделывания в условиях Нижнего Приамурья. Меры борьбы с болезнями риса. Классификация методов защиты от вредителей и болезней.

    курсовая работа [2,9 M], добавлен 14.06.2010

  • Методики исследований грибов, водорослей, лишайников, высших растений, беспозвоночных и позвоночных животных. Правила сбора растений и животных, сушки растений, умерщвления и фиксирования животных. Практические навыки проведения экскурсий в природе.

    отчет по практике [90,6 K], добавлен 04.06.2014

  • Исследование механизмов передачи генетического материала и создание новых способов генетического картирования. Перенос генетического материала с помощью плазмид, с помощью рекомбинации и посредством трансдукции. Генетическое картирование актиномицетов.

    реферат [25,9 K], добавлен 15.12.2010

  • Физико-химические свойства полиэтиленгликолей. Сывороточные белки крови, их классификация и функции. Общие и модифицированные липопротеины. Экспериментальное измерение рентгенограмм рассеяния МУРР от анализируемых образцов, его результаты и оценка.

    курсовая работа [227,6 K], добавлен 22.04.2012

  • Проведение гибридологического анализа на примере гороха. Период цветения и методика скрещивания. Методика проведения скрещивания у злаковых (пшеницы и ржи). Оценка плодовитости растений по пыльцевым зернам. Генетический полиморфизм популяций растений.

    практическая работа [552,1 K], добавлен 05.12.2013

  • Семейство злаковые (Poaceae, Gramineae). Общая характеристика вегетативных и генеративных органов злаков. Классификация и значение семейства злаковых. Кукуруза, сорго, просо, суданская трава, тимофеевка, овес, райграс, свинорой, мятлик, овсяница.

    реферат [3,2 M], добавлен 09.10.2006

  • Особенности формирования мезоструктуры листа и фотосинтетической активности в зависимости от экологических условий. Особенности строения листьев покрытосемянных, однодольных злаковых и голосемянных. Биологическое значение вечнозелености растений.

    презентация [2,1 M], добавлен 20.05.2015

  • Виды грибов в зависимости от их строения. Процесс размножения низших грибов. Их вредоносное влияние на овощные культуры. Опасные паразиты среди высших грибов – возбудители болезней злаковых. Отдел спорообразующих одноклеточных паразитических грибов.

    реферат [3,1 M], добавлен 08.11.2010

  • Закономерности наследственности и мутационной изменчивости как основа теории селекции, ее задачи и методы. Выведение новых пород животных, сортов растений, микроорганизмов с учетом законов эволюции, роль внешней среды в развитии и формировании признаков.

    презентация [16,6 K], добавлен 02.11.2011

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.