CC BY
32
УДК 633.112.9:632.16
ОЦЕНКА УСТОЙЧИВОСТИ ОБРАЗЦОВ КОЛЛЕКЦИИ ОЗИМОЙ ТРИТИКАЛЕ К ПРОРАСТАНИЮ НА КОРНЮ
НГУЕН Т.Т. ЛИНЬ, О.В. МИТРОШИНА, В.В. ПЫЛЬНЕВ, В.С. РУБЕЦ
(Кафедра селекции и семеноводства полевых культур РГАУ - МСХА имени К.А. Тимиря зева)
Тритикале является самой чувствительной культурой среди зерновых к предуборочному прорастанию зерна в колосе. В данной работе приведены результаты двухлетнего изучения коллекции сортов озимой тритикале на кафедре селекции и семеноводства полевых культур. Показано, что сорта с высоким числом падения не всегда имеют низкое число проросших при пр мой провокации зерен и наоборот. Все зависит от самого состо ни углеводно-амилазного комплекса зерна и отзывчивости сорта на провоцирование прорастани я. Провокацию свежеубранного зерна тритикале к прорастанию можно проводить при большом диапазоне температур (18—34°С) в течение 48 ч.
Ключевые слова: озимая тритикале, устойчивость к предуборочному прорастанию зерна в колосе, число падения .
Основными преимуществами озимой тритикале перед пшеницей и рожью явля ются высокая урожайность зерна, устойчивость к ря ду болезней, более высокая питательная ценность белка, повышенный выход спирта. Наряду с этим имеется и значительный недостаток — самая высокая среди зерновых культур способность к предуборочному прорастанию зерна в колосе [2, 7]. В отдельные годы потери зерна в результате этого влени могут составлять от 30% до половины собранного урожая [2].
Прорастанием на корню прин то называть преждевременное предуборочное прорастание зерна в колосе. У тритикале это может происходить вследствие отсутстви или очень короткого периода физиологического
покоя семян. Обильные осадки, высокая температура, колебание дневных и ночных температур во врем формировани зерна стимулируют
его прорастание [1, 2]. В сухом по-ко щемс семени тритикале метаболические процессы заторможены. При этом имеютс активные протеолити-ческие ферменты, отсутствующие в непроросшем зерне пшеницы и присутствующие в зерне ржи. Эти ферменты при поступлении воды, например, при непродолжительном дожде, сразу же начинают разрушать высо-комолекул рные запасные вещества (прежде всего крахмал), переводя их в растворимое состоя ние. В результате начинаетс процесс скрытого про-растани зерна. Он приводит к тому, что при целостности плодовых и се-
менных оболочек технологические качества зерна могут резко ухудшитьс [1]. Такие невидимые глазу, но глубокие внутренние изменени биохимического состава эндосперма можно уловить посредством метода опреде-лени числа падени . Если осадки не прекращаются, то перешедшие в растворимое состо ние запасные питательные вещества поступают в зародыш, который трогается в рост. И наступает момент, когда плодовая оболочка в области зародыша набухает, затем лопается, появляются росток и корешки, т.е. наступает я вное, видимое глазу прорастание зерна в колосе. В результате технологические и посевные качества такого зерна тритикале значительно и необратимо снижаются . Имитация этого процесса осуществл етс при искусственном проращивании в чашках Петри све-жеубранного зерна. Данный прием используют дл дифференциации
сортов по отзывчивости к предуборочному прорастанию в колосе.
В процессе селекции тритикале преодолены такие ее недостатки, как плоха выполненность эндосперма и ломкость колоса, ранее сильно ограничивающие привлекательность этой культуры для производства [6, 7].
В насто щее врем имеетс большое сортовое разнообразие тетраплоид-ных, гексаплоидных и октаплоидных форм тритикале. Сорта различаютс по множеству признаков, в т.ч. и по устойчивости к предуборочному прорастанию зерна в колосе. Дл успеха селекционного процесса необходимо надежное выя вление устойчивых форм и включение их в дальнейшую работу. Однако дл озимой тритикале в условия х ЦРНЗ работа осложня ется очень кратким периодом между уборкой и посевом, в течение которого необходимо провести анализ большого количества селекционных образцов и подготовить их к посеву. Поэтому поиск оптимальных методов оценки устойчивости зерна к предуборочно-
му прорастанию вл етс первоочередной селекционной задачей.
В распоряжении исследователей в насто щее врем имеетс р д методов оценки зерновых культур по устойчивости к прорастанию зерна в колосе. Их подраздел ют на провокационные, биохимические и технологические. Каждая группа методов имеет свои сильные и слабые стороны [2]. Насто ща работа посв щена оценке сопоставимости результатов при определении устойчивости к прорастанию зерна на корню различными методами. При этом проводили комплексную оценку сортов озимой тритикале, включенных в коллекцию, с использованием различных модификаций данных методов.
Материалы и методы
Материалом дл наших исследований послужили 35 сортов гекса-плоидной и один сорт октаплоид-ной озимой тритикале различного эколого-географического происхож-дени . Сорта выращивали на полевой опытной и селекционной станци х РГАУ - МСХА имени К.А. Тимиря-зева в течение 2009 и 2010 гг. В качестве стандарта по урожайности использовали районированный в Центральном регионе сорт озимой тритикале Виктор. Стандартом по устойчивости к предуборочному прорастанию зерна был сорт озимой ржи Альфа. Оба сорта созданы в НИИСХ ЦРНЗ. Агротехника — общеприн та дл зоны. Посев проводили селекционной се л-кой СКС-6-10. Площадь делянки — 1 м2, повторность — 3-кратная . Уборку проводили вручную в фазу восковой спелости зерна. Считается, что именно в эту фазу активность авто-литических ферментов в зерне злаков минимальна, вероятно, вследствие наступлени периода неглубокого физиологического поко сем н [1].
Дл оценки устойчивости к предуборочному прорастанию зерна в колосе мы использовали два метода:
1 — проращивание свежеубранного зерна в чашках Петри; 2 — определение автолитической активности цельносмолотого зерна.
Проращивание свежеубранного
зерна в чашках Петри широко ис-пользуетс при изучении прорастания семя н злаков на корню [5, 7, 9]. Преимуществом метода вл етс его доступность и небольшое количество сем н дл анализа. Недостатком вл -ется то, что не учитывается влия ние ингибиторов протеолитических ферментов, содержащихся в цветковых и колосковых чешу х.
Свежеубранное зерно немедленно подвергали проращиванию в чашках Петри на фильтровальной бумаге. Предполагали, что в это время семена еще не вышли из состо ни покоя, поэтому может наблюдаться дифференциаци сортов по скорости прорастани сем н в благопри-тных услови х. В чашки Петри на фильтровальной бумаге равномерно раскладывали по 100 зерен каждого сортообразца и приливали 10 мл дистиллированной воды. В 2009 г. повторность была 3-кратной, в 2 010 г. — 2-кратной. Проращивание сем н проводили при посто нной температуре 20°С. Одновременно проращивали семена в неконтролируемых услови-х при переменной повышенной температуре (34°С днем в 2010 г., ночью на несколько градусов ниже), чтобы вы вить вли ние температуры на прорастание свежеубранного зерна изучаемых сортов, поскольку в литературе по этому вопросу имеютс разноречивые данные [5, 7, 9]. Число проросших зерен учитывали в 4 срока: через 24, 48, 72 и 96 ч.
В каждом случае подсчитывали число проросших зерен. Проросшими считали зерна с вышедшими из колеори-зы корешками [1]. Число проросших зерен обозначили как ЧПЗ. Для поддержания в чашках Петри постоя н-ной высокой влажности проводили ежедневные опрыскивания фильтро-
вальной бумаги дистиллированной водой.
Определение автолитической активности цельносмолотого зерна проводили при помощи измерени числа падени на приборе ПЧП-3. Метод определени числа падени вл етс косвенным. Он только фиксирует насто щее состо ние углеводно-амилазного комплекса в эндосперме и позвол ет вы вить скрытое прорастание, когда зерно еще не имеет вышедших наружу корешков, но уже обладает повышенной активностью ферментов. Показатель число паде-ни находитс в обратно пропорциональной зависимости от активности амилолитических ферментов, рас-
щепл ющих крахмал. При этом различи в водопоглотительной способности набухающих веществ также существенно вли ют на этот показатель. Поэтому число падени зависит не только от степени прорастани зерна. Установлено, что колебания числа падения, обусловленные ря дом факторов, сравнительно малы для образцов зерна с низкой активностью а-амилазы и могут быть очень значительными при высокой активности этого фермента [2].
Каждый образец анализировали в 2-кратной повторности. Зерно размалывали на лабораторной мельнице ЛМТ-1. В специальной вискозиме-трической пробирке готовили водномучную суспензию из 7 г шрота и 25 мл воды. Пробирку помещали в кипя щую водя ную баню, с помощью шток-мешалки производили перемешивание в течение 60 с. При нагревании крахмал клейстеризуетс и в зкость водно-мучной суспензии увеличиваетс . Одновременно возрастает активность протеолитических ферментов, разрушающих набухшие высокомолекул рные соединени (прежде всего, крахмал), что приводит к снижению вя зкости суспензии. Преобладание одного из процессов (набухание или автолиз) приводит к
изменению вя зкости в сторону увеличения или снижения. Через 60 с перемешивания прибор автоматически приводит шток-мешалку в верхнее положение и отпускает ее. Шток начинает свободно падать внутри пробирки сквозь клейстеризованную массу. От вя зкости этой массы будет зависеть время прохождения штока до его нижнего положения. Время измер етс в секундах. Чем менее активны амилолитические ферменты, чем меньшей атакуемостью обладает крахмал, тем меньше он разрушен. Отсюда медленное падение штока. И наоборот, чем сильнее разрушен крахмал, тем ниже его водоудерживающая способность. В результате быстрое снижение вя зкости суспензии и низкое число падени .
Полученные результаты были обработаны методами однофакторного и двухфакторного дисперсионного анализа с предварительным преобразованием данных в угол-арксинус д/процент [4] и методом индексной оценки генотипов по Smith в модификации А.В. Смиря ева с помощью программы «INDEX» [3].
Результаты и их обсуждение
Анализ устойчивости сортов озимой тритикале к прорастанию зерна на корню в разные по метеорологическим условиям годы
Годы исследований сильно различались по метеорологическим условия м. Условия 2009 г. были близки к среднемноголетним. Год характери-зовалс умеренными температура-
ми (18,2°С) и достаточно обильными осадками в период формировани зерна (94,3 мм). Вследствие этого были получены почти рекордные урожаи зерна озимой тритикале. Осадки стимулировали скрытое прорастание зерна, поэтому все сорта оказались чувствительными к преждевременному прорастанию зерна при провока-
ции. Нельзя сказать того же о 2010 г. Весь период вегетации (начина с весны и заканчива августом) на-
блюдались аномально высокие температуры (22,7°С) на фоне отсутствия осадков с конца июн до конца августа. В результате ускоренного прохождения биохимических процессов в период налива зерна оно сформировалось недостаточно выполненным из-за неполной полимеризации углеводов и характеризовалось повышенным содержанием простых сахаров. Такие услови привели к полному отсутствию как скрытого, так и я вного предуборочного прорастани зерна
в колосе. Склонность к прорастанию на корню в этом случае может быть вы влена только при искусственной провокации. И сорта показали потенциальные возможности биохимического состава своего зерна, которые во влажные годы обычно маскируют-с той или иной степенью скрытого прорастани . Вли ние условий года в момент формировани зерна на его устойчивость к прорастанию отмечено в работах некоторых исследователей ранее [5].
При проращивании свежеубран-ного зерна в чашках Петри при температуре 20°С в течение 24 ч обнаружились различия по числу проросших зерен (ЧПЗ) в разные годы исследований. За стандарт принимали ЧПЗ у сорта озимой ржи Альфа, устойчивого к предуборочному прорастанию зерна в колосе. Так, ЧПЗ в 2009 г. было незначительно у всех сортов (всего 0$10%) за исключением одного сорта ПРаГ 334 (27,7%). Статистический анализ вы вил только 4 сорта (табл. 1), у которых ЧПЗ достоверно выше такового у стандарта, что, возможно, свидетельствует об их плохой устойчивости к прорастанию в колосе. Остальные сорта были на уровне стандарта. В 2010 г. ЧПЗ у сортов колебалс в пределах от 11 до 62% (табл. 2) и наблюдалось большее разнообразие по способности сем н
Значения показателей число проросших зерен и число падения коллекции озимой тритикале в 2009 г.
Группа сортов Сорт Число проросших зерен при 20С, % через Число падения,с
24 ч 48 ч l2 ч 96 ч
1 В-322-1 4,l 5l,3 l6,0 82,3 62
2 Двуручка ll 0,l 40,l 65,3 ll,0 64
1 Кишиневский АД 4 0,3 28,3 54,l 64,l 134
2 Полукарлик 1Х ЕМ-1 2,l 45,l l2,3 80,3 61
3 Виктор 1,3 50,l l3,3 83,l 132
1 Newton 2,3 46,0 l4,l 82,0 61
1 AD Boreas 2,l 51,0 6l,l l6,3 62
1 2-23ll-83 1,0 30,l 58,l l2,l l4
1 ADE 56l 1,3 33,l l8,3 86,0 61
1 АД 41 0,3 42,3 l2,0 85,3 61
3 N205 4,0 l3,3 86,0 89,0 100
1 Largo 1,3 54,0 l1,l ll,l 61
1 Salvo 0,3 32,l 56,l 66,3 62
1 ПРАГ-Д 242/2 5,1 49,1 83,8 90,l 61
1 ПРАО 5/1-1 (8х)* 0,3 42,l 61,3 69,3 63
3 Yanko 2,3 64,3 ll,3 84,3 62
1 ПРАГ Д 246/2 1,l 59,0 l2,0 ll,3 6l
3 Kitaro 0,l l2,0 88,l 90,l ll
1 Almo 0,0 40,3 55,0 61,3 61
1 Tewo 5,l 61,0 l6,3 86,0 62
3 Presto 0,0 62,l l6,3 83,l 62
1 Monica 1,0 44,0 5l,l 64,l 62
1 Каприз 3,3 44,3 l2,0 l8,0 66
2 Fidelio 3,3 56,0 l6,3 81,3 61
1 21l59/9l 5,0 52,l l1,0 l6,0 100
1 ПРАГ 334 2l,l 80,0 88,l 91,l 66
2 Е ll5 0,3 4l,l 66,l l8,l 64
3 Кастусь 13,l 94,0 96,0 96,0 95
1 Модуль 10,8 ll,8 90,5 91,1 62
1 KS-88T 2,0 l3,l 8l,3 91,3 132
3 Alamo 14,0 93,l 9l,l 98,0 89
3 Пушкинский 111/2 0,3 64,3 85,3 89,l 89
1 ПРАГ 448 4,0 l5,0 8l,l 88,l 63
1 ТИ 1l 0,3 43,0 65,l l3,0 95
3 Marho l,l 81,0 86,l 89,0 61
1 Ставропольский 2 1,l 68,0 l6,l 82,3 111
1 TF 30TL1 3,3 58,3 69,l l4,3 64
3 Рожь Альфа 0,5 28,0 54,0 60,0 268
НСР05 l,5 13,3 12,9 9,4 10
* Октаплоидный сорт
Значения показателей число проросших зерен и число падения коллекции озимой тритикале при разных температурных режимах в 2010 г.
Группа сортов Сорта Число проросших зерен при 20"С (%) через Число проросших зерен при 34" С (%) через ЧП, с
24 ч 48 ч l2 ч 96 ч 24 ч 48 ч l2 ч 96 ч
1 В-322-1 24,5 31,5 5l,5 69,5 51,0 l1,5 81,0 82,5 81
2 Двуручка ll 38,5 39,5 42,0 46,0 55,5 l2,0 85,0 8l,0 l9
1 Кишиневский АД 4 14,5 33,0 39,5 48,5 30,5 4l,5 5l,5 61,5 212
2 Полукарлик 1Х ЕМ-1 19,5 25,5 33,5 5l,0 60,0 l8,0 84,5 85,0 66
3 Виктор 18,0 4l,0 62,0 l0,5 49,5 8l,5 91,0 92,0 201
1 Newton 29,0 50,0 5l,5 62,0 42,5 l3,0 84,0 85,5 162
1 AD Boreas 12,5 28,5 35,0 45,0 46,5 60,5 l5,0 l5,5 163
1 2-23ll-83 26,0 33,5 45,0 54,5 46,5 66,0 85,5 88,5 105
1 ADE 56l 26,0 54,0 66,5 l2,5 66,0 82,0 88,0 88,5 114
1 АД 41 14,0 25,0 3l,0 49,0 32,5 61,5 l1,0 l2,5 1l6
3 N205 62,5 ll,0 84,0 86,0 l8,0 86,5 91,5 91,5 200
1 Largo 1l,0 49,0 56,0 64,5 55,0 80,5 85,0 86,5 183
1 Salvo 24,5 39,5 54,0 66,0 50,0 66,5 l4,5 l8,0 1l9
1 ПРАГ-Д 242/2 29,0 59,5 6l,0 l2,5 l1,0 90,0 94,0 94,0 91
1 ПРАО 5/1-1 (8х)* 25,0 4l,5 60,0 69,5 60,5 l1,0 l6,0 ll,0 156
3 Yanko 34,5 50,0 58,5 64,5 l6,5 90,5 94,0 94,5 265
1 ПРАГ Д 246/2 32,0 56,5 68,0 l2,0 60,5 l9,0 84,5 85,0 l3
3 Kitaro 52,5 65,5 ll,5 l9,0 58,5 83,0 86,5 88,0 220
1 Almo 21,0 30,0 39,0 43,0 44,5 65,5 l6,5 ll,0 243
1 Tewo 16,5 3l,5 52,5 5l,0 35,0 61,5 l2,0 l3,0 229
3 Presto 43,0 62,0 6l,5 l6,0 68,5 81,0 91,0 91,5 2l3
1 Monica 14,0 32,5 41,0 50,0 49,0 69,5 l6,0 ll,5 204
1 Каприз 11,5 3l,5 51,0 54,0 33,0 54,5 69,0 l5,5 183
2 Fidelio 14,5 20,5 24,5 3l,0 50,5 l2,0 82,0 84,0 124
1 21l59/9l 15,0 30,5 43,5 60,5 29,5 51,5 61,0 62,0 222
1 ПРАГ 334 39,5 45,5 6l,0 ll,0 l1,0 90,5 94,0 94,0 64
2 Е ll5 11,5 30,0 3l,5 46,0 39,0 50,5 59,5 63,5 133
3 Кастусь 22,0 4l,5 63,0 l2,5 84,0 90,0 92,0 93,0 255
1 Модуль 13,5 23,0 39,0 4l,5 43,0 56,5 63,0 66,0 229
1 KS-88T 1l,0 35,5 46,0 55,0 40,0 50,0 65,0 6l,0 249
3 Alamo 49,0 l3,0 l9,0 83,5 ll,0 92,5 93,5 94,0 220
3 Пушкинский 111/2 25,0 44,5 55,0 6l,0 54,5 l9,0 84,0 85,5 203
1 ПРАГ 448 11,0 25,0 4l,5 58,0 58,5 ll,0 83,0 86,5 1l8
1 ТИ 1l 18,0 2l,0 38,0 49,0 48,0 61,5 68,0 69,0 231
3 Marho 35,0 53,5 60,5 l1,5 60,0 84,5 86,5 89,5 15l
1 Ставропольский 2 26,0 40,0 52,0 5l,5 53,5 l5,5 83,0 83,0 156
1 TF 30TL1 21,5 41,5 51,0 56,0 48,5 62,0 l3,5 l5,0 194
3 Рожь Альфа 40,5 50,0 60,0 69,0 69,0 l8,0 l8,5 l9,0 291
НСР05 21,6 16,0 1l,2 18,1 21,6 19,9 1l,1 16,8 14
* Октаплоидный сорт
различных сортов к прорастанию, чем в предыдущем году. У 15 сортов этот показатель был статистически значимо ниже, чем у стандарта, а у одного сорта — выше. Остальные сорта имеют показатели ЧПЗ на уровне стандарта. При этом одни и те же сорта в разные годы неодинаково реагируют на провокацию прорастания . Отсюда видно, что в первые сутки провокации свежеубранного зерна почти все сорта озимой тритикале имеют такие же стартовые возможности, как и устойчивый к прорастанию зерна на корню сорт озимой ржи Альфа.
Имеющая ся в литературе информация о том, что низкие температуры в момент формировани зерна способствуют более глубокому физиологическому покою семян [8], возможно, объя сня ют тот факт, что в чрезвычайно засушливый и жаркий 2010 г. семена озимой тритикале начали прорастать при провокации значительно энергичнее (особенно в первые 24 ч), чем во влажный и прохладный 2009 г. Кроме того, следует при-н ть во внимание изменени в биохимическом составе зерна, в данном случае — повышенное содержание простых углеводов, отмеченное ранее рядом исследователей [2].
Анализ данных таблицы 1 показал, что интенсивность прорастания сем н у всех сортов тритикале резко возрастает уже через 48 ч прора-щивани в сравнении со стандартом. В 2009 г. только 6 сортов по ЧПЗ находя тся на уровне стандарта, остальные достоверно превышают его.
В 2010 г. через 48 ч проращивания 14 сортов имеют ЧПЗ существенно ниже стандарта, 2 сорта — выше, остальные — на уровне (см. табл. 2). Сравнение ЧПЗ через 48 ч проращивания по годам показывает, что в 2009 г. темпы прорастани сем н выше. Скорее всего, это связано с уже имеющимся частичным скрытым
прорастанием, возникшим в период формировани зерна в поле.
Через 72 и 96 ч проращивания почти все сорта имели одинаковое число проросших зерен в 2009 г. (коэффициенты вариации дл ЧПЗ в оба срока в 2009 г. средние — 16 и 13% соответственно сроку). В эти сроки также наблюдали более высокие темпы прорастани сем н в сравнении со следующим годом. В 2010 г. была отмечена следующа картина. У большинства сортов, имеющих низкий показатель число проросших зерен относительно стандарта после 48 ч провокации, были отмечены также низкие значени этого показател после 72 ч провокации (коэффициент вариации высокий — 26) и после 96 ч (коэффициент вариации средний — 12). Поскольку из-за отсутстви осадков в момент формировани зерна не было скрытого прорастания, то наблюдаема нами дифференциаци сортов по отзывчивости к провокации свежеубранного зерна может соответствовать их потенциальным возможно-ст м.
Исследования зарубежных ученых констатируют высокую дифференциацию сортов по устойчивости к преждевременному прорастанию зерна между 16 и 24 ч провокации, тогда как уже через 36 ч различия между сортами стираютс из-за прораста-ни почти всех сем н [9].
Результаты проведенных нами исследований подтвердили ранее сделанные наблюдения, что сорта озимой тритикале достоверно различаютс по устойчивости к преждевременному прорастанию свежеубранного зерна уже через 24 ч провокации. Однако дл более точной и полной оценки различий между сортами по данному показателю мы считаем целесообразным осуществл ть проращивание при температуре 20°С в течение 48 ч (коэффициенты вариации в 2009 г. — 31, в 2010 г. — 33%).
Разложение дисперсий методом индексной оценки генотипов по Smith в модификации А.В. Смиря ева с помощью программы «INDEX» показывает, что вклад генотипа в процесс начала прорастани зерна при провокации в течение первых 24 ч невелик — коэффициент наследуемости (H) в широком смысле равен 0,233. Однако при дальнейшей провокации значение генотипической вариан-сы в общем варьировании увеличивается — через 48 ч Н = 0,491; через 72 ч Н = 0,651, через 96 ч Н = 0,525. При этом во всех случаях (кроме первых 24 ч) значени расчетного коэффициента Фишера превышают теоретическое. Это говорит о существовании различий между сортами. Приведенные расчеты подтверждают наше мнение о возможности использования в качестве критерия устойчивости к прорастанию на корню сортообразцов озимой тритикале число проросших зерен через 48 ч проращивани .
По результатам анализа полученных данных можно с некоторой долей уверенности выделить образцы в изученной коллекции озимой тритикале, которые в течение всех лет изучени были по ЧПЗ либо на уровне устойчивого стандарта, либо достоверно ниже его. Это сорта Almo, Monica, ТИ 17, Двуручка 77, Кишиневский АД4. Вероятно, они способны формировать устойчивые к воздействию альфа-амилазы гранулы нативного крахмала в любых услови х вегетации, что и обусловливает их особенности. Их можно считать устойчивыми к предуборочному прорастанию зерна в колосе. Были выделены и неустойчивые сорта: Alamo, N205, Kitaro, Marho, ПРАГ 334, Кастусь. Среднеустойчивыми мы предлагаем считать сортообразцы В-322-1, 21759/97, Пушкинский 111/2, Ставропольский 2, Largo, Yanko, Tewo, TF30TL1.
У сортов Модуль и ПРАГ-Д 242/2 в 2009 г. число проросших зерен во все сроки провокации было досто-
верно ниже стандарта, тогда как в 2010 г. — выше. Это можно объя снить, если предположить, что у этих сортов во влажный 2009 год сформировались дефектные крахмальные зерна, уже частично разрушенные из-за высокой активности альфа-амилазы. Поэтому при провокации такой крахмал быстро переходит в растворимое состояние, вызывая быстрый рост зародыша. Возможно, что условия 2010 г. не помешали сформироватьс качественным крахмальным зернам, способным некоторое врем противо-сто ть разрушительному воздействию ферментов. На примере этих сортов я сно прослеживается влия ние метеорологических условий в период формировани эндосперма на отзывчивость семени к провокации.
Влияние температурного режима на степень прорастания
свежеубранного зерна тритикале
Проращивание свежеубранного
зерна при двух температурных режимах проводили в 2010 г. Было отмечено значительное ускорение прорас-тани сем н при повышении температуры. У всех образцов ЧПЗ при 20°С примерно в 2,5 раза меньше, чем при 34°С, уже через 24 ч проращивания . При этом сохран лась сортова дифференциация по ЧПЗ — сорта, характеризовавшиеся пониженным или повышенным значением этого показа-тел по отношению к стандарту при 20°С сохраня ют свое положение и при 34°С. Это подтверждает проведенный корреляционный анализ (г = 0,68**).
Через 48 ч проращивания при обеих температурах наблюдалось усиление энергии прорастания: при 20°С в среднем дл всех сортов ЧПЗ увеличилось на 16, у медленно прорастающих — на 11, у быстро прорастающих — на 20, а при 34°С — на 19, 18 и 1 2 соответственно. Сортова специфика и в этом случае сохран лась (г = 0,68**). Однако остается нея сным, почему при температуре 34°С ЧПЗ
сортов с относительно низкой энергией прорастани увеличиваетс значительнее, чем у сортов с высокой.
Через 72 и 96 ч темпы прораста-ни значительно замедл ютс почти у всех сортов при обоих температурных режимах (ЧПЗ увеличивается в среднем на 11 и 8 соответственно сроку при температуре 20°С и на 7 и 1 — при 34°С). Сортовая специфика также сохраня ется (г = 0,68** и 0,64** соответственно сроку).
Проведенный двухфакторный
дисперсионный анализ (факторы — температура и срок проращивани ) показал наличие существенных различий реакции сортообразцов на повышенную температуру только при 72-часовом сроке: значение расчетного коэффициента Фишера (1,602) превышает теоретическое (1,566). В остальные сроки вли ние температуры на прорастание недоказуемо.
На основании сказанного можно предложить использование значений показател числа проросших зерен через 48 ч провокации в чашках Петри в широком диапазоне температур (20~34°С) в качестве критерия оценки устойчивости к преждевременному прорастанию зерна в колосе сортообразцов озимой тритикале.
Определение автолитической активности цельносмолотого зерна методом измерения числа падения
В отечественной литературе, по-св щенной проблемам в селекции озимой ржи и тритикале, показатель число падени часто используют дл характеристики сортов по их устойчивости к прорастанию зерна на корню [2]. По-видимому, это обусловлено наличием у этих культур высокой активности амилолитических ферментов, способных в краткое время разрушить нативные крахмальные зерна. Это приводит к снижению водоудерживающей способности крахмала и соответственно показател числа
падени . Поэтому прин то считать,
что образцы ржи и тритикале с низким числом падени менее устойчивы к прорастанию зерна на корню, чем с высоким. Однако этот косвенный показатель характеризует только имеющеес на момент исследовани состо ние автолитической системы зерна. Он зависит от множества факторов: качества крахмальных зерен и составл ющих фракций крахмала, содержания иных высокомолекуля р-ных веществ (белков, пентозанов) и их способности к набуханию, содержания автолитических ферментов и их активности и др. [1, 2].
Установлено, что на процесс прорастания также влия ет ря д внутренних и внешних факторов. Развитие зародыша идет в строгом соответствии генетической программы действию регул торных факторов внешней среды. Услови формировани зерна оказывают вли ние на анатомическую структуру, состоя ние мембран и клеточной стенки, которые косвенно контролируют процессы, протекающие внутри зерна. Некоторое время после уборки сем находитс в состо-нии поко . В этот период могут происходить разрушительные процессы, способствующие возникновению повреждений зародыша или клеточных мембран. В последнем случае мембраны станов тс более проницаемыми, а протопласт клетки — более у зви-мым [9].
Известно также, что не все сорта одинаково реагируют на услови , провоцирующие прорастание зерна. Некоторые сорта способны сохран ть устойчивость к прорастанию при длительной провокации. Был предложен коэффициент отзывчивости к провокации, который вместе с показателем число падени более полно характеризует устойчивость сортообразцов к прорастанию [9].
Имеющиес в литературе сведени по этому вопросу разноречивы и неполны. Мы попытались найти недостающий ответ в процессе сравнитель-
ного анализа большого числа сортов озимой тритикале по числу проросших зерен и числу падения . Теоретически ожидалось получить обратную корреляционную зависимость между названными показател ми (чем больше проросших зерен, тем ниже число падения и наоборот). Для определения числа падени использовали убранное воврем и не провоцированное зерно (контроль).
В результате наших исследований не удалось обнаружить существенной корреляции между значения ми показателей ЧПЗ и число падени у изученного набора сортов (в 2009 г. г = -0,037-0,137; в 2010 г. г = 0,034-0,121). Некоторые образцы с высоким ЧПЗ характеризовались высокими значе-ни ми числа падени .
Как известно, наблюдаемая кор-реля ция между признаками я вляется фенотипической коррел цией (гР), обусловленной генотипом и средой. Корреляцию между генотипическими значени ми двух признаков называют генотипической (гй) и между средовыми отклонени ми признаков — средовой или паратипической (гЕ). Знание генотипической корреля -ции помогает выя вить признак, изме-нени которого в процессе селекции способны вызвать непредвиденные изменени другого признака. При низкой наследуемости одного селекционного признака и высокой — другого и при наличии сильной генотипической корреляции между ними можно вести косвенный отбор на хорошо наследуемый признак. Фенотипиче-ска коррел ци не вл етс простой суммой генотипического и средового коэффициентов. Если коэффициенты наследуемости обоих признаков близки к единице, то фенотипическую коррел цию определ ют только генотипическим компонентом. В случае если коэффициент наследуемости низок, фенотипическая корреля ция в основном обусловлена средовым компонентом. При средней наследуемости
обоих признаков вклад обоих факторов в фенотипическую коррел цию примерно одинаков [3].
Рассчитанные фенотипические и средовые коэффициенты коррел ции между показателя ми ЧПЗ в разные сроки провокации и числом паде-ни дл всего набора сортов близки к нулю. Генотипические коэффициенты корреляции через 24 и 72 ч также близки к нулю, однако через 48 и 96 ч статистически значимы (гй = 0,475** и 0,329* соответственно сроку). При средних коэффициентах наследуемости обоих показателей (для числа падения Н= 0,491; для ЧПЗ Н = 0,491 и 0,525 через 48 и 96 ч провокации соответственно) фенотипическая корреляция между этими признаками обусловлена генотипом и средой в равной мере. Отсутствие связи между признаками обусловлено генотипами этих сортов, о чем говор т высокие генотипические коэффициенты коррел ции. Поэтому нель-з проводить оценку одного признака по значени м другого.
Чтобы разобратьс в пестрой картине полученных данных, нами была проведена искусственна группировка сортов по соответствию или несоответствию их показателей ЧПЗ и числа падения теоретически ожидаемому. В таблице 3 приведены критерии, по которым все сорта подраздел ют на 3 категории: устойчивые к прорастанию в колосе, среднеустойчивые и неустойчивые. Использованы только данные за 2010 г., уникальные метеорологические услови которого позволили сформироватьс зерну без преждевременного скрытого прорас-тани . В 2009 г. почти все сорта имели низкие значени числа падени .
В первую группу объединили сорта, которые имеют соответствие значений числа проросших зерен и числа падени теоретически предполагаемым (т.е. низкие значения ЧПЗ соответствуют высоким значени м числа падения, и наоборот, в соответст-
Критерии группировки сортов озимой тритикале по соответствию показателей ЧПЗ и числа падения
Категория Число проросших зерен (%) при проращивании в течение Число падения, с
24 ч 48 ч 72 ч 96 ч
Устойчивые Среднеустойчивые Неустойчивые 11-20 21-30 31-62 21-30 31-50 51-77 25-40 41-60 61-84 37-50 51-60 70-86 Более 200 100-200 60-100
вии с критерия ми табл. 2). Эту группу сортов назвали «нормальной» (в табл. 1 и 2 перед названием этих сортов стоит цифра 1). В нее вошли 24 сорта (большинство из изучаемого набора).
Сорта со специфическим взаимоотношением названных показателей, отличных от ожидаемых, объединили в две другие группы в зависимости от специфики.
Во вторую группу включили сорта, у которых при низком значении ЧПЗ отмечены низкие значения числа падения . Такую группу назвали «неотзывчивой к провокации» (в табл. 1 и 2 перед названием этих сортов стоит цифра 2). Сюда вошли только 4 сорта: Двуручка 77, Полукарлик 1Х EM-1, Fidelio, Е 775.
К третьей группе отнесли сорта с высокими значени ми ЧПЗ на фоне высоких значений число падения . Их назвали «отзывчивыми к провокации» (в таблицах 1 и 2 перед названием этих сортов стоит цифра 3). Это Виктор, № 205, Yanko, Kitaro, Presto, Кастусь, Alamo, Пушкинский 111/2, Marho, рожь Альфа.
Рассмотрим каждую из полученных групп сортов. В «нормальной» группе фенотипические коэффициенты корреля ции между числом паде-ни и числом проросших зерен в разные сроки проращивания существенны и соответствуют теоретически ожидаемым (гР=-0,589**--0,549**).
Генотипические коэффициенты кор-
реля ции также статистически значимы и близки к единице. Фенотипические коэффициенты коррел ции невелики и незначимы. При невысоком значении коэффициента наследуемости для числа падения (Н=0,398) и среднем для ЧПЗ (Н=0,407$0,520) фенотипическа коррел ци обусловлена в значительной мере вли нием условий среды. Наличие существенных генотипических коэффициентов корреляции говорит о возможности косвенной оценки одного показател по другому: т.е. у сортов, входя щих в эту группу, оценку устойчивости к прорастанию зерна на корню вполне возможно в равной мере проводить по одному из изучаемых признаков.
Вторая группа содержит сорта, интересные своим нестандартным сочетанием, с одной стороны, относительно низкой энергии прорастани , характерной дл устойчивой и среднеустойчивой категории сортов по предложенным критерия м и, с другой стороны, низкими значения ми числа падения, соответствующими неустойчивой категории. В этой группе сорт Двуручка 77 обладал высокими темпами прорастани зерна в первые 48 ч, затем прорастание замедлилось. Через 96 ч этот сорт по ЧПЗ соответствовал устойчивой категории сортов. Показатель число падени при этом соответствовал неустойчивой категории. В 2009 г. этот сорт показал аналогичную реакцию, несмотря на иные метеоуслови во врем формирова-
ния зерна. Это говорит о том, что торможение прорастания происходит по каким-то иным причинам, не свя -занным с наличием амилаз, а физиологические и биохимические процессы, которые в итоге приводят к формированию низких значений числа падения, генетически детерминированы и не завис т от условий форми-ровани зерна. Поэтому определение устойчивости зерна к прорастанию на корню у этого сорта следует проводить иными методами. Остальные сорта (Полукарлик 1Х ЕМ-1, Fidelio, Е 775) характеризовались низкими значения ми числа проросших зерен, соответствовавшими устойчивой категории, на фоне низких значений числа падени . Причем в предыдущем году эти сорта можно было бы отнести в «нормальную» группу, так как их высокие ЧПЗ вполне соответствовали низким значени м числа падения. Это говорит о возможном формировании в зерне этих сортов крахмальных зерен невысокого качества при весьма высокой активности амилаз в любых услови х вегетации. Торможение прорастания у них в 2010 г., скорее всего, вызвано отсутствием скрытого прорастания, вследствие которого в зерне содержатся только скрытые амилазы, связанные с белками эндосперма. При скрытом прорастании у тритикале имеютс еще и ферменты, вновь синтезированные в алейроновых клетках под действием гиббереллина, поступающего от пробудившегос и приступившего к развитию зародыша. Поэтому суммарное воздействие высвободившихс скрытых и вновь синтезированных амилаз приводит к очень быстрому расщеплению крахмала до сахаров и как следствие быстрому прорастанию семени [1]. Это я вление весьма отчетливо наблюдалось у рассматриваемых сортов тритикале в 2009 г.
Коэффициент наследуемости у по-казател число падени незначителен, что говорит о преобладающем
вкладе условий среды в формирование этого признака. То же самое можно сказать и о числе проросших зерен. Фенотипические и средовые коэффициенты корреля ции между значения -ми показателей число падени и ЧПЗ статистически незначимы, однако генотипические близки к единице. Это говорит о том, что отсутствие свя зи между признаками обусловлено генотипами этих сортов. Поэтому нельз проводить оценку одного признака по значени м другого.
Последня я группа сортов в 2010 г. характеризовалась одновременно высокими значени ми числа проросших зерен и числа падени .
В 2009 г. характеристики этих сортов были иными. Сорта отличались друг от друга. Так, сорт Виктор имел значения обоих показателей, близкие к значени м среднеустойчивой категории. Сорт ржи Альфа, который считаетс устойчивым к прорастанию зерна в колосе, по ЧПЗ можно отнести к среднеустойчивой категории, а по числу падения — к устойчивой. Такой результат может быть получен, если, с одной стороны, сорт способен формировать качественные крахмальные зерна при любых метеорологических условия х вегетации, а с другой — содержит амилолитические ферменты с невысокой активностью.
Остальные сорта имели высокие значени ЧПЗ при низком числе па-дени . При характеристике этих сортов можно отметить их потенциальную способность формировать высококачественный крахмал только при отсутствии осадков. При этом наличие высокого содержания активных амилаз препятствует этому во влажные годы и, совместно с повышенным содержанием свободных сахаров, уско-р ет прорастание зерна в сухие.
Коэффициент наследуемости у показател числа падени средний (Н=0,564), что говорит о значительном вкладе и генотипа, и среды в формирование признака. Коэффици-
ент наследуемости у ЧПЗ варьировал по срокам проращивания — при 24 ч провокации он незначителен (H=0,021), что говорит об исключительном вли нии условий среды на прорастание зерна в этот период. Это подтверждают упомя нутые ранее сведени о наличии в зерне повышенного количества амилаз во влажные годы и свободных водорастворимых углеводов — в сухие. Эти факторы в разной мере вли ют на скорость прорастания зерна, как уже обсуждалось выше. Во все остальные сроки проращивания — через 48, 72 и 96 ч коэффициент наследуемости ЧПЗ был средним (H=0,429, 0,580
и 0,474 соответственно сроку). Это свидетельствует о повышении роли генотипа в про вление этого признака при более длительной провокации.
Фенотипические и средовые коэффициенты корреля ции между значе-ни ми показател число падени и ЧПЗ статистически незначимы, генотипические — значимы. Это говорит о том, что отсутствие связи между признаками обусловлено генотипами этих сортов. Поэтому у них так же, как и в предыдущей группе, нельзя проводить оценку одного признака по значени м другого.
Интересен тот факт, что среди сортов, сохраняющих устойчивость по годам, большинство устойчивых и среднеустойчивых находитс в «нормальной» группе (10 из 13, кроме Двуручка 77, Yanko, Пушкинский 111/2). А слабоустойчивые — в группе «отзывчивых к провокации» сортов (5 из 6, кроме Alamo).
Таким образом, результаты наших исследований показали, что у большинства изученных сортов (24 из 38) показатель число падени вполне пригоден дл косвенной оценки их устойчивости к прорастанию на корню. Однако имеютс сорта (14 из 38), у которых показатель число падени непригоден для этой цели, так как он не всегда отражает отзывчивость сорта на провоцирование прорастани зерна. Поэтому для более надежного вы влени устойчивых к прорастанию на корню форм необходимо использовать другие методы.
Выводы
1. Показатель число падени не отражает в полной мере устойчивость сортов озимой тритикале к прорастанию на корню. Поэтому рекомендуетс дополн ть его другими методами.
2. Температура в диапазоне от 20 до 30°С не оказывает влияния на темпы прорастани зерна в чашках Петри в течение 48 ч.
3. Услови формировани зерна вли ют на начальные темпы прорас-тани зерна в течение первых 24 ч. Дальнейшие темпы прорастани в значительной мере обусловлены вли нием генотипа.
4. Дл достаточно объективной оценки устойчивости сортов озимой тритикале к предуборочному прорастанию зерна в колосе рекомендуетс проводить проращивание свежеубранного зерна в чашках Петри при температуре от 20 до 30°С в течение 48 ч.
5. Выделены сорта (Almo, Monica, ТИ 17, Двуручка 77, Кишиневский АД4), характеризующиеся устойчивостью к прорастанию на корню в течение двух лет исследований.
Библиографический список
1. Беркутова Н.С. Методы оценки и формирование качества зерна. М.: Росагро-промиздат, 1991.
2. Беркутова Н.С. , Буко О.А. Оценка и отбор зерновых культур на устойчивость к прорастанию в колосе. М., 1982.
3. Биометрия в генетике и селекции растений / А.В. Смиря ев, С.П. Мартынов, А.В. Кильчевский. М.: Изд-во МСХА, 1992.
4. Доспехов Б.А. Методика опытного дела. M.: Колос, 1973.
5. Сюкова Г.А., Ломовская О.И. Оценка образцов озимой ржи на устойчивость к прорастанию зерна на корню с применением провокационного фона // Науч.-техн. бюл. ВИР, 1986. Т. 157. С. 50-53.
6. Треть яков Н.Н., Кошкин Е.И. и др. Физиология и биохимия сельскохозяйственных растений. М.: КолосС, 2005.
7. Шишлова Н.П. Физиолого-биохимические особенности озимого тритикале в связи с устойчивостью к предуборочному прорастанию: Автореф. канд. дис. Минск, 2002.
8. Effect of Temperature on Seed Dormancy of Wheat / L.V. Reddy, R.J. Metzger, T.M. Ching // Crop Science, 1985. Vol. 25. P. 455-458.
9. Physiological index of Triticale grains which can differentiate there pre-harvest sprouting resistance / B. Katarzyna, W. Bielawski, J. Kaczkowski // Acta phys-iologiae plantarum, 1993. Vol. 15. № 3. P. 185-191.
Рецензент — к. с.-х. н. О.А. Буко
SUMMARY
Triticale is the most sensitive variety among cereals to preharvest germination of grain in a spike. Results of a two-year research into winter triticale varieties collection at the selection and seed farming department are provided in the article. It has been discovered that varieties with a high indicator “falling number” not always have a low number of the grains which have sprouted under direct provocation and vice versa. All this depends on both the condition of carbohydrate amylase complex of grain and responsiveness of a variety to germination provocation. Weather conditions during grain formation greatly influence stability of varieties to germination in a spike. Temperature condition influence on triticale grains stability to germination, under direct provocation, in Petri dish is studied. Provocation of newly harvested triticale grain to germination can be realized at wide temperature range (from 18 to 34 degrees C), in the course of 48 hours.
Key words: winter triticale, pre-harvest germination of grain in a spike, “falling number”.
Нгуен Тхи Тху Линь — асп. кафедры селекции и семеноводства полевых культур РГАУ - МСХА имени К.А. Тимирязева.
Митрошина Ольга Викторовна — студентка 5-го курса, РГАУ - МСХА имени К.А. Тимирязева.
Пыльнев Владимир Валентинович — д. б. н. Тел. 8(499) 976-12-72.
Рубец Валентина Сергеевна — к. б. н. Тел. 8(499) 976-12-72.
Эл. почта: [email protected]
