CC BY
26
ВЗАИМОСВЯЗЬ УСТОЙЧИВОСТИ К ПОНИЖЕННОЙ ТЕМПЕРАТУРЕ И НЕКОТОРЫХ КОЛИЧЕСТВЕННЫХ ПРИЗНАКОВ У КУКУРУЗЫ.
Клименко Оксана Анатольевна Канд.биол.наук, старший научный сотрудник Институт генетики, физиологии и защиты растений г.Кишинев, Республика Молдова DOI: 10.31618/ESU.2413-9335.2019.5.60.13-17 THE RELATIONSHIP BETWEEN COLD TOLERANCE AND SOME QUANTITATIVE
CHARACTERS OF MAIZE.
Climenco O.A.
Senior Research Scientist Institute of Genetics, Physiology and Plant Protection, Chisinau , Republic of Moldova.
АННОТАЦИЯ.
Выявлена достоверная зависимость всхожести семян кукурузы (после обработки пониженными температурам) от фактора «генотип». Самые высокие значения этого признака были отмечены у гибридов Fi Л1866xCo125, Р343хЛ276, P343xF2, P346xA285 (98,53%, 94,13%, 93,61%, 92,5%, соответственно). Определены коэффициенты наследуемости и корреляции признаков «длина проростка» и «длина корешка». Коэффициенты наследуемости отцовских генотипов у гибридов P343xA285, P343xF2, Р343х Л276, P343xP346 по признакам «всхожесть семян», «длина проростка», «длина корешка» составили 0,53*, 0,97*, 0,77*, соответственно. Отмечено, что изменчивость количественных признаков у изученных генотипов кукурузы также достоверно определялась фактором «генотип» (от 77% до 94%). Корреляционный анализ выявил достоверные связи количественных признаков растения с признаками «длина проростка» и «длина корешка» после холодового стресса. В частности, у гибрида F1 Р346хР343 оба признака устойчивости к холоду достоверно положительно коррелировали с признаком «высота растения» (r=0,68*, r=0,75*, соответственно). Отобраны генотипы более устойчивые к стрессу и с наибольшими значениями количественных признаков - это инбредные линии А285 и Р343, а также гибриды Fi Со125хЛ1866, Л1866хР343, Р343хА285, Р343хЛ276.
ABSTRACT.
The significant dependence of seed germination (after low temperature stress) from the factor „genotype" was determined. For Fi hybrids Л1866хСо125, Р343хЛ276, P343xF2, P346xA285 the highest values of this character were registered (98,53%, 94,13%, 93,61%, 92,5%, respectively). The coefficients of heritability and correlation of such characters as „seedling length" and „root length" were calculated. Heritability coefficients of paternal genotypes for Fi hybrids P343хA285, P343хF2, P343хЛ276, P343хP346 were 0,53*, 0,97*, 0,77*, respectively. It should be noted that the variability of quantitative characters proved to be mostly genotype-depending (from 77% to 94%). The significant correlations between quantitative characters of plant and length of seedling and root (during seed germination after cold stress) were found. In particular, for Fi hybrid Р346хР343 the significant correlations between "seedling length","root length" and "plant height" were determined (r=0,68*, r=0,75*,respectively). The cold-resistant genotypes with high values of quantitative characters of plant (inbred lines А285, Р343 and Fi hybrids Со125хЛ1866, Л1866хР343, Р343хА285, Р343хЛ276) were selected.
Ключевые слова: кукуруза, устойчивость, пониженные температуры, семена, проростки.
Key words: maize, tolerance, low temperature, seeds, seedlings.
Введение. Оценка устойчивости генотипов кукурузы к различным абиотическим стрессовым факторам (в том числе и к пониженным температурам) является важной задачей селекции кукурузы. Изучение корреляции и наследуемости признаков устойчивости у простых гибридов кукурузы и их исходных родительских линий позволяет выделять родительские генотипы с высокими значениями коэффициентов наследуемости этих признаков. Некоторые учёные выделяют более устойчивые к пониженным температурам инбредные линии по таким признакам как всхожесть семян, длина корешка, индекс всхожести, индекс энергии прорастания [4, с.352]. Другими исследователями [6, с.212] были изучены морфологические признаки, фотосинтетические параметры, содержание пигментов и сахаров, дифференциальная экспрессия генов у про-
ростков шести инбредных линий разных гетерозис-ных групп, обработанных пониженными температурами. При изучении экспрессии генов, связанных с устойчивостью к низким температурам во время прорастания семян кукурузы учёные пришли к выводу, что гены AOX1 и ZmAN-13, можно использовать для отбора линий кукурузы устойчивых к этому стрессу [7, с.2689]. В результате других исследований были классифицированы 40 инбредных линий кукурузы по более чем 14 признакам проростков во время холодового стресса [3, с.1]. Также представлена молекулярная модель реакции на воздействие пониженных температур на стадии прорастания семян гибридов кукурузы [5, с.1] и идентифицированы наиболее вероятные механизмы ответственные за устойчивость к пониженным температурам у линии кукурузы S68911 [8, с.16]. Сообщается и о корреляции устойчивости к холоду
проростков кукурузы (у прямых и реципрокных гибридов) и урожайности [2, с.197]. Все авторы отмечают необходимость таких исследований в связи с меняющимся климатом и возможным продвижением районов выращивания кукурузы в зоны с менее жаркими погодными условиями. Цель работы заключалась в оценке устойчивости к пониженным температурам гибридов Fl и их родительских генотипов на стадии всхожести и прорастания семян, изучении наследуемости признаков устойчивости и выявлении их взаимосвязи с количественными признаками растения. Материал и методы исследований. В наших экспериментах были использованы 8 простых гибридов Fl (Л1866хСо125, Со125х Л1866, Л1866 хР343, Р343х А285, Р346х Р343, Р343х Р346, Р343х Л276, Р343х F2, а также 2 реципрокных комбинации между линией Р346 и её восковидным аналогом) и 8 родительских линий (А285, F2, Со125, Л1866, Л276, Р343, Р346 и её восковидный аналог). Семена каждого генотипа (три повторности по 3050 семян) раскладывали на влажную фильтровальную бумагу в чашки Петри и обрабатывали пониженной температурой (+10С +80С) в течение 10 дней, затем семена находились три дня в условиях комнатной температуры (+150С +180С) и после этого учитывали такие признаки как всхожесть семян (%), длина проростка (см), длина корешка (см). В полевых условиях оценивали следующие количественные признаки растения: «высота растения»
СК- сумма квадратов, ССв - степени свободы, СрКв - средний квадрат, F - критерий F, р - уровень значимости, СВ ФГ - сила влияния фактора «генотип».
Самые высокие значения признака «всхожесть семян» (НСР05 =0,56) были отмечены у гибридов Л1866xCo125, P343xЛ276, P343xF2, P346xA285
Евразийский Союз Ученых (ЕСУ) #3 (60), 2019 (см), «высота прикрепления первого початка» (см), «длина метелки» (см), «количество веточек метелки» (штуки). По каждому генотипу меряли не менее 10 растений. Полученные данные обрабатывали программой Statgraphics 2.1. (дисперсионный и корреляционный анализы). Проводились расчеты степени влияния фактора в общей дисперсии признака [1, с.248], а также коэффициентов наследуемости [1, с.366].
Результаты исследований. Дисперсионный анализ показал, что изучаемые признаки достоверно (р<0,001) зависели от фактора «генотип» (таблица 1). Сила его влияния на признаки «всхожесть семян» и «длина проростка» была высокой и у инбредных линий и у гибридов F1 . При этом, показатель силы влияния фактора «генотип» у ин-бредных линий по признаку «всхожесть семян» был почти равен такому же показателю у гибридов F1. Такая же закономерность выявлена и для показателей силы влияния фактора «генотип» по признаку «длина проростка». В тоже время признак «длина проростка» зависел от фактора «генотип» больше, чем признак «всхожесть семян» (на 6,13% у линий и на 7,1% у гибридов). И только признак «длина корешка» зависел от фактора «генотип» меньше по сравнению с признаками «всхожесть семян» и «длина проростка» (на 21,2%, 5,9%, соответственно - у линий и на 27,3%, 13%, соответственно - у гибридов).
(98,53%, 94,13%, 93,61%, 92,5%, соответственно). Гибриды Fl P343xA285, P343xF2, Л 1866x^125, Co125xЛ1866 достоверно (НСР05 =0,56) превышали (на 25%-70%) родительские генотипы (линии Л285, F2, Со125, Л1866) по признаку «всхожесть семян». Коэффициенты наследуемости (И2 ) отцовских генотипов у гибридов Р343хА285, P343хF2, Р343х
Таблица 1. Результаты дисперсионного анализа признаков «длина проростка» и «длина корешка» после холодовой обработки семян._
ИЗ СК ССв СКв F р СВ ФГ,%
Признак «всхожесть семян после холодового стресса»
Линии 60,3 7 8,61 18,35 0,0000 88,92
Остаточная 7,51 16 0,47
Общая 67,81 23
Гибриды F1 108,135 9 12,015 17,42 0,0000 88,7
Остаточная 13,8 20 0,7
Общая 121,933 29
Признак «длина проростка после обработки семян холодом»
Линии 29,61 7 4,23 43,93 0,0000 95,05
Остаточная 1,54 16 0,1
Общая 31,15 23
Гибриды F1 82,54 9 9,17 50,88 0,0000 95,8
Остаточная 3,6 20 0,18
Общая 86,16 29
Признак «длина корешка после обработки семян холодом»
Линии 11,32 7 1,62 4,78 0,005 67,7
Остаточная 5,41 16 0,34
Общая 16,73 23
Гибриды F1 93,58 9 10,4 10,67 0,0000 82,76
Остаточная 19,5 20 0,97
Общая 113,1 29
Л276, Р343хР346 по признакам «всхожесть семян», «длина проростка», «длина корешка» составили 0,53*, 0,97*, 0,77*, соответственно. По признаку «длина проростка» (НСР05 =0,37) была выделена линия А285 и гибриды Co125xЛ1866, P343xЛ276, Л1866xР343 (3,75 см, 4,99 см, 4,19 см, 3,32 см, соответственно). Самые высокие значения признака «длина корешка» (НСР05 =1,345) были отмечены у линий Л285, Р346, Р343, Л276, Со125 (2,79 см, 1,65 см, 1,28 см, 1,22 см, 1,04 см, соответственно) и гибридов Co125xЛ1866, P343xЛ276, Л1866xCo125 (6,0 см, 5,33 см, 3,57 см, соответственно). Наследуемость признаков «длина проростка» и «длина корешка» была определена и с помощью корреляционного анализа. Так, для гибрида Co125xЛ1866 коэффициент наследуемости (И2) отцовского генотипа по признаку «длина проростка» составил 0,52*, а для материнского генотипа гибрида P343xA285 коэффициент наследуемости по этому же признаку составил 0,34**. По признаку «длина
корешка» были обнаружены достоверные корреляционные связи между отцовским генотипом и гибридом Co125xЛ1866 (коэффициент корреляции был положительным г=0,54***), а между материнским генотипом и этим же гибридом коэффициент корреляции был отрицательным (г= -0,25*). У гибрида Р343хР346 и отцовского генотипа также была выявлена достоверная отрицательная корреляционная связь (г= -0,39*) по признаку «длина корешка».
Дисперсионный анализ количественных признаков растения (таблица 2) выявил достоверное влияние фактора «генотип», причем сила влияния данного фактора на изменчивость признаков «высота растения», «высота прикрепления первого початка», «длина метелки» была выше у инбредных линий, чем у гибридов Fl (на 15,42%, 4,36% и 7,2%, соответственно) и только по признаку «количество веточек в метёлке» зависимость от фактора «генотип» у линий и гибридов F1 была практически одинаковой.
Таблица 2. Результаты дисперсионного анализа признаков продуктивности растения.
ИЗ СК ССв СКв F р СВ ФГ,%
Признак «высота растения»
Линии 18232,8 7 2604,7 29,13 0,0000 92,7
Остаточная 1430,7 16 89,42
Общая 19663,5 23
Гибриды F1 3798,15 8 474,77 7,66 0,0002 77,3
Остаточная 1116,24 18 62,01
Общая 4914,4 26
Признак «высота прикрепления первого початка»
Линии 6720,02 7 960,0 23,05 0,0000 90,1
Остаточная 666,47 16 41,65
Общая 7386,49 23
Гибриды F1 4711,14 8 588,9 14,3 0,0000 86,42
Остаточная 740,27 18 41,13
Общая 5451,4 26
Признак «длина метелки»
Линии 578,7 7 82,7 35,7 0,0000 94,0
Остаточная 37,04 16 2,32
Общая 615,7 23
Гибриды F1 209,17 8 26,15 14,77 0,0000 86,8
Остаточная 31,87 18 1,77
Общая 241,05 26
Признак «количество веточек в метёлке»
Линии 1284,2 7 183,46 31,09 0,0000 93,15
Остаточная 94,43 16 5,9
Общая 1378,62 23
Гибриды F1 628,8 8 78,6 29,02 0,0000 92,8
Остаточная 48,74 18 2,71
Общая 677,5 26
ИЗ - изменчивость, СК- сумма квадратов, ССв - степени свободы, СрКв - средний квадрат, F -критерий F, р - уровень значимости, СВ ФГ - сила влияния фактора «генотип».
Интересно отметить, что реципрокные гибриды линий Л1866 и Со125 существенно отличались друг от друга по признакам прорастания семян после воздействия пониженной температуры, а по количественным признакам такой разницы не было
(таблица 3). В целом, у гибрида Р343хА285 были отмечены высокие значения у пяти из семи изученных признаков. Также можно выделить гибрид Л1866хР343, у которого довольно высокие показатели признаков «длина проростка» и «длина корешка» после холодовой обработки семян и хороший показатель признака «количество веточек метёлки». Лучшей из инбредных линий по всем признакам кроме признака «всхожесть семян после
обработки пониженной температурой» оказалась А285.
Таблица 3. Средние значения признаков устойчивости к холоду и признаков продуктивности у линий и
гибридов Б1.
генотип Вс,% ДП,см ДК,см ВР,см В1поч,см ДМ,см КВМ,шт
Л1866хСо125 98,53 1,73 3,57 196,5 50,05 32,11 15,17
Со125хЛ1866 85,99 4,99 6,0 205,08 52,2 30,76 17,72
Л1866 73,53 0,65 0,87 146,19 23,3 27,42 12,58
Со125 62,25 0,45 1,04 166,65 31,37 23,5 5
Л1866 хР343 88,36 3,32 2,73 197,5 58,12 31,9 21,47
Р343 92,19 0,65 1,28 181,46 39,18 35,06 17,61
Р343хА285 92,51 0,44 1,58 212 77,17 35,54 23,5
А285 20,34 3,75 2,79 215,94 77,67 36,78 27,5
Р346х Р343 35,93 0,34 1,03 209,3 56,5 37,09 16,56
Р343х Р346 76,79 0,66 2,32 214,4 52,18 38,79 12,44
Р346 95,5 0,42 1,65 171,05 32,48 35,17 5,83
Р343хЛ276 94,13 4,19 5,33 188,57 42,97 37,73 12,03
Л276 94,65 0,62 1,22 113,24 24,33 31,34 6,83
Р343х F2 93,61 0,49 0,97 205,17 40,19 31,92 16
Б2 65,53 0,022 0,33 165,9 26,89 23,43 6,97
НСР05 0,56 0,37 1,345 14,44 10,71 2,37 3,42
Все значения достоверны при р<0,05
Вс-всхожесть семян, ДП-длина проростка, ДК-длина корешка, ВР-высота растения, В1поч.-высота прикрепления первого початка, ДМ-длина метёлки, КВМ-количество веточек метёлки.
Корреляционный анализ показал, что у гибридов Fl Л1866хСо125, Р343хР346, Р343хА285 и линии Р343 признаки «высота растения» и «длина метелки» коррелируют положительно. У инбредных линий Л1866 и F2 была выявлена достоверная положительная связь между признаками «высота растения» и «высота прикрепления первого початка». Также линия Л1866 и гибрид Fl Со125хЛ1866 положительно коррелировали по признаку «высота прикрепления первого початка» (г=0,64*). По признаку «длина метелки» эта же линия (Л1866) и гибрид F1 Л1866хСо125 также демонстрировали положительную корреляционную связь (г=0,62*). Линия Р343 и гибрид Р343хА285 коррелировали отрицательно (г= -0,71*) по признаку «количество веточек в метелке».
Корреляционный анализ признаков устойчивости и количественных признаков растения выявил особенности их взаимосвязи у изучаемых генотипов. Так, у линии Л1866, а также гибрида
Л1866хР343 найдены достоверные отрицательные корреляционные связи по признакам устойчивости к холоду и признакам, характеризующим метёлку (таблица 4). Хотя, у гибрида Л1866х Со125 (с этой же линией в качестве материнского генотипа), отмечена достоверная положительная корреляционная связь между признаком устойчивости к холоду (длина корешка) и признаком «высота до 1 початка» у реципрокного ему гибрида. Между родительскими генотипами Р346, Р343, А285 и их гибридами Fl (Р343х А285, Р346хР343) установлены достоверные отрицательные корреляционные связи между обоими признаками устойчивости и признаком «высота растения». Линия Р346 (материнский генотип) и гибрид Fl Р346хР343 по другой паре признаков «длина корешка в холоде» и «количество веточек в метёлке» характеризовались уже достоверной положительной корреляционной связью. Следует отметить, что у гибрида F1 Р346хР343 оба признака устойчивости к холоду достоверно положительно коррелировали с признаком «высота растения», а у гибрида Со125хЛ1866 такая же корреляционная связь найдена только для одного признака устойчивости «длина проростка».
Таблица 4. Корреляции признаков у линий и гибридов Fi.
Признак устойчивости к стрессу Генотип Признак продуктивности растения генотип Коэффициент корреляции
Длина проростка после холодовой обработки семян Р343 Количество листьев на растении Р343 0,68*
Со125хЛ1866 Высота растения Со125хЛ1866 0,74*
Л1866 Количество веточек метёлки Л1866 -0,7*
Р346 Высота растения Р346хР343 -0,64*
Р346хР343 Высота растения Р346хР343 0,68*
Длина корешка после холодовой обработки семян Р343 Высота растения Р343хА285 -0,79*
А285 Высота растения Р343хА285 -0,6i*
Л1866х Со125 Высота прикрепления 1 початка Со125хЛ1866 0,65*
Л1866х Р343 Длина метёлки Л1866х Р343 -0,63*
Р346 Количество веточек метёлки Р346хР343 0,79*
Р346хР343 Высота растения Р346хР343 0,75*
Выводы. Учитывая все полученные результаты, можно выделить сочетающие хороший уровень устойчивости к холодовому стрессу и высокие значения количественных признаков генотипы - это инбредные линии А285 и Р343, а также гибриды Fi Со125хЛ1866, Л1866хР343, Р343хА285, Р343хЛ276. Таким образом, оценка и отбор генотипов по холодному проращиванию семян, учитывая наличие достоверных корреляционных связей с количественными признаками, является эффективным методом подбора ценного исходного материала для селекции на устойчивость к данному абиотическому стрессу.
Список литературы
1. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта. /Б.А.Доспехов.Москва:Изд-во «Колос»,1979. 416 с.
2. Berzy T., Zaborszky S., Szoke Cs. Stress tolerance of young maize seedlings of different reciprocal crossing combinations in case of some mv corn hybrids [Электронный ресурс] // International Journal of Agriculture, Environment and Bioresearch. 20i8. V.3. N2. P.i97-203. ISSN: 2456-8643. URL: http://ijaeb.org/uploads20i8/AEB_03_i55.pdf (дата обращения 16.03.2019).
3. Enders T. A., Dennis S. St., Oakland J., Callen S. T., Gehan M. A., Miller N. D., Spalding E. P., Springer N. M., Hirsch C. D. Classifying cold stress responses of inbred maize seedlings using RGB imaging. [Электронный ресурс] // Plant Direct 20i8. 3. p.i-ii. URL: https://onlineli-brary.wiley.com/doi/epdf/i0. i002/pld3.i04 doi: i0.i002/pld3.i04 (дата обращения 14.03.2019).
4. Email author Farooqi M.Q.U., Lee J.K. Cold Stress Evaluation among Maize (Zea mays L.) Inbred Lines in Different Temperature Conditions [Электронный ресурс] // Plant Breeding and Biotechnology. 20i6. V4. P. 352-36i. URL:
http://www.plantbreedbio.org/journal/view.html?doi= 10.9787/PBB.2016.4.3.352
https://doi.org/10.9787/PBB.2016.4.3.352 (дата обращения 14.03.2019).
5. Noblet A., Leymarie J., Bailly C. Chilling temperature remodels phospholipidome of Zea mays seeds during imbibitions. [Электронный ресурс] // Sci Rep. 2017. 7: 8886. p. 1-12. URL: https://www.na-ture.com/articles/s41598-017-08904-z.pdf
doi: 10.1038/s41598-017-08904-z (дата обращения 19.03.2019).
6. Riva-Roveda L., Escale B., Giauffret C., Perilleux C. Maize plants can enter a standby mode to cope with chilling stress [Электронный ресурс] // BMC Plant Biology. 2016. V. 16. p.212 -226. URL: https://core.ac.uk/download/pdf/81891350.pdf DOI 10.1186/s12870-016-0909-y (дата обращения 12.03.2019).
7. I.C. Silva-Neta1, E.V. Pinho1, A.D. Veiga2, R.G. Pinhoi, R.M. Guimaraesi, F. Caixetai, H.O. San-tosi and T.L. Marquesi Expression of genes related to tolerance to low temperature for maize seed germination. [Электронный ресурс] // Genet. Mol. Res. 2015 14 1: 2674-2690 http://www.fun-pecrp.com.br/gmr/year2015/vol14- 1/pdf7gmr4903.pdf DOI http://dx.doi.org/10.4238/2015.March.30.28 (дата обращения 17.03.2019).
8. A. Sobkowiak,M. Jonczyk,J. Adamczyk,J. Szczepanik,D.Solecka,I.Kuciara, K Hetmanczyk, J.Trzcinska Danielewicz,M. Grzybowski,M. Skonec-zny,J Fronk, P.Sowinski Molecular foundations of chilling-tolerance of modern maize [Электронный ресурс] // BMC Genomics 2016. 17:125. р.1-22 https://bmcgenomics.biomedcen-tral.com/track/pdf/10.1186/s12864-016-2453-4 https://doi.org/10.1186/s12864-016-2453-4(дата обращения 15.03.2019).
