Аннотация
Проведено сравнение двух ауксинов-2,4-Д (2, 4-дихлорфеноксиуксусной кислоты) и
фенилуксусной кислоты (
α-толуиловая кислота или
ФУК) на способность индукции
каллусов и регенерации растении в культуре пыльников риса с окрашенным перикарпом.
В работе использованы гибриды, линии и сорта риса с окрашенным перикарпом
обработанные азидом натрия (NaN
3
)в различных концентрациях (1,3, 5 мМ).Получены
зеленые растения-регенеранты из генотиповF
1
Yir 5815/Маржан, F
1
Yir 5815-Пак-Ли, Yir
5815, Кырмызы, Рубин 1мМ.
83
Ключевые слова: рис с окрашенным перикарпом, ауксины (2,4Д, ФУК),культура
пыльников, каллусогенез, регенеранты, дигаплоиды, селекция риса.
Введение
Известно, что в последнее время все больше внимания привлекают сорта риса с
окрашенным перикарпом, имеющими черный (антоциановый), коричневый, красный и
розовый цвета зерновок. В отличие от белого шлифованного риса, такие зерновки богаты
биологически активными веществами, антиоксидантами, витаминами, макро-,
микроэлементами. В Казахстане не возделываются эксклюзивные сорта риса с
окрашенным перикарпом. На отечественном рынке присутствуют импортируемые
эксклюзивные сорта риса из стран дальнего зарубежья (Индия, Пакистан, юго-восточная
Азия), но они дороже как минимум в 5 и более раз, чем сорта обычного риса. Поэтому
создание отечественных сортов риса с окрашенным перикарпом для обеспечения
продовольственной безопасности страны является актуальным.
В настоящее время для ускорения селекционного процесса применяют метод
гаплоидной биотехнологии для получения гомозиготных линий. Гаплоидные растения
могут использоваться селекционерами для изучения взаимодействия генов, определения
групп сцепления, при создании генетических карт на основе молекулярных маркеров и
идентификаций локусов количественных признаков (QTL) [1, 2]. Для получения
гаплоидов риса наиболее эффективным методом является метод культуры изолированных
пыльников и микроспор [3]. С применением этого метода созданы ряд сортов и
улучшенных линий риса в Китае, Корее, Японии, США, Италии, РФ и во многих других
странах [4, 5]. Успех получения гаплоидов в культуре пыльников зависит от ряда
факторов, такие как, от генотипа и условии выращивания донорных растении, состава
питательной среды, способа стрессовой обработки, стадии развития микроспоры и
условии культивирования пыльников в питательной среде.
Для получения гаплоидов риса применяли ФУК, который является естественным
растительным гормоном и имеет ауксин-подобную активность [6]. Leuba и LeTourneau
(1990) сообщили, что применение ФУК в питательной среде стимулирует рост каллусных
и суспензионных культур некоторых двудольных видов [7]. Ряд исследователей
применили гормон ФУК для индукции каллусов в культуре злаковых, при этом
установлено, что ФУК в индукционной среде положительно влиял на регенерацию
зеленых растений в культуре пыльников риса и пшеницы [9, 10]. Поэтому нами проведено
исследование влияния гормонов 2,4 Д и ФУК на частоту индукции и регенерации
растении в культуре пыльников риса с окрашенным перикарпом.
Материалы и методы
Донорные растения для культуры пыльников риса выращивали в оранжерее ИББР. В
фазе трубкования метелки срезали и помещали в холодильник для холодовой обработки
при температуре +4
0
С. Через 5-7 суток с целью получения дигаплоидов пыльники риса с
окрашенным перикарпом культивировали на двух питательных средах на основе N
6
[11]
среды (с 2 мг/л 2,4 Д и 10 мг/л ФУК). В течение 30-40 дней пыльники культивировали до
образования каллусов. В дальнейшем, каллусы при достижении объема диаметром больше
3 мм, пассировали на регенерационную среду Мурасиге и Скуга[12] содержащую 5 мг/л
БАП и 0,5 мг/ л ИУК. Зеленые проростки растений пассировали на среду содержащая
половинный набор макро, микроэлементов, хелатажелеза, 30 г/л сахарозы и 1 мг/л НУК.
Зеленые растения-регенеранты с хорошо развитой корневой системой, извлекали из
пробирок, отмывали от питательной среды и помещали в сосуды с водопроводной водой
на 7 суток для адаптации in vivo. Через ХХ суток регенеранты переводили в почвенно-
торфяную смесь и культивировали в оранжерее до полного созревания.
84
Результаты исследований
В первой серии эксперимента проведено сравнение гормонов 2,4 д и ФУК на частоту
индукции каллусов в культуре пыльников риса с окрашенным перикарпом у образцов
обработанных различными концентрациями NaN
3
(таблица 1).
Таблица 1– Влияние гормонов 2,4 Д и ФУК на частоту индукции каллусогенеза в
культуре пыльников М
2
растений риса обработанных мутагеном NaN
3
Генотип
Питательные среды
N
6
с2мг/л 2,4 Д
N
6
с10 мг/л ФУК
Количество
культивирован
ных пыльников
шт.
Частота
каллусо-
генеза %
Количество
культивирован
ных пыльников
шт.
Частота
каллусоге
неза, %
Мавр контроль 160
5,6
160
-
Мавр 1мМ
100 - 260 -
Мавр 3мМ
100 - 100 -
Мавр 5мМ 160
5
100
1,0
Yir 5815 контроль 200 3,5 220 0,9
Yir 5815 1мМ 180
3,3
160
2,5
Yir 5815 3мМ 160
3,5
140
3,2
Yir 5815 5мМ 160
7,8
140
4,5
Рубин контроль 180 - 180 -
Рубин 1мМ 180
2,1
160
-
Рубин 3мМ
160 - 180 -
Рубин 5мМ
180 - 180 -
Черный рис контроль 200 1,0 220
1,8
Черный рис 1мМ 100 1,1 100 3,0
Черный рис 3мМ 180 2,2 140 3,0
Черный рис 5мМ 160 3,3 160 1,6
Как видно из таблицы 1, 2,4 Д был более эффективным гормоном по сравнению с
ФУК в индукционной среде. У сорта Мавр в контроле частота индукции каллусов на среде
N
6
с 2 мг/л 2,4 Д составило 5,6%, тогда как на среде с ФУК этот показатель была нулевой.
Обработанные мутагеном линии в концентрациях 1, 3 и 5 мм из сортов Yir, Рубин и Мавр
не индуцировали каллусы или частота была совсем низкой. Только у образца Yir 5815 5
мм получен 1 альбинос регенерант на среде N
6
с 10 мг/л ФУК. Появление альбинизма
последствие мутагенных воздействий, который вызывает частичную или полную
хлорофильную недостаточность и определяется рецессивным геном аl (альбина).
Известно, что мутанты типа альбина (аl-альбина) погибают в фазу 3-4 листьев. Сорт Мавр
при концентрации мутагена 1, 3 и 5 мМ не индуцировали каллусы, тогда как в контроле
частота каллусогенеза составило 2,81%. Из исследованных образцов, наибольшей
способностью регенерации зеленого и альбиносных растении обладал краснозерный сорт
Yir 5815, где в контрольном варианте частота регенерации составило 0,71 и 83,3% в обеих
составах питательной среды. У генотипа Yir 5815 в обработанных мутагеном вариантах
1,3 и 5 мм получены альбиносные растения-регенеранты с частотой 80, 0,62 и 26,3%
соответственно. У российского краснозерного сорта Рубин и обработанных вариантов
частота каллусогенеза варъировала от 8,4% в контроле, до 0% в 5мм и показала
неспособность регенерации зеленых и альбиносных растений. Черный рис также обладал
низкой способностью каллусогенеза и регенерации растений. В связи с низкой частотой
85
индукции каллусов на среде N
6
10 мг/л ФУК, дальнейшая индукция каллусов в культуре
пыльников проводилась на среде N
6
с 2 мг/л 2,4 Д (таблица 2).
Таблица 2 ‒ Частота регенерации гибридов, линий и сортов в культуре пыльников
риса с окрашенным перикарпом
Генотип
Количество
культивиро
ванных
пыльников
, шт
Количество
каллусов
, шт
Каллусоген
ез
, %
Регенерация
зеленых
растений
,
%
Альбиносные
растения
, %
1
2
3
4
5
6
Гибриды
F
1
Yir 5815/Маржан
220
6
2,72
0,45
-
F
1
Yir 5815/Пак-Ли
480
46
9,58
2,17
-
F
1
Рубин/Пак-Ли
120
6
5
-
-
F
1
Рубин/Баканаский
1020
27
2,64
-
-
F
1
Рубин/Маржан
1180
78
6,61
-
-
F
1
Черный рис/Баканасский
760
21
2,76
-
9,52
F
1
Черный рис/Мадина
700
15
2,14
-
-
F
1
Черный рис/КазНИИР 5
220
11
5,0
-
-
F
1
Черный рис/Маржан
480
17
3,54
-
5,88
F
1
Черный рис/Анаит
620
15
2,41
-
13,33
Линии и сортоформы
HB-1 Black rice
820
8
0,97
12,5
-
Черный рис Филиппины
200
7
3,5
-
-
V 20 Red
180
16
8,8
-
-
К о 298 R краснозерный
380
1
0,26
-
-
К 1323, краснозерный
1360
20
1,47
-
-
К 487 Кырмызы
1060
25
2,35
4,0
-
Как видно из таблицы 2, наибольшая частота индукции каллусогенеза на среде
N
6
отмечена у образцов F
1
Yir 5815/ПакЛи, V 20 Red, F
1
Рубин/Маржан. Наибольший
процент регенерации альбиносных растении наблюдался у генотипа F
1
Черный рис/
Анаит-13,33 и F
1
Черный рис/Баканасский- 9,25% .
86
А-ДГ F
1
Рубин/Изумруд;Б-ДГ Рубин 1мМ;В-ДГ F
1
Yir 5815/Пак-Ли;Г- ДГ Кырмызы
Рисунок 1– Регенеранты в фазе полного созревания
Частота регенерации зеленых растении составило 0,45, 12,5, 7,1 и 4,0 %
соответственно у генотиповF
1
Yir 5815/Маржан, F
1
Yir 5815/Пак-Ли,HB-1 Blackrice,
Красный микс (Краснодар) и стародавний сорт Кырмызы (рисунок 1). В настоящее время
из растений-регенерантов получены гибридные зерновки. Следует отметить, что
дигаплоид полученный из стародавнего краснозерного сорта Кырмызы не отличается по
вегетационному периоду от исходного сорта и составляет 100 дней.
Выводы
Установлено, что 2,4 Д в количестве 2 мг/л является более эффективным, по
сравнениюсФУК10 мг/л в индукционной среде. Выявлено генотипическая зависимость
индукции каллусов, низкая отзывчивость и высокая частота регенерации альбиносных
растений среди исследованных генотипов. Регенерированы и получены зерновки
дигаплоидов изгенотиповF
1
Yir 5815/Маржан, F
1
Yir 5815/Пак-Ли,Yir 5815, Кырмызы,
Рубин 1мМ.
Литература
1. Forster B.P. and Thomas W.T.B. Doubled Haploids in Genetics and Plant Breeding //
Plant Breeding Reviews. - 2005. - V.25. - P.57-88.
2. Jana Murovec and Borut Bohanec Haploids and Doubled Haploids in Plant Breeding //
Plant Breeding. - 2012. - V.12. - P.352.
3. S. M. Shahinul Islam, Israt Ara, Narendra Tuteja, Sreeramanan Subramaniam. Efficient
Microspore Isolation Methods for High Yield Embryoids and Regeneration in Rice (Oryza sativa
L.) // World Academy of Science, Engineering and Technology International Journal of
Bioengineering and Life Sciences. - 2014. - V.1, N.12. - P.819-824.
4. Gupta P.K. Haploidy in Higher Plants: Cytogenetics. 1st Edn., India, Rastogi
Publication, Shivaji Road Meerut, 1999. - P.116-119.
5. Niizeki H. Anther (pollen) Culture // Science of Rice Plant Genetics. - 1997. - V.3. -
P.691-697.
6. Milborrow B.V., Purse J.G., Wightman F. On the auxin activity of phenylacetic acid //
Ann Bot. - 1975. - V.39. - P.1143-1146.
7. Leuba V., Le Tourneau D. Auxin activity of phenylacetic acid in tissue culture // J. Plant
Growth Regul. - 1990. - V.9. - P.71-76.
А
Б
В
Г
87
9. Zhuo L.S., Si H.M., Cheng S.H., Sun Z.X. Phenylacetic acid stimulation of direct shoot
formation in anther and somatic tissue cultures of rice Oryza sativa L. // Plant Breeding. - 1996. -
V.115. - P.295-300.
10. Ziauddin A., Simion E., Kasha K.J. Improved plant regeneration from shed microspore
culture in barley (Hordeum vulgare L.) cv. Igri // Plant Cell Rep. - 1990. - V.9. - P.69-72.
11. Chu C.C., Wang C.S., Sun C.C., Hsu C., Yin K.C., Chu C.Y., Bi F.Y. Establishment of
an efficient medium for anther culture of rice through comparative experiments on the nitrogen
sources // Scienta Sinic. - 1975. - V.18. - P.659-668.
12.T. Murashige and F. Skoog. A revised medium for rapid growth and bioassays with
tobacco tissue cultures // Physiologia Plantarum. - 1962. - V.15. - P. 473-497.
Казкеев Д.Т., Рысбекова А.Б., Усенбеков Б.Н., Жанбырбаев Е.А.,
Сартбаева И.А., Беркимбай Х.А.
ГАПЛОИДТЫ БИОТЕХНОЛОГИЯНЫ БОЯЛҒАН ПЕРИКАРПТЫ КҮРІШ
СЕЛЕКЦИЯСЫНДА ПАЙДАЛАНУ
Берілген мақалада Қазақстандық боялған перикарпты күріш селекциясында
бастапқы материалды алу үшін күріш тозаңдарының дақылдарын пайдалану
қарастырылған. Тозаңдарды дақылдауда каллустардың индукциялану жиілігі бойынша
ФСҚ қарағанда 2,4-Д гормоны тиімді екендігі анықталды. Зерттелініп жатқан генотиптер
арасында каллустар индукциясының генетикалық тəуелділігі, регенерацияға төмен
икемділік жəне альбиносты өсімдіктер регенерациясының жоғары жиілігі байқалады.
Жүргізілген жұмыстардың нəтижесінде боялған перикарпты күріш дигаплоидтары
алынды.
Kazkeyev D.T., Rysbekova A.B., Usenbekov B.N., Zhanbyrbaev E.A.,
Sartbayeva I.A., BerkimbayH.A.
APPLICATION OF DOUBLED HAPLOID BIOTECHNOLOGY IN COLORED
RICE BREEDING
In this article were discussed the using of anther culture of rice for obtain the initial
material in Kazakhstan colored rice varieties breeding. It was found that the hormone 2,4 D is
more effective compared to the FCO frequency induction callus in anther culture. Among the
investigated genotypes was observed the genotypic dependence of callus induction, low
responsiveness and high frequency regeneration of albino plants. As a result of work the doubled
haploid colored rice were obtained.
88
УДК 633.1;631.51
Капанова Р.И., Жоламанов К.К.
Казахский Национальный Аграрный Университет
ВЛИЯНИЕ МИНИМАЛИЗАЦИИ ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ НА УРОЖАЙНОСТЬ
ЯРОВОГО ЯЧМЕНЯ В УСЛОВИЯХ ЗАПАДНО-КАЗАХСТАНСКОЙ ОБЛАСТИ
Аннотация
Совершенствование технологии обработки почвы, путем сокращения или
исключения приёмов обработки, при возделывании ярового ячменя, позволяющее
ослабить негативное влияние засухи, улучшить экологию агроландшафтов, повысить
продуктивность ярового ячменя.
Ключевые слова: минимализация обработки почвы, фенология роста и развития
ярового ячменя, динамика запасов продуктивной влаги в почве, засоренность посевов
ячменя в зависимости от минимализации обработки почвы
Введение
Рыночная
экономика
диктует
жесткие
требования
к
производству
высококачественной конкурентоспособной сельскохозяйственной продукции, поэтому
ресурсосберегающие и экологически безопасные агротехнологии, используемые для этих
целей, приобретают особое значение.
Освоение новых ресурсосберегающих технологий стало в настоящее время
неотложной задачей, так как в них сконцентрированы последние достижения зарубежной
и отечественной сельскохозяйственной науки. Это связано с необходимостью поиска
путей преодоления ряда трудностей, сложившихся в аграрном секторе (изношенность
машинно-тракторного парка, ухудшение почвенного плодородия, высокая затратность
производства и т.д.).
В связи с рядом объективных обстоятельств ресурсосбережение выступает в
современных условиях в качестве одного из приоритетных и наиболее важных
направлений в структурной перестройке методов ведения растениеводства, залога
стабильного развития всего сельскохозяйственного производства [1].
Технология возделывания ярового ячменя базируется на максимальной
концентрации и эффективном использовании имеющихся материально-технических
ресурсов и широком применении новейших достижений науки и передовой практики. Она
предусматривает четкое соблюдение технологической дисциплины.
Яровой ячмень является основной продовольственной и кормовой культурой, в том
числе и одной из ведущих сельскохозяйственных культур в Западно-Казахстанской
области. Однако его урожайность остается невысокой. В то же время затраты на
производство сельскохозяйственной продукции резко возросли в связи с удорожанием
ГСМ, техники, химических удобрений и средств защиты. Наибольшие энергетические
затраты приходятся на обработку почвы.
Поэтому в настоящее время весьма актуальной задачей является повышение
урожайности ярового ячменя при одновременном снижении затрат на его производство за
счет применения ресурсосберегающих технологий возделывания, в том числе
минимализации обработки почвы[2, 3].
Материалы и методы
Целью исследования явилась сравнительная агротехническая оценка традиционной
и ресурсосберегающей (минимальная и нулевая) технологий возделывания ярового
ячменя в условиях Западно-Казахстанской области.
89
Объектом исследования явилась зерновая культура – яровой ячмень сорта Одесский-
8.Исследования проводились на территории Западно-Казахстанской области на темно-
каштановых типах почв в четырехпольном полевом зернопаровом севообороте.
Учеты и наблюдения проводили по соответствующим утвержденным методикам.
Результаты исследований
Оптимальная плотность почвы – необходимое условие для нормального развития
растений, а также регулирования элементов и условий почвенного плодородия.
Особенно велико значение плотности почвы в регулировании водно-воздушного
режима. Снижение плотности почвы увеличивает её водопроницаемость, но рыхлость
усиливает испарение. Чрезмерно рыхлое состояние почвы ведет к её иссушению,
нарушается контакт между частицами почвы и семенами, корнями растений, из-за
оседания повреждаются молодые корни. Высокая плотность является механическим
препятствием для распространения корневых систем. В целях поддержания высокого
уровня плодородия почв не следует допускать их переуплотнения выше 1,25-1,35 г/cм
3
.
Результаты наших исследований за состоянием плотности почвы показывают, что
как излишняя рыхлость, так и чрезмерная плотность почвы оказывают отрицательное
влияние на рост и развитие растений и их урожайность (таблица 1).
Таблица 1 – Плотность почвы перед посевом ярового ячменя, г/см
3
(среднее за
2014-2015 гг.)
Технология обработки почвы
Слой почвы, см
0-10 10-20 20-30 0-30
Традиционная(контроль)
0,93
1,05
1,25
1,08
Минимальная
1,05
1,17
1,22
1,15
Нулевая
1,05
1,22
1,13
1,13
Исследования показали, что наибольшая плотность почвы была на контроле
(традиционная технология обработка почвы) – 1,25 г/см
3
в 20-30 см, наименьшая - при
нулевой технологии обработки почвы - 1,13 г/см
3
, при минимальной технологии
обработки почвы этот показатель составил 1,22 г/см
3
. Наиболее рыхлым был слой 10-20
см с объемной массой от 1,05 до 1,22 г/см
3
, что благоприятствовало прорастанию семян
ярового ячменя. Следовательно, при проведении эффективной борьбы с засоренностью
посевов величина объемной массы пахотного 0-30 см слоя почвы не создает препятствий
для проведения минимальной обработки почвы под посев ярового ячменя.
Определение влажности почвы после схода снега показало, что за счет осенне-
зимних осадков формируется определенный запас продуктивной влаги по всем паровым
предшественникам. В Западно-Казахстанской области РК, особенно в сухостепной зоне,
где проводились исследования, от схода снега до посева яровых зерновых культур обычно
проходит 35-40 дней. Господствующие в это время ветры, в условиях резкого нарастания
температур воздуха, приводят к образованию почвенной корки, способствующей
интенсивному испарению влаги. Поэтому в ранневесенний период необходимо проводить
своевременные мероприятия по сохранению накопленной влаги. В условиях сухой степи,
фактором, лимитирующим урожайность ярового ячменя, является продуктивная влага в
почве.
Анализ показывает, что для растений ярового ячменя наиболее благоприятным был
2014 г., в котором влагообеспеченность посевов составила 43-52% от нужного количества
(таблица 2). В 2014 г. количество выпавших осадков в июне было выше
среднемноголетних показателей.
90
Наибольшая влагообеспеченность посевов ярового ячменя была установлена при
минимальной технологии обработки почвы, которая составила 52%, при коэффициенте
водопотребления- 28, наименьшая влагообеспеченность была установлена при нулевой,
которая была зафиксировано на уровне 49% и коэффициент водопотребления- 24, на
контроле эти показатели составили соответственно 50% и 23%. Изменения в запасах
продуктивной влаги в почве были заметны по различным технологиям обработки почвы.
Таблица 2-Влагообеспеченность посевов ячменя (среднее за 2014-2015 гг.)
Технология
обработки
почвы
Потребность
растений в воде,
мм
Фактический
суммарный
расход, мм
Влаго-
обеспеченность,
%
Коэффициент
водо-
потребления
Традиционная
(контроль)
223 111 50 23
Минимальная 223
107
52
28
Нулевая 223
109
49 24
Дробное внесение быстроразлагающихся гербицидов в безопасные для культурных
растений сроки, в паровом и зерновых полях севооборота, при минимальной и нулевой
обработках почвы, уменьшает засоренность посевов при одновременном усилении
биологической конкуренции культурных растений к сорнякам (таблица 3).
Таблица 3 – Засоренность посевов ярового ячменя в зернопаровом 4-х польном
севообороте в зависимости от технологии обработки почвы (среднее за 2014-2015гг.)
Технология
обработки
почвы
Количество сорняков, шт./м
2
Сырая масса
сорняков,
г/м
2
Всего
в том числе
однолетних
многолетних
Фаза полных всходов пшеницы
Традиционная (контроль) 37,2
37,0
0,2
32,5
Минимальная 32,9
32,6
0,3
18,7
Нулевая 18,1
17,6
0,5
10,0
Перед уборкой
Традиционная (контроль) 12,8
12,7
0,1
14,0
Минимальная 9,5
9,4
0,1
10,0
Нулевая 10,6
10,5
0,1
10,3
Данные учета засоренности посевов в зернопаровом 4-польном севообороте
свидетельствуют о том, что при замене механических обработок гербицидами, усиление
засоренности посевов не происходит. Напротив в начале вегетации (фаза полных всходов)
в посевах ярового ячменя по нулевой технологии сорняков насчитывалось в 2 раза меньше
(18,1 шт/м
2
), чем в посевах при обычной технологии (37,2 шт/м
2
).
Ко времени уборки количество сорняков на 1м
2
посева снизилось на всех вариантах
обработки почвы и было примерно равным 9,5-12,8 шт./м
2
. При этом многолетних
сорняков практически не было (0,1шт./м
2
).
91
Таблица 4- Урожайность зерна ячменя (сорт Донецкий 8) в зернопаровом 4-х
польном севообороте в зависимости от технологии возделывания, ц/га (среднее за
2014-2015гг.)
Место ячменя
в севообороте
Технологии обработки почвы
традиционная
минимальная
нулевая
1-я КПП
8,0
10,4
9,0
2-я КПП
8,6
12,4
10,3
3-я КПП
9,3
12,5
10,3
В среднем по севообороту
8,6
11,8
9,9
Примечание: КПП-культура после пара
Таким образом, высокая культура земледелия с использованием современных
гербицидов позволяет очистить посевы от сорняков. Минимализация обработки почвы,
вплоть до полного отказа от её проведения в этих условиях, не ведет к росту засоренности
посевов.
Анализируя данные таблицы 4, можно заметить, что наибольшая урожайность
ячменя была зафиксирована при минимальной технологии обработки почвы, которая в
среднем составила 11,8 ц/га, наименьшая урожайность ячменя при традиционной
технологии обработки почвы-9,3 ц/га, при нулевой обработке почвы урожайность
составила в среднем 9,9 ц/га.
Достарыңызбен бөлісу: |