методы изучения генетического разнообразия ячменя на

МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ
ГЕНЕТИЧЕСКОГО
РАЗНООБРАЗИЯ
ЯЧМЕНЯ
НА
АЛЮМОУСТОЙЧИВОСТЬ
О.В. Яковлева
ГНУ ГНЦ РФ ВИР
посевная площ адь, млн. га
ПОСЕВНЫЕ ПЛОЩАДИ ЯЧМЕНЯ
12
10
9,9
9,3
7,2
8
6
4
2
0
1
2
3
год
1 – 2006 год; 2 – 2010; 3 - 2015
УРОЖАЙНОСТЬ ЯЧМЕНЯ
урожайность, ц/га
25
20
21
19,5
15
11,6
10
5
0
1
2
год
1 – 2006 год; 2 – 2010; 3 - 2015
3
ВАЛОВЫЙ СБОР ЯЧМЕНЯ
22%
40%
38%
Прогнозируемый валовый сбор ячменя – 160 тыс.
тонн (по оценкам специалистов BusinesStat ).
Из них 40% - продовольственный ячмень; 38% кормовой; 22% - специального назначения, в
частности пивоваренный.
Методы изучения
алюмоустойчивости
 Полевой опыт
 Метод почвенной, песчаной, водной культуры
 Методы лабораторной оценки:
─ визуальная оценка с использованием
органических красителей
─ расчет индексов длины корня
─ культура клеток in vitro
─ использование биохимических и
молекулярных маркеров
Метод почвенной культуры с
токсичным содержанием ионов
алюминия
Для изучения в вегетационном опыте использовали
сорта ячменя с разным уровнем
алюмоустойчивости в ювенильной фазе:
Faust I (к-24612), местный (к-9736) – устойчивые и
Colsess IV (к-24626), Himalaya (к-24648) –
чувствительные.
Схема опыта:
Контроль (рН 6,7, без алюминия);
рН 4,0 + 5 мг AlCl3х6Н2О на 100 г почвы;
рН 4,0 + 10 мг AlCl3х6Н2О на 100 г почвы.
Повторность - трехкратная.
В качестве откликов на стресс учитывали динамику
появления всходов, высоту растений: в фазу второго
листа, кущения, выхода в трубку, колошения и в фазу
созревания, элементы структуры урожая: длину
главного колоса, число колосков, зерен, массу зерна с
главного колоса и массу 1000 зерен.
Динамика появления всходов, %
Сорт
Faust I
Colsess
IV
к-9736
Himalaya
Вари
ант*
Дата появления всходов
05.06.
06.06.
07.06.
08.06.
09.06.
10.06.
13.06.
1
58,8
94,1
100,0
-
-
-
-
2
-
70,4
84,2
84,2
-
100,0
-
3
-
70,6
82,4
94,1
-
100,0
-
1
5,3
78,9
100,0
-
-
-
-
2
-
-
50,0
75,0
90,0
100,0
-
3
-
-
-
54,5
63,6
81,8
100,0
1
63,1
89,5
100,0
-
-
-
-
2
-
75,0
85,0
95,0
-
100,0
-
3
-
70,0
90,0
95,0
-
100,0
-
1
70,0
95,0
100,0
-
-
-
-
2
-
-
7,3
20,0
30,0
100,0
-
3
-
-
15,0
55,0
70,0
95,0
100,0
* - 1 – контроль; 2 – рН 4,0 + 5 мг AlCl36Н2О на 100 г почвы; 3 – рН 4,0
+ 10 мг AlCl36Н2О на 100 г почвы.
Некротические пятна на листьях сорта Colsses IV при концентрации
соли алюминия 5 мг/100 г почвы.
контроль
5 мг
10 мг
Всходы сорта Faust I
контроль
5 мг
10 мг
Всходы сорта Colsess IV
Высота растений ячменя в фазу кущения
Высота растений, см
35
30
25
20
1 - Faust
15I; 2 - Colsess IV.
10
5
0
1
2
Сорт
контроль
5 мг
10 мг
1 - Faust I; 2 - Colsess IV.
Высота растений ячменя в фазу выхода в трубку
Высота растений, см
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
1
2
Сорт
контроль
5 мг
1 - Faust I; 2 - Colsess IV.
10 мг
Метод визуальной оценки
алюмоустойчивости растений
окрашиванием корней
эриохромцианином R
При использовании метода
эриохромцианинового окрашивания семена
проращивали в дистиллированной воде в
чашках Петри одни сутки при температуре
25оС, без освещения. Потом наклюнувшиеся
семена помещали в растильни с сетчатым
дном и питательным раствором, содержащим
0,4 mM CaCl2; 0,65 mM KNO3; 0,25 mM MgCl2;
0,04 mM NH4NO3; 0,01 mM (NH4)2SO4 c pH 4,5.
До нужного значения pH доводили 0,1 M HCl.
Через двое суток в питательный раствор
добавляли хлорид алюминия с концентрацией
ионов Al 50 мкМ и pH=4,5. Спустя 24 часа
выращенные в среде с алюминием проростки
промывали проточной водой и помещали в
свежий питательный раствор без алюминия на
двое суток. После этого растения снова
промывали проточной водой и помещали для
окрашивания в 0,1%-ный раствор эриохром
цианина R на 15 минут. Излишки краски
смывали водой. При воздействии алюминия
на растения у проростков окрашивается
меристематическая часть корня (клетки с
некрозами). После репарации у устойчивых
форм за окрашенным участком
обнаруживается светлая зона живых клеток, у
неустойчивых она или отсутствует, или слабо
выражена. Длина зоны отрастания является
диагностическим показателем при данном
с п о с о б е
т е с т и р о в а н и я .
Метод окрашивания эриохром цианином R
позволил распределить изучаемые образцы
на две группы по уровню алюмоустойчивости.
Сорта, имеющие наибольшую среднюю длину
зоны отрастания корня, отнесены к группе
устойчивых образцов. Сорта, не имеющие
зоны отрастания или характеризующиеся
небольшой величиной зоны отрастания,
отнесены к группе неустойчивых образцов..
Устойчивость к алюминию некоторых
образцов ячменя
№ по
каталогу
ВИР
Название образца
Среднее значение длины
зоны отрастания корня, см
17844
Местный
0,62 ± 0,07
24612
Faust I
0,78 ± 0,09
9730
Местный
0,78 ± 0,07
4731
Заря
0,71 ± 0,09
5859
Местный
0,75 ± 0,10
9736
"
0,83 ± 0,07
20920
Красноуфимский 95
0,68 ± 0,13
15159
Местный
0,92 ± 0,19
10336
"
0,74 ± 0,08
15619
Полярный 14
0,84 ± 0,01
24625
Gateway
0,73 ± 0,05
4732
Мечта
0,64 ± 0,03
16509
Местный
1,08 ± 0,10
19417
Московский 121
1,11 ± 0,03
17843
Омский 13709
0,49 ± 0,05
7059
Местный
0,20 ± 0,15
9317
"
0
3415
Tanbash
0
6433
Местный
0
24648
Himalaya
0
14921
Местный
0
24626
Colsess IV
0,21 ± 0,01
Лабораторный метод оценки
с использованием индекса длины
корня и ростка
опыт
контроль
Семена исследуемых образцов
предварительно проращивали в
ч а ш к а х П ет р и д во е с ут о к без
освещения при температуре 24оС.
Затем проросшие
семена
р а с к л а д ы ва л и в р а с т и л ь н и с
сетчатым дном по 30 зерен каждого
о б р а з ц а в я ч е й к у. Ра с т и л ь н и
помещали в контейнеры емкостью 9
литров с дистиллированной водой
(pH=6,5) при температуре 21 оС и
освещенности 5 клк в течение 16
часов. Сверху растильни накрывали
полиэтиленовой пленкой. На 3-4
сутки воду в контейнерах меняли на
раствор с концентрацией ионов Al
185 мк М и pH=4 ,0. Контролем
являдась дистиллированная вода
без алюминия с рН=6,5. Пленку с
растилен снимали. Каждые сутки от
начала воздействия алюминия
изме ряли p H раст воров и пр и
н е о бход и м о с т и д о води л и д о
нужного значения 0,25 М H2SO4. На
5 сутки от начала воздействия
стрессового фактора измеряли
са мы й д л и н ны й з а р оды ше в ы й
корешок у каждого проростка. Затем
рассчитывали среднее значение
дли ны к орешк а для к аждого
образца и соотносили ее со средней
д ли но й к о р е шк а к о нт р ольно го
варианта и получали значение
к о р н е в о г о и н д е к с а .
Устойчивость к алюминию
некоторых образцов ячменя
№ по
каталогу
ВИР
Название образца
Индекс длины корня
17844
Местный
0,93 ± 0,03
24612
Faust I
0,86 ± 0,04
9730
Местный
0,85 ± 0,05
4731
Заря
0,85 ± 0,04
5859
Местный
0,84 ± 0,01
9736
"
0,79 ± 0,06
20920
Красноуфимский 95
0,79 ± 0,10
15159
Местный
0,77 ± 0,05
10336
"
0,76 ± 0,05
15619
Полярный 14
0,75 ± 0,001
24625
Gateway
0,73 ± 0,08
4732
Мечта
0,72 ± 0,07
16509
Местный
0,68 ± 0,04
19417
Московский 121
0,61 ± 0,04
17843
Омский 13709
0,39 ± 0,10
7059
Местный
0,38 ± 0,03
9317
"
0,35 ± 0,08
3415
Tanbash
0,35 ± 0,07
6433
Местный
0,33 ± 0,04
24648
Himalaya
0,27 ± 0,04
14921
Местный
0,21 ± 0,02
24626
Colsess IV
0,20 ± 0,05
Результаты изучения коллекции
ярового ячменя
№ по
каталогу
ВИР
Сорт
Происхождение
Индекс длины
ростка
корня
30242
Скиф
Россия
0,68
0,88
30372
Турингия
Германия
0,62
0,84
30778
Приморский
98
Россия
0,94
0,98
30804
Лель
Россия
0,89
0,98
30883
Тандем
Россия
0,98
0,91
30885
Roose
Эстония
0,87
0,94
30925
Malva
Латвия
0,95
0,96
30926
Кузьминский
Россия
0,82
0,92
30931
Prestige
Чехия
0,89
0,94
30941
Nordus
Чехия
0,93
0,98
30968
Муссон
Россия
0,93
0,96
30971
Беркут
Россия
0,92
0,92
30983
Вакула
Россия
0,98
0,95
30987
Сибиряк
Россия
0,96
0,95
26209
Potra
Финляндия
0,88
0,90
Исходным материалом для исследования явились чистые линии,
выделенные из сортов
Faust I (к-24612, США; ИДК 0,860,04)
Полярный 14 (к-15619, Россия; ИДК 0,740,03)
Dayton (США; ИДК 0,68±0,04)
Colsess IV (к-24626, США; ИДК 0,20±0,003)
1
2
3
1 – родительский сорт Colsses IV; 2 – гибрид; 3 – родительский сорт Dayton
1
2
3
1 – родительский сорт Faust I; 2 – гибрид; 3 – родительский сорт Dayton
Наследование алюмоустойчивости у
гибридов третьего поколения
(тестирование по длине корня)
Гибридная
комбинация
Изучено
семей
Отношение устойчивых семей
к неустойчивым
фактическое
теоретическое
Соотношение
χ2
Полярный 14
 Faust 1
115
103 : 12
107,8 : 7,2
15 : 1
2,14
Dayton 
Colsess IV
117
79 : 38
87,75 : 29,25
3:1
1,53
Colsess IV 
Dayton
84
59 : 25
63,0 : 21,0
3:1
1,01
Faust I 
Dayton
51
32 : 19
38,72 : 12,75
3:1
4,07
Dayton 
Faust I
77
49 : 28
57,75 : 19,25
3:1
5,30
444
-
-
-
-
Всего:
Благодарю
за
внимание