Способ оценки физиологического состояния растений в связи с условиями произрастания и продуктивностью под действием неблагоприятных факторов среды

(51) 01 1/04 (2011.01) 01 7/00 (2011.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН(57) Изобретение относится к области биотехнологии, физиологии и цитологии растений и может быть использовано в сельском хозяйстве, в селекции растений, в растениеводстве, экологии, а также при программировании и прогнозировании урожаев. Достигаемый результат - повышение точности и информативности оценки, снижение трудоемкости. Указанный результат достигается тем, что в способе оценки физиологического состояния растений в связи с условиями произрастания и продуктивностью под действием неблагоприятных факторов среды,включающем выявление нарушений в растительных тканях после стрессовых воздействий, согласно изобретению, для оценки физиологического состояния растений используют признаки тератологических, морфофизиологических и цитологических нарушений структур женского и мужского гаметофитов, приводящих к нарушению завязываемости зерен в колосьях и снижению урожайности видов.(72) Терлецкая Нина Владимировна Хайленко Нина Александровна Мамонов Леонид Кириллович Полимбетова Фатима Абулхаировна Рысбекова Айман Бокеновна(73) Республиканское государственное предприятие на праве хозяйственного ведения Институт биологии и биотехнологии растений Комитета науки Министерства образования и науки Республики Казахстан(54) СПОСОБ ОЦЕНКИ ФИЗИОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ РАСТЕНИЙ В СВЯЗИ С УСЛОВИЯМИ ПРОИЗРАСТАНИЯ И ПРОДУКТИВНОСТЬЮ ПОД ДЕЙСТВИЕМ НЕБЛАГОПРИЯТНЫХ ФАКТОРОВ СРЕДЫ Изобретение относится к области биотехнологии, физиологии и цитологии растений и может быть использовано в сельском хозяйстве, в селекции растений, в растениеводстве, экологии, а также при программировании и прогнозировании урожаев. Известен способ оценки потенциальной продуктивности сельскохозяйственных растений,преимущественно коллекционных сортов яровых зерновых колосовых культур, при возделывании в условиях резко континентального климата,включающий оптимизацию сроков, норм высева и способов сева, установление суммы среднесуточных температур от момента посева до прекращение вегетации, установление норм высева для формирования густоты стояния стебля, вычисление гидротермического коэффициента за период посевуборка и определение расчетом планируемой продуктивности. При этом заблаговременно высевают стандартный(районированный) среднеспелый сорт, например яровой пшеницы Альбидум 28, устанавливает оптимальную норму высева семян, фактическую сумму положительных температур от посева до момента формирования зерна, величину гидротермического коэффициента,а потенциальную урожайность коллекционных сортообразцов определяют по формуле где у - урожайность зерна, т/га а - коэффициент, учитывающий отклонения норм высева по сравнению со стандартом- фактическая сумма положительных температур от посева до налива зерна стандартного образца, С- гидротермический коэффициент условий возделывания стандарта, мм/С - гидротермический коэффициент условий произрастания сортообразцов до интродукции,мм/С- коэффициент, учитывающий почвенноклиматические условия с - коэффициент, учитывающий запасы продуктивной влаги почвы в период всходыформирования зерна (Патент РФ 2294091, кл. Ф 01 7/00, 2007). Недостатком данного способа является сложность реализации и невысокая точность прогнозирования. Известен способ оценки стрессоустойчивости растений, включающий проращивание замоченных семян и разделение проростков на группы растений,после чего определяют антиоксидантную активность растительной ткани в одной группе растений без стрессового воздействия, в остальных после стрессовых воздействий по ингибированию радикалов 1,1- дифенил - 2 - пикрилгидразила растительной тканью,и по разности антиоксидантной активности до и после стрессовых воздействий определяют стрессовую устойчивость(Патент РФ 2412585, кл. А 01 7/00, 2011). Данный способ сложен в осуществлении. Известен способ оценки селекционного материала злаковых культур на устойчивость к неблагоприятным условиям среды, включающий выращивание испытываемого материала в неблагоприятных для их роста и развития условиях,учет величины урожая, при этом изучаемый материал выращивают в естественных условиях, в качестве критерия устойчивости к неблагоприятным условиям кроме величины урожая используют выполненность и силу роста сформировавшихся зерновок, а оценку проводят на основании разницы значений урожайности и семенных качеств сформировавшихся зерновок у изучаемых образцов и стандарта (Патент РФ 2371912, кл. А 01 Н 1/04,2009). Недостатком данного способа является высокая трудоемкость процесса оценки и недостаточная точность и информативность. Задачей изобретения является разработка чувствительного и точного способа оценки физиологического состояния растений в связи с условиями произрастания и продуктивностью под действием неблагоприятных факторов среды на примере видов пшениц из рода. Это тем более важно, поскольку в природе происходят существенные климатические изменения, связанные с антропогенными воздействиями и изменениями климата. Достигаемый результат - повышение точности и информативности оценки, снижение трудоемкости. Указанный результат достигается тем, что в способе оценки физиологического состояния растений в связи с условиями произрастания и продуктивностью под действием неблагоприятных факторов среды,включающем выявление нарушений в растительных тканях после стрессовых воздействий, согласно изобретению, для оценки физиологического состояния растений используют признаки тератологических, морфофизиологических и цитологических нарушений структур женского и мужского гаметофитов, приводящих к нарушению завязываемости зерен в колосьях и снижению урожайности видов. Изобретение поясняется изображениями, где на фиг. 1 представлено изображение стерильных пыльников в морфологически нормально развитых цветках вида . . (сорт Саратовская-29),высокая температура (45 С) на фиг. 2 недоразвитые завязи и пыльники, в морфологически нормально развитых цветках вида . .(сорт Саратовская-29), 0,025 на фиг. 3 недоразвитые завязи и пыльники, соединенные в гроздья, в морфологически нормально развитых цветках вида . . (сорт Саратовская-29),0,1 на фиг. 4 - недоразвитые органы цветка(гроздья) у вида Т., 0,05 . Известно, что наиболее чувствительными к условиям произрастания растения бывают на первых этапах развития, а также - в период формирования морфологических и цитогенетических структур женского и мужского гаметофитов. В период перехода от вегетативного роста к репродуктивному происходит целый ряд превращений в конусе нарастания стебля, который вначале превращается в уплощенный бугорок, на этом бугорке развиваются зачатки цветков,содержащие чашелистики, лепестки, тычинки и плодолистики. В тычинках и плодолистиках происходят процессы мейоза, которые завершаются образованием полового поколения растений. В серии проведенных экспериментов было показано, что различные стрессовые условия, как даже сравнительно невысокий уровень засоления почвы существенно влияют на протекание описанных выше процессов и непосредственно связаны с зерновой продуктивностью. В основе этого явления лежат различные причины, но одной из них является замедление развития в стрессовых условиях мужского и женского гаметофита,недостаточное количество сформированных развитых пыльцевых зерен для нормального процесса оплодотворения и тератологические изменения в развитии цветков. Выявлено,что сильные проявления неблагоприятных факторов среды, так и их слабые воздействия вызывают характерные нарушения в развитии цветков. Были установлены следующие характерные нарушения в развитии цветков при различных стрессах в условиях теплицы 1)стерильные пыльники разной формы и размера в 90 изученных цветков 2) недоразвитые завязи, густо опушенные 3) недоразвитые завязи и недоразвитые пыльники,соединенные в структуры,напоминающие гроздья 4) небольшое количество фертильных пыльников с фертильными пыльцевыми зернами 5) в некоторых цветках, имеющих нормальные колосковые и цветковые чешуи, отсутствуют как завязи, так и пыльники. Пример 1. Растения пшеницы(сорт Саратовская-29) выращивались в условиях оранжереи при температуре в дневное время выше 45 С, повышенной влажности (до 90), а также при высоких уровнях засоления почвы хлористым натрием (до 1,01,5). У всех растений в вариантах опытов с засолением и высоким уровнем других стрессовых воздействий выявлены отмеченные выше тератологические нарушения в развитии цветков (фиг. 1,2, 3). В результате только в единичных цветках в колосьях пшеницы развивались зерна, что свидетельствует о высокой чувствительности растений к жестким стрессовым воздействиям и возможности цитогенетическими методами выявить и оценить уровень нарушений и причины снижения зерновой продуктивности при стрессе. Пример 2. Растения разных видов пшеницы Т.. (сорт Саратовская 29), Т..,. . ., ..,выращивали в озимом посеве на поле и в стадии кущения были пересажены в вегетационные сосуды на опытный участок с тем, чтобы можно было выявить воздействие разных уровней засоления почвы при прочих оптимальных условиях выращивания. В каждом сосуде выращивали от 3 до 5 растений. На стадии выхода в трубку в сосуды при поливе были внесены определенные концентрации(0,05 и 0,1), что имитировало слабое хлоридное засоление почвы. Контрольные сосуды оставались без засоления. Часть колосьев из каждого сосуда в период формирования мужского и женского гаметофитов брали для цитогенетических исследований, а оставшиеся доводили до полного созревания и оценивали по элементам структурного анализа урожая. В контроле тератологических изменений в формировании морфологических и цитологических структур женского и мужского гаметофитов выявлено не было - все цветки были нормально развитыми, а зрелые пыльцевые зерна были фертильными. В опыте со слабым засолением, несмотря на то,что вегетативная сфера растений была развита нормально, практически по всем генотипам выявлено много цветков с очень мелкими пыльниками, часть пыльников имеет отставание по фазам мейоза, есть единичные образования недоразвитых органов гроздья, состоящие из завязей, пыльников и разросшихся тканей (фиг. 4). О влиянии засоления на ростовые параметры и формирование зерновой продуктивности изучаемых форм можно судить по данным структурного анализа урожая, представленным в таблице. Как следует из данных таблицы, увеличение концентрации соли в почве у всех изучаемых форм существенно снижает рост растений, негативно сказывается на развитии корневой системы, снижает продуктивную кустистость, вызывает уменьшение длины колоса. Несмотря на то, что при 0,05 у Т.и Т.отмечена некоторая стимуляция роста колоса, повышение концентрации соли вновь привело к уменьшению величины этого показателя. Что касается параметров продуктивности, то снижение показателей число колосков в колосе, число зерен в колосе, а также масса зерна с растения отмечено у всех форм в условиях засоления. Наибольшее снижение величины показателя число колосков в колосе выявлено у Т. сотрас (от 14,1 до 12,8) и у .(от 18,6 до 14,0). Число зерен с колоса существенно снижалось у Т. сотрас (от 28,6 до 24,6). Масса зерна с растения - у Т.сотрас (от 2,5 до 1,6) и у Т.(от 2,0 до 1,0). Таким образом, было установлено, что по наличию тератологических изменений цветков,выявленному в цитогенетических исследованиях возможно оценить физиологическое состояние растений в связи с условиями произрастания и продуктивностью. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ оценки физиологического состояния растений в связи с условиями произрастания и продуктивностью под действием неблагоприятных факторов среды,включающий выявление нарушений в растительных тканях после стрессовых воздействий, отличающийся тем, что для оценки физиологического состояния растений используют признаки тератологических,морфофизиологических и цитологических нарушений структур женского и мужского гаметофитов,приводящих к нарушению завязываемости зерен в колосьях и снижению урожайности видов.