Спосіб визначення жаростійкості озимої пшениці

Винахід належить до сільського господарства, а саме селекції озимої пшениці на стійкість до високих позитивних температур. У зв'язку з глобальним потеплінням, що відбувається на планеті, озима пшениця практично кожен рік підпадає під негативний вплив високих позитивних температур повітря. Погіршення кліматичних умов вегетації озимої пшениці передбачає створення сучасних жаростійких сортів, а це, у свою чергу, потребує постійного контролю за рівнем терморезистентності вихідного матеріалу у процесі створення сорту. Особливо критичними по відношенню до температурного стресу періодами являються завертаючи етапи онтогенезу - формування та налив зернівки. В сучасній селекції використовується практично тільки один показник стійкості до жари - рівень зниження урожаю зерна в жорсткий за кліматичними умовами рік по відношенню до урожаю в оптимальний за кліматичними умовами рік. Це в першу чергу пов'язано з тим, що за загальноприйнятим положенням жаростійкість рослин необхідно вивчати за термостійкістю репродуктивних органів. Але, як відомо, урожай зерна - це інтегральний показник, рівень якого залежить від численних факторів: умов перезимівлі, мінерального живлення, фітопатологічного навантаження, грунтової посухи та ін. Тому відокремити з усіх цих факторів вплив тільки високої температури неможливо. Для впровадження в селекційну практику було запропоновано багато біофізичних та біохімічних способів, з яких найбільш перспективними вважалась оцінка жаростійкості за електроопором та товщиною листка [1], діагностика жаростійкості за фотохімічною активністю ізольованих хлоропластів [2], вивчення термостабільності водорозчинних білків [3]. На жаль, ці способи не були широко впровадженні в селекційну практику. Рекомендовані способи не дозволяють враховувати вплив на адаптивність певного рівня енергетичного пулу при проростанні або дозріванні зернівки. Рослини озимої пшениці підпадають під дію температурного шоку як раз у процесі дозрівання, а при проростанні вони реалізують той енергетичний пул, який склався саме у процесі дозрівання. Тому непрямі лабораторні способи оцінки повинні в першу чергу мати спрямованість на вивчення тих ферментативних систем, які визначають певну спрямованість енергетичного обміну. Для оцінки рівня жаростійкості селекційного матеріалу найбільш придатним вважається вегетаційний дослід [4], в якому зернівки замочують, пророщують та яровизують протягом 30-60 діб, в залежності від сорту. Потім одну частину рослин вирощують в оптимальних умовах (контроль), а другу частину - піддають прогріву (дослід). Жаростійкість визначають за зниженням урожаю зерна дослідних рослин по відношенню до контрольних. Рівень зниження продуктивності обернено пропорційний ступеню жаростійкості. Даний винахід обраний як прототип. Недоліками цього способу є: - термін визначення жаростійкості тривалий за часом (до 115 діб); - необхідна велика кількість кліматизованої площі, практично 0,4м2 для одного зразка, а оцінювати необхідно сотні і навіть тисячі зразків; - високі затрати матеріальних та енергетичних ресурсів (тільки на електроенергію понад 200грн. на один зразок); - пропускна здатність методу дуже низька. З метою усунення вказаних недоліків пропонується спосіб, оснований на зміні лектинової активності зародків зернівок озимої пшениці після прогріву. В основу винаходу поставлено задачу в способі визначення жаростійкості озимої пшениці шляхом використання біохімічного показника - забезпечити підвищення точності оцінки селекційного матеріалу на жаростійкість, скорочення терміну проведення оцінки, зниження вартості проведення оціночної роботи. Поставлена задача вирішується у способі визначення жаростійкості озимої пшениці при якому зернівки з вологістю 8-10% прогрівають перед замочуванням при температурі 90-100°С протягом 30-60 хвилин, а жаростійкість зразку визначають за лектиновою активністю, рівень зростання якої обернено пропорційний ступеню жаростійкості. Відмінними від прототипу ознаками у винаході, що заявляється, є: - прогрів здійснюють перед замочуванням зернівок, вологість яких складає 8-10%, при температурі 90-100°С протягом 30-60 хвилин; - жаростійкість визначають за лектиновою активністю. Ефективність. Оцінка рівня жаростійкості, отримана за цим способом, співпадає з рівнем жаростійкості у природних умовах. Спосіб характеризується великою пропускною здатністю, швидкістю підготовки матеріалу, а відсутність необхідності у використанні штучного клімату значно знижує не тільки трудові, але і матеріальні витрати. Причинно-насліковий зв'язок між сукупністю заявлених ознак та досягнутим результатом (підвищення швидкості проходження оцінки) можна пояснити так. Вихідною теоретичною передумовою для використання показника лектинової активності зародків в якості критерію жаростійкості послужила встановлена в наших попередніх дослідженнях зворотна залежність між лектиновою та амілолітичною активністю. Повільний характер звільнення лектинів, який характерний жаростійким сортам, супроводжується значно вищою амілолітичною активністю і, за рахунок цього, більш високим енергетичним балансом та вищою життєздатністю проростків на початкових етапах проростання. На різних органах і тканинах, а також в різні фази розвитку озимої пшениці при загартуванні була виявлена позитивна кореляція між підвищенням лектинової активності клітинних стінок і формуванням морозостійкості рослин. При цьому виявлено перетворення вуглеводної специфічності та ступеня спорідненості лектинів до простих цукрів і складних полісахаридів, що свідчить про їх якісні зміни. У процесі холодової адаптації було показано значне збільшення лектинової активності клітинних стінок. Тобто участь лектинів у процесах адаптування рослин озимої пшениці до низькотемпературного стресу вже не викликає сумнівів. Однак, незважаючи на встановлену пряму сполученість між рівнем стійкості до низькотемпературного і високотемпературного стресів, в літературі відсутні дослідні дані стосовно використання лектинової активності для визначення жаростійкості озимої пшениці. Автори способу вперше рекомендують цей показник для оцінки жаростійкості. Спосіб здійснюється таким чином. Зернівки, з вологістю 8-10% калібрують та розділяють по 10шт. на контрольний та дослідний варіанти. Зернівки дослідного варіанту поміщають в паперові коробочки та ставлять у сушильну шафу, на температуру 90100°С на 30 хвилин - 1 годину. Після прогріву зернівки дослідного та контрольного варіантів розміщують у скляний посуд та заливають дистильованою водою на 8 годин при кімнатній температурі. Потім зернівки розкладають у чашки Петрі на 2 шару зволоженого фільтрувального паперу на 8 годин. Після бубнявіння у зернівок контрольного та дослідного варіанту пінцетом виділяють зародки, розтирають їх у ступці, екстрагують та в екстракті визначають активність лектинів за їх здатністю аглютинувати трипсинізовані еритроцити білих пацюків при кімнатній температурі за стандартною методикою [5]. Потім порівнюють лектинову активність в зародках зернівок контрольного та дослідного варіантів. У жаростійких генотипів високі температури практично не впливають на лектинову активність зернівок, що проростають, а у чутливих спостерігається її підвищення, обернено пропорційне рівню стійкості до температурного стресу. Приклад 1. Здійснювали оцінку сортів озимої пшениці на жаростійкість. Для дослідження брали 2 сорти озимої пшениці з високою та слабкою жаростійкістю. Зернівки з вологістю 8-10% калібрували і розділяли на дві частини: контрольну та дослідну. Зернівки дослідного варіанту прогрівали у паперових коробочках в сушильній шафі протягом 1 години при температурі 90°С. Після прогріву зернівки дослідного та контрольного варіантів заливали дистильованою водою на 8 годин при кімнатній температурі у скляному посуді. Потім зернівки розкладали у чашки Петрі і після восьмигодинного пророщування визначали активність лектинів в зародках. В зародках зернівок контрольного варіанту рівень лектинової активності складав: для жаростійкого сорту - 0,322, а для чутливого - 0,245. В зародках зернівок, що були піддані прогріву лектинова активність характеризувалась наступними значеннями: 0,326 для жаростійкого сорту, що згідно заявленому способу свідчило про стійкість до високих температур, та 0,691 для чутливого, що згідно заявленому способу свідчило про чутливість зразку до високих температур. Приклад 2. Здійснювали оцінку сортів озимої пшениці на жаростійкість. Для дослідження брали 2 сорти з високою та слабкою жаростійкістю. Сорти умовно нумерували, тобто автори завчасно не були інформовані про назву сортів. Зернівки дослідного варіанту прогрівали у паперових коробочках в сушильній шафі протягом 30 хвилин при температурі 100°С. Після дослідження за рівнем зростання лектинової активності у порівнянні з контролем сорти розподілились наступним чином: у сорту під номером 1 лектинова активність залишилась на рівні контролю, а у сорту під номером 2 активність лектину зросла більш ніж у 2,5 рази. Таким чином, згідно заявленого способу сорту розподілились таким чином: 1 - жаростійкий, 2 - слабожаростійкий. Після отримання вказаних результатів були розшифровані сорти. Під номером один значився високожаростійкий сорт Лузанівка одеська, під номером 2 - слабожаростійкий сорт Юна. Приклад 3. Здійснювали оцінку сортів озимої пшениці на жаростійкість. Зернівки дослідного варіанту прогрівали протягом 15 хвилин при температурі 105°С. Після прогріву з'ясувалось, що вплив на зернівки температур вище 100°С призвів до повної загибелі зародків. Таким чином, спосіб визначення жаростійкості рослин озимої пшениці за лектиновою активністю найбільш доцільно здійснювати після прогріву дослідних зернівок протягом 30 хвилин при температурі 100°С. Заявлений спосіб дозволяє усунути практично усі недоліки, які відмічені для способу-прототипу. Список літератури: 1. Кушниренко М.Д., Курчатова Г.П., Штефырцэ А.А., Печерская С.Н., Клевцова Е.В., Баштовая С.И. Экспресс-методы диагностики жаро-, засухоустойчивости и сроков полива растений. - Кишинёв: Штиинца, 1986. 37с. 2. Мусиенко Н.Н., Оканенко А.А., Таран Н.Ю. Способ ранней диагностики жароустойчивости озимой пшеницы по фотохимической активности изолированных хлоропластов // С-х. биология. - М.: Агропромиздат, 1986. - №7. С. 90-98. 3. Григорюк И.А., Ткачев В.И., Савинский С.В., Мусиенко Н.Н., Петренко Н.И., Шведова О.Е. Методы исследований и способы оценки устойчивости растений к засухе и высокой температуре. - Київ: Знання, 1999. 89с. 4. Волкова A.M. Влияние разных режимов температурного воздействия на урожай зерна различных по жароустойчивости сортов хлебных злаков. - Тр. по прик. бот., ген. и сел., 1976. - Т. 57, вып. 2. - С. 91-95. 5. Луцик М.Д., Панасюк Е.Ш., Луцик АД. Лектины. - Львов: Вища школа, 1981. - 155с.