Спосіб визначення посухостійкості рослин

1. Спосіб визначення посухостійкості рослин, що включає імітацію заданого рівня посухи шляхом зневоднювання протоплазми клітин в процесі витримки рослини в розчині неелектроліту з відповідним підвищеним осмотичним тиском, вимір певного параметра розчину з виділеним рослиною електролітом і наступною оцінкою посухостійкості з урахуванням вимірюваного значення параметра, який відрізняється тим, що визначення індекса посухостійкості здійснюють за допомогою комбінованого критерію, який синтезують на основі часткових критеріїв, що враховують фізіологічні реакції не менше двох мішеней інгібіторної дії посухи на рівнях від молекулярного до організменого, а індекс посухостійкості визначають при безпосередньому використанні емпіричних сильнокорельованих залежностей стану мішеней від зміни осмотичного тиску в розчині з електролітом. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що як мішень інгібіторної дії посухи досліджують видільну і ферментативну активність кореневої системи рослини, а індекс посухостійкості рослини визначають за допомогою комбінованого критерію, що синтезують у відповідності з наступною формулою: К рН К АФ IП.С. К к , 2 де: К к - комбінований критерій оцінки посухостійкості рослин; а bPH К рН рН - частковий критерій оцінки а bP3 посухостійкості на основі модуля зсуву активності pH у прикореневій зоні за час водневих іонів Корисна модель відноситься до рослинництва і може бути використана в селекційній і інтродукційній практиці при проведенні лабораторних експериментів, пов'язаних з діагностикою стійкості рослин, переважно зернових культур, по ознаці посухостійкості. Відомими є способи оцінки посухостійкості зернових культур, які засновані на властивості листків виділяти або утримувати різну кількість електролітів [1, 2]. Ці способи передбачають непряму оцінку посухостійкості рослин по вмісту електроліту в розчині, визначаємого з використанням величини електропровідності розчину з електролітом. В зв'язку з більш ранньою публікацією найбільше поширення отримав спосіб [2], який обрали в якості аналога. Відповідно до цього способу середні частини листків, відділених від досліджуваної польової рослини, розміщують у термошафі на спеціальних сітках і витримують при температурі 25 С і відносній вологості повітря 55%. Для визна (13) за час витримки рослини в розчині з заданим рівнем осмотичного тиску; Р Н - нормальний осмотичний тиск, атм.; U витримки рослини в розчині з заданим осмотичним тиском; c dPH К АФ АФ - частковий критерій оцінки c dP3 посухостійкості на основі модуля зсуву ферментативної активності клітин кореневої системи A Ф (11) UA (19) a, b - параметри рівняння, що визначають співвідношення між концентрацією водневих іонів і осмотичним тиском у розчині з електролітом; c, d - параметри рівняння, що визначають співвідношення між ферментативною активністю й осмотичним тиском у розчині з електролітом. 19103 Р 3 - заданий підвищений осмотичний тиск, атм.; 3 19103 4 чення факту зав'ядання в цих умовах листя звату і стійкості рослини. До числа найважливіших жують через кожні 0,5-1 годину до втрати 40-50% механізмів захисту, що є одночасно мішенями інгіводи від сирої ваги. Після зав'ядання наважки лисбіторної дії посухи на клітинному й організменому тків розміщують на 2 години в склянках з 30-60мл рівнях, відносяться зміни активності Н+-помпи в дистильованої води при кімнатній температурі. плазмалемі і тонопласті, а також активності ферНаважки контрольних листків без зав'ядання розментів, що грають найважливішу роль у метаболіміщують на 2 години в дистильованій воді. Після змі та морфогенезі рослин. Чим стійкіше рослина витримування протягом 2-х годин у дистильованій до вітливу несприятливих факторів, тим менше воді листя виймають з води і визначають електроресурсів вона витрачає на захист, тим меншими провідність розчину. У більш засухостійких зразків зсувами активності Н+-помпи і ферментів супроворослин вихід електролітів збільшується в порівджуються його фізіологічні реакції на вплив посунянні з контролем у менше число раз. хи. Також відомий спосіб визначення посухостійУ запропонованій корисній моделі в якості мокості рослин, обраний в якості прототипу. Цей спожливих мішеней інгібіторної дії посухи використосіб включає імітацію заданого рівня посухи шлявують Н+-помпи в плазмолемі і ферменти, а в якохом зневоднювання протоплазми клітини в процесі сті властивостей мішеней видільну і витримки листків рослини в розчині неелектроліту ферментативну активність кореневої системиросз відповідним підвищеним осмотичним тиском, лини. При цьому індекс посухостійкості рослини вимір електропровідності розчина і непряму оцінку ІП.С. визначають за допомогою комбінованого крикількості електроліту, який перемістився з листків у терію, що синтезують у відповідності з наступною розчин [3]. Потім розчин прогрівають до загибелі формулою: тканин листків, після чого вимірюють його електКрН К АФ IП.С. Кк , ропровідність, а відсоток переходу електроліту з 2 листя у розчин визначають по відношенню велиде: Кк - комбінований критерій оцінки посухосчин електропровідності розчину після і до прогріву. тійкості; Реалізація цього способу, як і аналога, допуса bPH кає несанкціоноване виникнення артефактів у КрН рН процесі проведення експерименту в зв'язку з низьа bPЗ - частковий критерій ким ступенем формалізації процесу непрямої оціноцінки посухостійкості на основі модуля зсуву акки посухостійкості, пов'язаної з необхідністю розчpH леновування досліджуваної рослини, прогріву тивності водневих іонів у прикореневій зоні розчину до загибелі тканин і т.д. Це приводить до за час витримки рослини в розчині з заданим осістотного зниження вірогідності результатів визнамотичним тиском; чення посухостійкості. c dPH К АФ АФ В основу корисної моделі поставлена наступна c dPЗ - частковий критерій задача: у відомому способі визначення посухостійкості рослин передбачити додаткову послідовність операцій, що забезпечує істотне скорочення можливості виникнення артефактів з підвищенням вірогідності кінцевих результатів за рахунок застосування критерію прямої оцінки посухостійкості з одночасовим підвищенням ступеню формалізації операцій способу. Поставлена задача вирішується таким чином. У способі визначення посухостійкості рослин, що включає імітацію заданого рівня посухи шляхом зневоднювання протоплазми клітин у процесі витримки рослини в розчині неелектроліту з відповідним підвищеним осмотичним тиском, визначення посухостійкості здійснюють за допомогою комбінованого критерію прямої оцінки. Для синтезу даного критерію використовують приватні критерії, що враховують фізіологічні реакції не менш двох мішеней інгібіторної дії посухи на рівнях від молекулярного до організменого. При цьому індекс посухостійкості визначають при безпосередньому використанні емпіричних сильнокорельованих залежностей стану мішеней від зміни осмотичного тиску в розчині з електролітом. Відомо, що дія посухи в першу чергу приводить до зменшення в клітинах вільної води. При цьому змінюються гідратні оболонки білків цитоплазми, швидко гальмуються клітинний поділ і розтягнення, поступово підсилюються зміни більшості фізіологічних процесів у рослин. У цих умовах активізується вся сукупність механізмів захис оцінки посухостійкості на основі модуля зсуву ферментативної активності клітин кореневої системи AФ за час витримки рослини в розчині з заданим рівнем осмотичного тиску; Р Н - нормальний осмотичний тиск, атм.; Р 3 - заданий підвищений осмотичний тиск, атм.; a, b - параметри рівняння, що визначають співвідношення між концентрацією водневих іонів і осмотичним тиском у розчині з електролітом; с, d - параметри рівняння, що визначають співвідношення між ферментативною активністю й осмотичним тиском у розчині з електролітом. Можливість реалізації й ефективність використання корисної моделі підтверджуються високим ступенем формалізації послідовності операцій способу, а також можливістю прямої оцінки посухостійкості на клітинному й організменому рівнях за допомогою відповідного комбінованого критерію. При цьому істотно знижується імовірність появи артефактів у процесі експерименту і забезпечується підвищення вірогідності кінцевих результатів, а також виключається необхідність застосування складної спеціальної техніки і дорогих матеріалів. Заявлений спосіб припускає проведення рівнобіжних лабораторних факторних експериментів і реалізується таким чином. При плануванні факто 5 19103 6 рних експериментів здійснюється вибір мішеней склала 2-і доби. До і після розміщення і витримки інгібіторної дії посухи на клітинному й організмепроростків у розчинах з осмотичним тиском проному рівнях, варіаційного ряду рівнів осмотичного водилися виміри відповідних показників експерименту, що забезпечують визначення величини тиску і необхідного рівня значимості результатів модуля зсуву основних властивостей мішеней інгіекспериментів. Потім емпірично одержують дані біторної дії посухи. Основні проміжні і кінцеві редлясинтезу комбінованого критерію оцінки посузультати синтезу комбінованого критерію оцінки хостійкості рослин, тобто визначають часткові крипосухостійкості рослин і власне оцінки індексу потерії, що відповідають обраним мішеням інгібіторсухостійкості наведені в таблицях 1-3. ної дії посухи. З цією метою для кожної обраної З таблиць видно, що індекс посухостійкості, мішені емпірично визначають залежність модуля визначаємий модулями зсуву видільної активності зсуву її основної властивості від величини осмотикореневої системи й активності супероксиддисмучного тиску після витримки проростків визначеного тази (СОД) кореневої системи, вище індексів посувіку протягом заданого часу в розчинах з різною хостійкості, визначаємих модулями зсуву видільної концентрацією сахарози. При сильній кореляції активності кореневої системи й активності каталаміж аргументом і функцією отриманих залежносзи або пероксидази кореневої системи. Це пов'ятей (коефіцієнт кореляції r=0,7 1,0) визначають зано з тим, що видільна активність і активність параметри шуканих рівнянь, що характеризують СОД грають більш вагому роль у метаболізмі росспіввідношення між основними властивостями лин, ніж каталаза і пероксидаза, тому вони більш мішеней і осмотичним тиском у розчині з виділенадійно захищені механізмами забезпечення стійним досліджуваними проростками електролітом. кості. У даному прикладі при остаточному виборі Отримані рівняння використовуються в якості часферментів в якості мішені інгібіторної дії посухи ткових критеріїв. Потім синтезують комбінований доцільно віддати перевагу СОД. критерій по наведеній вище формулі з викорисТаким чином, результати апробації запропотанням отриманих виразів для часткових критеріїв нованої корисної моделі дозволяють зробити наі здійснюють пряму оцінку посухостійкості досліступні висновки. Використання запропонованої джуваної рослини. При незадовільній кореляції між моделі в практиці лабораторних експериментів, аргументом і функцією отриманих залежностей пов'язаних з діагностикою рівня стійкості переважздійснюють вибір нових мішеней інгібіторної дії но зернових культур до посухи, забезпечує за рапосухи. хунок підвищення рівня формалізації послідовносДля реалізації способу необхідні рН-метр, ті операцій способу суттєве зниження кількості прилад для визначення активності ферментів у артефактів при проведенні експериментів і підвизалежності від методики оцінки, комп'ютер, а тащення ступеню достовірності оцінок стійкості і, як кож визначений набір реактивів і насінь рослин. слідство, підвищення ефективності проведення в Приклад. Запропонований спосіб апробований перспективі високовартісній селекційній і інтродуку процесі оцінки посухостійкості проростків кукуруційній практиці в польових умовах. дзи гібрид Кадр 267 MB, пшениці сорту Лада і гоДжерела інформації роху. Вибіркова сукупність насінь досліджуваних 1. Современные методы исследования и оцезернових культур пророщувалася в нормальних нки засухо- и жароустойчивости растений: Метод, умовах протягом 8-ми діб на дистильованій воді. пособие / И.А. Григорюк, В.И. Ткачев, С.В. СавинсПотім отримана сукупність проростків по кожній кая, Н.Н. Мусиенко. - К.: Наук. світ, 2003. - С. 109культурі розподілялася по групах, кількість яких 112. відповідала наступному варіаційному рядові рівнів 2. Олейникова Т.В., Котушко Н.Н. Лабораторосмотичного тиску: 1, 5, 10, 15атм. Число проростные методы оценки засухоустойчивости некотоків у кожній групі - 20. Число повторностей дослідів рых зернових культур // Труды по прикладной бо- 4. Дані групи проростків були розміщені в посутанике, генетике и селекции. - 1970. - Т. 45. - С. динах з розчинами сахарози, концентрації якої 100-109. відповідали наведеному вище варіаційному рядові 3. Авторское свидетельство СССР № 719559, рівнів осмотичного тиску. Витримка проростків у МПК А 01 G 7/00, 1980. розчинах із заданими рівнями осмотичного тиску Таблиця 1 Синтез комбінованого критерій оцінки посухостійкості кукурудзи та результати оцінки Культура Варіанти мішеней Рівняння залежностей властивостей мішеней від осмотичного тиску рн Кукурудза рН =1,180+0,075Р; r=0,995; =0,005 Ак Aк =0,016+0,050Р; r=0,990; =0,010 1. КрН КAФ 1 1,255 1,180 0,075Р 1 0,066 0,016 0,050Р IП.С.=Кк P 5 10 0,527 15 0,389 0,315 7 19103 8 Продовження таблиці 1 Рівняння залежностей властивостей мішеней від осмотичного тиску КрН рН | рH|=1,180+0,075Р; r=0,995; =0,005 1,255 1,180 0,075Р Ап AП =0,329+0,137Р; r=0,997; =0,003 рН | рH|=1,180+0,075Р; r=0,995; =0,005 Асод Культура AСОД =5,249+0,796Р; r=0,965; =0,035 Варіанти мішеней 2. 3. IП.С.=Кк P 5 10 КAФ 1 15 1 0,633 0,462 0,369 1 0,731 0,554 0,448 0,466 0,329 0,137Р 1,255 1,180 0,075Р 6,045 5,249 0,796Р рН , Aк , AП , AСОД - модулі зсуву активності водневих іонів, каталази, пероксидази і супероксиддисмутази відповідно за час перебування проростків в розчинах з підвищеним осмотичним тиском Примітка Таблиця 2 Синтез комбінованого критерія оцінки посухостійкості пшениці та результати оцінки Культура Варіанти мішеней Рівняння залежностей властивостей мішеней від осмотичного тиску рн рН =0,793+0,099Р; r=0,980; =0,020 Ак рН =0,793+0,099Р; r=0,980; =0,020 Ап рН рН =0,793+0,099Р; r=0,980; =0,020 Асод Пшениця AСОД =6,636+0,587Р; r=0,992; =0,008 2 3 IП.С.=Кк P 10 1 AП|=0,228+0,307Р; r=0,997; =0,022 1 КAФ 5 1 0,410 0,280 0,215 1 0,497 0,331 0,251 1 0,892 0,793 0,099Р Aк =-0,075+0,181 Р; r=0,990; =0,014 рН КрН 15 0,723 0,538 0,429 0,106 0,075 0,181Р 0,892 0,793 0,099Р 0,535 0,228 0,307Р 0,892 0,793 0,099Р 7,223 6,636 0,587Р Таблиця 3 Синтез комбінованого критерій оцінки посухостійкості гороху та результати оцінки Культура Варіанти мі- Рівняння залежностей властивостей шеней мішеней від осмотичного тиску рн рН =0,785+0,087Р; r=0,989; =0,010 Ак рН =0,785+0,087Р; r=0,989; =0,010 Ап рН рН =0,785+0,087Р; r=0,989; =0,010 Асод Горох AСОД =0,897+0,132Р; г=0,980; а=0,020 2 3 Комп’ютерна верстка А. Крижанівський IП.С.=Кк P 10 1 AП =2,318+1,029Р; r=0,996; =0,04 1 КAФ 5 1 0,498 0,338 0,258 1 0,581 0,396 0,302 1 0,872 0,785 0,087Р Aк =0,135+0,239P; r=0,996; =0,004 рН КрН 15 0,688 0,496 0,387 0,374 0,135 0,239Р 0,872 0,785 0,087Р 3,347 2,318 1029Р , 0,872 0,785 0,087Р 1029 , 0,897 0,132Р Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601