Спосіб оцінки потенційної продуктивності рослин

Реферат: UA 112622 C2 (12) UA 112622 C2 Винахід належить до галузі сільського господарства, а саме рослинництва, і може бути використаний у селекційній роботі для експрес-діагностики потенційної продуктивності нових сортів та гібридів рослин на ранніх етапах їх вивчення. Винахід стосується способу оцінки потенційної продуктивності рослин. Згідно зі способом, відбирають листки рослин, проводять їх темнову адаптацію, опромінення світлом інтенсивністю 2 300-500 Вт/м в діапазоні хвиль 400-500 нм, прийом, виділення, вимірювання та реєстрацію сигналів флуоресценції хлорофілу листків у діапазоні хвиль 670-770 нм. Після досягнення стаціонарного значення флуоресценції листок рослини нагрівають до температури 70 °C з постійною швидкістю підвищення температури 8-10 °С/хв. та з поточних значень флуоресценції визначають максимальне значення фотоіндукції флуоресценції Fmax та максимальні значення флуоресценції  - та  -хвиль термоіндукції ( F та F ). Паралельно в спиртових екстрактах визначають концентрацію хлорофілів хл у перерахунку на сиру масу листка в мг/г. Потенційну продуктивність Kпп  визначають за формулою: K пп  Fmax  F F   хл , при цьому при Kпп  100 - потенційна продуктивність рослини висока, при 70  Kпп  90 - середня, при Kпп  70 - низька. Запропонований спосіб дозволяє здійснювати визначення потенційної продуктивності рослин протягом вегетації на ранніх етапах їх вирощування. Встановлення потенційної продуктивності рослин як їх генотипової ознаки дозволяє скоротити термін випробування, об'єктивно проводити скринінг на потенційну продуктивність, підвищити ефективність праці селекціонера. UA 112622 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід стосується галузі сільського господарства, а саме рослинництва, і може бути використаний у селекційній роботі для експрес-діагностики потенційної продуктивності нових сортів та гібридів рослин на ранніх етапах їх вивчення. Відомий ряд способів оцінки потенційної продуктивності сільськогосподарських рослин, які ґрунтуються на розрахунках гідротермічних коефіцієнтів для різних періодів і фаз розвитку злакових культур (RU 2267909, RU 2294091), бобових культур (RU 2360404) та ін., в яких застосовуються не інструментальні методи визначення, тому спільних рис з заявлюваним способом в них немає. Відомий спосіб оцінки потенційної продуктивності сільськогосподарських рослин (SU 1505472, А1, МПК A01G 7/00, А01Н1/04. Способ оценки потенциальной продуктивности сельскохозяйственных растений; опубл. 07.09.1989, Бюл. № 33), за яким для отримання корисного сигналу, згідно з яким оцінюють продуктивність, відібрані листки рослини опромінюють світлом. Недоліком цього способу є те, що він передбачає вимірювання параметрів електронного парамагнітного резонансу листка рослини у рідкому азоті, що ускладнює процес визначення. Відомий спосіб визначення потенційної продуктивності персика (SU 1375184, А1, МПК A01G 7/00. Способ определения потенциальной продуктивности персика; опубл. 23.02.1988), за яким листок рослини опромінюють синім світлом, вимірюють червону флуоресценцію хлорофілу в області максимуму флуоресценції, визначають їх співвідношення і по величині різниці співвідношень до опромінення судять про потенційну продуктивність. Недоліком цього способу є те, що вимірювання флуоресценції хлорофілу листка здійснюється у рідкому азоті і пов'язано з певними труднощами. Найближчим по суті до заявлюваного є спосіб визначення потенційної продуктивності (Оцінка продуктивності сортів вишні на основі показників функціональної активності листкового апарату / Скряга В.А., Бублик М.О., Мойсейченко Н.В., Китаєв О.І. // Садівництво. - К., 2006. вип. № 58. - С. 167-174), за яким листок рослини опромінюють синім світлом, вимірюють зміни червоної флуоресценції хлорофілу в області максимуму індукції флуоресценції, по досягненні стаціонарного рівня останньої листок нагрівають, вимірюють інтенсивності в максимумах термоіндукції флуоресценції і за відношенням параметрів фото- та термоіндукції флуоресценції хлорофілу судять про потенційну продуктивність рослини. Недоліком цього способу є те, що в ньому не врахований пігментний фактор, на який впливає як генетична особливість рослини, так і умови мінерального живлення, погодні умови тощо, що, в свою чергу, впливає на точність визначення потенційної продуктивності рослини. В основу винаходу поставлено задачу удосконалити спосіб оцінки потенційної продуктивності рослин шляхом введення нової діагностичної ознаки, а саме показника концентрації хлорофілу в листках, забезпечити надійне і експресне визначення потенційної продуктивності сортів та гібридів рослин на ранніх етапах їх вивчення, підвищити ефективність праці селекціонера. Поставлена задача вирішується тим, що для визначення потенційної продуктивності рослин використовують показники фото- і термоіндукції флуоресценції хлорофілу, а також вмісту останнього в листках рослини. Для здійснення способу проводять темнову адаптацію листка рослини, його опромінення 2 світлом інтенсивністю 300-500 Вт/м в діапазоні хвиль 400-500 нм, прийом, виділення, вимірювання та реєстрацію сигналів флуоресценції в діапазоні хвиль 670-770 нм. Після досягнення стаціонарного значення флуоресценції листок рослини нагрівають з постійною швидкістю підвищення температури 8-10 °C/хв до температури 70 °C та з поточних значень флуоресценції визначають максимальне значення фотоіндукції флуоресценції Fmax  та максимальне значення флуоресценції  - та  -хвилі термоіндукції ( F та F ). Паралельно в спиртових екстрактах визначають концентрацію хлорофілів  хл. у перерахунку на сиру масу листка в мг/г. Потенційну продуктивність рослин оцінюють за коефіцієнтом Kпп  , який обчислюють за відношенням параметрів фото- та термоіндукції флуоресценції хлорофілу та концентрації останнього в листках рослини за формулою: K пп  Fmax  F F   хл . 1 UA 112622 C2 5 10 15 20 25 30 35 Фотоіндукція і термоіндукція флуоресценції хлорофілу є функціональними тестами на ефективність функціонування фотосистеми II і хлоропластів в цілому. Так, інтенсивність флуоресценції в максимумі індукції пропорційна кількості пігментів, які беруть участь у фотосинтезі, а порівняння її з сумою хлорофілів дозволяє виокремити вплив пігментного фактора, що зумовлено як генетичною особливістю, так і реакцією на зміни сонячної радіації, що надходить до рослини, мінеральним живленням тощо. Інтенсивність  -хвилі термоіндукції флуоресценції хлорофілу зумовлена пігментами, що мають високу термостабільність, її порівнюємо з  -хвилею термоіндукції флуоресценції хлорофілу, інтенсивність якої зумовлена процесами, що викликані фосфорилюванням супрамолекулярних комплексів в оточенні реакційних центрів фотосистеми II. Введення у відомий спосіб нових діагностичних ознак, зокрема показника концентрації хлорофілів у листках та способу їх визначення дозволяє експресно оцінити потенційну продуктивність як генотипову специфічну ознаку рослини на різних стадіях їх розвитку. Запропонований спосіб включає темнову адаптацію листка рослини протягом 10-30 хв, але обов'язково однакову для всіх вимірів. Збудження флуоресценції хлорофілу листка здійснюють світлом інтенсивністю 3002 500 Вт/м в діапазоні хвиль 400-500 нм, в якому містяться максимуми поглинання світла хлорофілом. Флуоресценцію хлорофілу спостерігають в діапазоні хвиль 670-770 нм, яку виділяють з допомогою монохроматора, скляних або інтерференційних світлофільтрів. При постійному освітлені флуоресценція хлорофілу проходить зростаючу фазу від мінімальної F0 до максимальної Fmax та спадаючу фазу від Fmax до стаціонарного значення Fst . Значення Fmax фіксують. Після досягнення стаціонарного значення флуоресценції освітлену зону листка нагрівають до температури 70 °C з постійною швидкістю підвищення температури 8-10 °C/хв При цьому флуоресценція проходить ряд хвиль підвищення амплітуди  ,  ,  , з яких вибирають  - та  -хвилі в діапазоні температур 35-60 °C і вимірюють максимальні значення флуоресценції. F F Потенційну продуктивність Kпп  визначають за формулою: K пп  max  , при цьому при F   хл - потенційна продуктивність висока, при 70  Kпп  90 - середня, при Kпп  70 Kпп  100 низька. Запропонований спосіб оцінки потенційної продуктивності рослин можна реалізувати у лабораторних умовах з використанням лабораторних флуориметра та фотометра. Приклад. Дослідження проводили в Інституті садівництва НААН України у 2003-2005 pp. у науково-дослідних насадженнях. Для реалізації способу при тестуванні рослин в насадженнях Інституту садівництва НААН був застосований лабораторний мікроспектрофлуорометр та фотометр КФК-3. Взаємозв'язок коефіцієнта потенційної продуктивності з показниками питомої продуктивності показаний на прикладі сортів вишні, щеплених на підщепі Антипка, в таблиці. Таблиця Взаємозв'язок коефіцієнта потенційної продуктивності з показниками питомої продуктивності сортів вишні Сорт Альфа Радість Чудо-вишня Коефіцієнт потенційної продуктивності Kпп  160 90 65 Питома продуктивність у перерахунку на площу проекції 3 на об'єм крони, кг/м крони, 2 кг/м 1,25 3,2 0,9 2,2 0,5 1,4 40 З таблиці видно, що коефіцієнт потенційної продуктивності має сильну кореляцію з показником питомої продуктивності в перерахунку як на об'єм крони (R = 0,95), так і на площу проекції крони (R = 0,97). 2 UA 112622 C2 Запропонований спосіб дозволяє надійно та експресно оцінювати сорти та гібриди на ранніх етапах вивчення рослин, що дозволить скоротити термін їх випробування, більш об'єктивно проводити оцінку на потенційну продуктивність як генотипову специфічну ознаку рослини протягом вегетації, підвищити ефективність праці селекціонера. 5 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 10 15 Спосіб оцінки потенційної продуктивності рослин, який включає відбір листків рослин, 2 проведення їх темнової адаптації, опромінення світлом інтенсивністю 300-500 Вт/м в діапазоні хвиль 400-500 нм, прийом, виділення, вимірювання та реєстрацію сигналів флуоресценції хлорофілу листків у діапазоні хвиль 670-770 нм; після досягнення стаціонарного значення флуоресценції нагрівання листка рослини до температури 70 °C з постійною швидкістю підвищення температури 8-10 °С/хв. та визначення з поточних значень флуоресценції максимального значення фотоіндукції флуоресценції Fmax та максимальних значень флуоресценції  - та  -хвиль термоіндукції ( F та F ), який відрізняється тим, що паралельно з вимірюванням та реєстрацією сигналів фото- та термоіндукції флуоресценції хлорофілу листка визначають концентрацію хлорофілів  хл  в спиртових екстрактах у перерахунку на сиру масу листка в мг/г, а потенційну продуктивність K пп  20 Fmax  F F   хл Kпп  визначають за формулою: , де Fmax - максимальне значення фотоіндукції флуоресценції у відносних одиницях, F та F - максимальні значення  - та  -хвиль термоіндукції у відносних одиницях, хл - концентрація хлорофілів в мг/г, при цьому при Kпп  100 - потенційна продуктивність рослини висока, при 70  Kпп  90 - середня, при Kпп  70 - низька. 25 Комп’ютерна верстка Т. Вахричева Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут інтелектуальної власності", вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3