ВВЕДЕНИЕ 3
ГЛАВА 1. ФОТОСИНТЕЗ КАК ЭКОЛОГО-ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЙ 5
ПОКАЗАТЕЛЬ СОСТОЯНИЯ РАСТЕНИЙ И ЕГО ВКЛАД В УРОЖАЙНОСТЬ
1.1 . Фотосинтетический аппарат растений 6
1.2 . Флуоресценция хлорофилла 7
1.3. Вклад фотосинтеза в структуру урожая растений 18
ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИСССЛЕДОВАНИЯ 23
2.1. Место проведения эксперимента 25
2.2. Методы исследования 26
ГЛАВА 3. ЭКОЛОГО-ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ 32 ИЗОГЕННЫХ ЛИНИЙ МЯГКОЙ ПШЕНИЦЫ И ИХ УРОЖАЙНОСТЬ ВЫВОДЫ 43
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 45
ЭЛЕКТРОННЫЕ РЕСУРСЫ 49
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 50
ПРИЛОЖЕНИЕ 2 51
ПРИЛОЖЕНИЕ 3 56
За последние 60 лет Алтайский край стал одним из ведущих аграрных регионов Российской Федерации (РФ). В настоящее время на его территории с большой скоростью развиваются основные отрасли сельского хозяйства - животноводство и, прежде всего, зерновое и кормовое производство. (Фролов, Страшная, 2011). Производство зерна в крае происходит в условиях резко континентального климата, одним из наиболее опасных проявлений которого являются засухи, приводящие к снижению урожайности и валовых сборов зерна.
Атмосферная и почвенная засуха создает неблагоприятные условия, прежде всего, для сева озимых зерновых культур. Величина ущерба зависит от интенсивности, времени возникновения и продолжительности засух. Так, в 2010 году июнь и июль в России были самыми засушливыми, что обусловило гибель сельскохозяйственных культур приблизительно на 30% площади посевов и соответствующие потери урожая в 42 субъектах РФ, где вводился режим чрезвычайной ситуации (Фролов, Страшная, 2011).
Таким образом, климатические условия, часто являясь ингибиторами и активаторами биоэнергетических процессов, протекающих в тилакоидах растительных клеток способны оказывать выраженное влияние на процесс фотосинтеза, а, следовательно, на рост и продуктивность растений. В связи с этим возникает необходимость выведения новых сортов зерновых культур, которые обладали бы хорошей продуктивностью и имели большую устойчивость к колебаниям температур. Исследования кинетики флуоресценции могут дать важную информацию, касающуюся характера активности фактора внешней среды по воздействию на параметры фотосинтеза, применимую в целях экологического мониторинга, а также в целях оценки устойчивости растений.
Актуальность нашей работы заключается в том, что были изучены фотосинтетические параметры почти изогенных линий сортов мягкой
пшеницы, для первичной оценки засухоустойчивости. Измерение и анализ флуоресцентных параметров, свидетельствующих о работе
фотосинтетического аппарата, осуществлялся у исходной линии S-29 (Саратовская-29) и полученных от нее изогенных линий.
Цель работы: оценка параметров фотосинтетической активности почти изогенных линий мягкой пшеницы, для первичной оценки засухоустойчивости.
Для достижения цели были поставлены следующие задачи:
1. Зарегистрировать параметры фотосинтетической активности изогенных линий мягкой пшеницы;
2. Сравнить структуру урожая разных линий пшеницы;
3. Проанализировать зависимость флуоресценции хлорофилла и структуры урожая исследуемых объектов.
4. Выявить зависимости между интенсивностью протекания процесса фотосинтеза, урожайностью и генотипом;
Практическая значимость работы заключается в том, что данные, полученные при изучении фотосинтетического аппарата и структуры урожая изогенных линий мягкой пшеницы, могут быть использованы для дальнейшей селекции и выведении новых засухоустойчивых сортов.
По данной работе была опубликована статья в сборнике международной конференции «Ломоносовские чтения на Алтае: фундаментальные проблемы науки и техники», 2018 г (Сборник..., www. sites. google. com, 2019). Выражаю огромную благодарность за помощь в организации исследования и консультации по сути работы кандидату биологических наук, доценту кафедры экологии, биохимии и биотехнологии Алтайского государственного университета Хлебовой Любовь Петровне.
Оценка параметров фотосинтетической активности базового сорта S- 29 и изогенных линий мягкой пшеницы на разных стадиях индивидуального развития показала, что у исходной линии - S-29 значения параметровБТК и Y(II) сильно варьировалоина ювенильной стадии, и во время цветения были снижены. Изогенная линия S-L140 имеет относительно стабильные значения исследуемых параметров активности фотосистем. Высокие значения параметров ETR и Y(II) отмечены у линий S-iP2A и S-iP. Повышенные значения скорости электронного транспорта и квантового выхода, свидетельствуют о интенсивности работы фотосистем в условиях стресса (засухи).
При рассмотрении структуры урожая выявлены линии S-L140 и S- iPF2A, которые отличаются высокой продуктивностью по отношению к контролю. Такие элементы урожая, как количество зерновок, масса и количество семян достоверно показывают преимущество (в 2 раза) этих изогенных линий. Самыми низкими характеристиками урожайности по сравнению с контролем обладают образцы пшеницы S-iP2A.
При сравнении данных фотосинтетической активности и структуры урожая выделяются изогенные линии S-L140 и S-iPF2A. Они имеют стабильные показатели фотосинтетической активности и отличаются высокой урожайностью, по сравнению с другими объектами. Стоит отметить, что эти две линии показали высокую выживаемость семян (всхожесть).
Стабильная работа фотосинтетического аппарата и высокие показатели урожайности изогенных линий S-L140 и S-iPF2A объясняются особенностями генотипа. Так, S-L140 имеет рецессивный ген pp-A1 и характеризуется отсутствием антоциановой окраски колеоптиля (первый лист злаков) и стебля по сравнению с S (Саратовская-29) у которой при интенсивной инсоляции (облучение солнечным светом) есть слабая окраска благодаря доминантному гену Pp-A1. Линия S-iPF2A является изогенной линией сорта Саратовская-29 по гену Pp3 (Pp-purple pericarp) и отличается от линии S слабой фиолетовой окраской перикарпа.
В результате исследования сформулирована следующая гипотеза, особенности генотипа и фенотипа (отсутствие антоциановой окраски), стабильная работа фотосинтетического аппарата (параметры ETR и Y(II)) оказывает положительное влияние на урожайность растений, давая возможность постепенно переходить от одной фазы развития к другой с проявлением фенотипической пластичности.
