Аннотация результатов, полученных в 2024 году
Наблюдаемые изменения климата, увеличение численности населения мира и снижение площадей с/х угодий, требуют ускорить исследования по повышению потенциала урожайности культурных растений и их адаптации к стрессовым условиям. Одним из компонентов более быстрой разработки новых и улучшенных сортов является не затратная по времени и точная фенотипическая оценка тысяч селекционных линий, клонов или популяций во времени в различных условиях окружающей среды. Этот подход может предсказать сложные признаки, которые важны для селекции растений (прямая феномика), а также даст объяснения, почему данные генотипы выделяются в конкретной среде (обратная феномика). Главным хозяйственно-полезным признаком картофеля является урожайность клубней. Клубни, являясь запасающими органами растения картофеля, образуются за счет накопления продуктов фотосинтеза на верхушках столонов. Величина листовой поверхности определяет активность поглощения солнечной радиации и является основным фактором, от которого зависит величина урожая. Недостаток влаги и высокие температуры приводят к снижению роста и развития надземной массы растений, замедляется образование новых листьев, ускоряется старение растений, особенно после цветения. Это приводит к ограничению продуктивности растений и, как следствие, тормозится образование клубней, что приводит к ограниченному количеству и массы клубней на растение. Целью работы стало исследование морфометрических параметров разных генотипов картофеля и их взаимосвязи с урожайностью клубней в условиях высоких температур и недостатка влаги (Среднее Поволжье). Объектами исследования служили 29 отечественных сортов картофеля различных групп спелости и генетического происхождения. Полевые исследования проводились на опытном участке Самарского НИИСХ им Н.М. Тулайкова –филиала СамНЦ РАН. В качестве инструментов фенотипирования мы использовали линейные размеры листьев, количество стеблей, УППЛ, содержание фотосинтетических пигментов и число устьиц в расчете на единицу площади листа, количество клубней на одно растение и средний вес одного клубня, а также внешние признаки заражения растений вирусами. Для изучения взаимосвязи основных морфо-физиологических параметров листьев и компонентов урожайности картофеля все сорта были разбиты на три группы. В первую группу (I) вошли сорта стандарты и сорта с близкими к ним показателями общей урожайности. Во вторую (II) и третью (III) группы – сорта с меньшими и большими значениями урожайности, соответственно. Дискриминантным анализом установлены четкие различия между группами по совокупности фенотипических признаков. Урожайность сортов III группы была в 1,5-2,0 раза больше чем в I и II группах. Группа высокоурожайных сортов отличается более быстрым переходом от посадки клубней до появления полных всходов и большей высотой растений. В отношении числа стеблей показано, что самое высокое их количество было у сортов стандартов. Расчет суммарной площади листьев на один стебель сорта растений показал следующий ряд возрастания: низкоурожайные (67 см2) → стандарты (86 см2) → высокоурожайные (108 см2). То есть урожайные сорта отличались большей площадью листьев в расчете на один стебель. Кроме того, соотношение площади листьев (см2) к длине стебля(см) у высокоурожайных сортов также было выше: низкоурожайные (1,6) → стандарты (1,9) → высокоурожайные (2,2). На основании полученных результатов сделано заключение, что урожайность картофеля в значительной степени зависит от генетических особенностей и сроков созревания сорта, а также условий вегетации. Исследованы параметры мезоструктуры листьев на примере среднераннего сорта картофеля Тана при поражении вирусом М и грибом Alternaria solani. Установлено, что вирус M вызывал деформацию листьев, а A. solani – некроз тканей. Внутренняя архитектура листьев, пораженных патогенами, характеризовалась плотным сложением губчатой паренхимы, меньшим межклеточным пространством, изменением структуры хлоропластов. Изменение оводненности тканей листа, степень снижения количества антиоксидантов и увеличение МДА более выражены при грибной инфекции, а мембранных белков – при вирусной инфекции. К общим проявлениям патогенности следует отнести реорганизацию пространственного распределения клеток губчатой паренхимы, уменьшение объема пластид, снижение количества пигментов и липидов. Однако механизмы проявления патогенности различны. Липиды в мембранах клеток не только обеспечивают их целостность, но и поддерживают функциональную специфичность интегральных белков, вовлеченных в ионное гомеостатирование, фотохимические и электрон-транспортные и др. процессы. При оценке динамики урожайности, качества клубней и параметров фотосинтетического аппарата сорта Сиверский выявлено увеличение уровня мембранных фосфолипидов и снижение соотношения гликолипиды/фосфолипиды при длительной репродукции. Обнаружены стабильные значения отношения моно-/дигалактозилдиациглицеринов в разные годы исследования (1,2→1,1→1,3) и увеличение соотношения фосфатидилглицерина к сульфихиновозилдиацилглицерину (0,6→1,4→1,1). Количество пигментов при этом в расчете на единицу сухой массы постепенно снижалось на 20–25%. Процессы перекисного окисления липидов не имели однозначного изменения, а содержание в листьях пролина за годы исследований увеличилось практически десятикратно с 3 мг/г до 37 мг/г сухого веса листьев. Вместе с этим последовательно снижалось содержание насыщенных жирных кислот липидов и триацилглицеринов. Увеличение числа устьиц в единице площади листа, содержания стрессовой аминокислоты пролин и структурных компонентов мембран в листьях можно расценивать как параметры, предшествующие снижению урожайности и качества клубней при длительной репродукции сорта. Полученные данные свидетельствуют об участии липидов в продукционном процессе. Таким образом, на стадии предварительной селекции картофеля недорогие визуальные методы определения фенотипов являются информативными. Такие показатели как параметры морфометрии целого растения и отдельных органов, продолжительность фенологических стадий, скорость роста, участвующие в продукционном процессе, могут использоваться в качестве инструмента для фенотипирования. Выявленные корреляции физиолого-биохимических параметров между собой и урожайностью свидетельствуют о том, что они ассоциированы с жизнестойкостью растений и могут влиять на урожайность при изменении климатических условий, влиянии патогенов и длительном использовании сорта.