Результаты использования клеточных технологий в создании новых сортов ячменя, устойчивых к токсичности алюминия и засухе

Представлены результаты изучения хозяйственно ценных свойств регенерантных линий ячменя, полученных методом клеточной селекции на селективных средах in vitro с ионами алюминия, водорода и полиэтиленгликолем. Созданы генотипы, превышающие исходный и стандартный сорта: по уровню индекса длины корней (регенеранты 0,9–1,2 %, стандарт 0,8 %) и засухоустойчивости (регенеранты 17,8–45,2 %, стандарт 8,5 %) – в лабораторных исследованиях, по продуктивным показателям – в вегетационном испытании (повышение всхожести на 12 %, продуктивной кустистости – на 21 %, озерненности колоса – в 2,3 раза, массы зерна с растения – в 1,5 раза). Показатель массы зерна с одного растения коррелировал с уровнем подщелачивания в зоне ризосферы исследуемых растений в стрессовых условиях вегетационного опыта (r = 0,908). В результате иммунологической оценки на инфекционном фоне выявлены регенерантные линии, характеризующиеся низкой степенью поражения фитопатогенными грибами. Преимущество по урожайности генотипов регенерантного происхождения перед исходными сортами и стандартами особенно проявилось в 2010 г. в провокационных условиях кислых почв и недостатка влаги, когда в полевых испытаниях регенерантные генотипы стабильно обеспечивали на 10,0–43,2 % более высокую урожайность, чем стандартный сорт. Доля регенерантных линий на этапе конкурсного сортоиспытания возросла с 8,3 (2006 г.) до 32,4 % (2014 г.). Регенеранты, обладающие высокой комбинационной способностью, используются в качестве родительских форм при скрещивании. Получены новые сорта ячменя Форвард и Бионик на основе регенерантных линий 917-01 и 496-07. В условиях эдафического стресса (рН 3,8–4,5; Аl3+ 0,5–9,6 мг/100 г почвы) урожайность сортов достигала: Форвард – 5,5 т/га, Бионик – 6,6 т/ га, превышение над стандартом составляло 113–128 %.

1. Butenko R.G. Biologiya kletok vysshikh rasteniy in vitro i biotekhnologii na ikh osnove [Cell biology of higher plants in vitro and biotechnology based on them]. Moscow, FBK-Press Publ., 1999. (in Russian)

2. Klimashevskiy E.L. Otsenka kislotoustoychivosti rasteniy [Estimation of acid resistance of plants]. Diagnostika ustoychivosti rasteniy k stressovym vozdeystviyam [Diagnosis of tolerance of stress factors in plants]. Leningrad, 1988;97-100. (in Russian)

3. Klimashevskiy E.L. Geneticheskiy aspekt mineralnogo pitaniya rasteniy [Genetic Aspects of Mineral Nutrition of Plants]. Moscow, Agropromizdat Publ., 1991. (in Russian)

4. Larkin P.J., Scowcroft W.R. Somaclonal variation – a novel source of variability from cell culture for plant improvement. Theor. Appl. Genet. 1981;60:197-214.

5. Lisitsyn E.M., Shchennikova I.N., Shupletsova O.N. Cultivation of barley on acid sod-podzolic soils of north-east of Europe. Barley: Production, Cultivation and Uses. Ed. S.B. Elfson. New York: Nova Publ. 2011;49-92.

6. Metodika Goskomissii po ispytaniyu selskokhozyaystvennykh kultur [The methodology of the State Committee for the Testing of New Varieties of Agricultural Plants]. Moscow, Kalininskaya oblastnaya tipografiya Publ., 1985. (in Russian)

7. Muyuan Y.Z., Jianwei P., Lilin W., Qing G., Chunyuan H. Mutation induced enhancement of Al tolerance in barley cell lines. Plant Sci. 2003; 164:17-23.

8. Nettevich E.D. Izbrannye trudy. Selektsiya i semenovodstvo yarovykh zernovykh kultur [Selected works: Breeding and seed production of spring grain crops]. Moscow; Nemchinovka, NIISKh TsRNZ Publ., 2008. (in Russian)

9. Rodina N.A. Solodyankina M.M. The screening of barley genotypes tolerant of Al3+ in a water culture. Nauchnye osnovy strategii adaptivnogo rastenievodstva Severo-Vostoka evropeyskoy chasti Rossii: Materialy nauchno-prakticheskoy konferentsii 9-10 oktyabrya 1996 g. [Proceedings of the research and practice conference “Scientific Bases of Adaptive Strategies of Plant Industry in Northeastern European Russia”, Oct. 9-10, 1996]. Kirov, 1999;2;31-39. (in Russian)

10. Shayakhmetov I.F. Somaticheskiy embriogenez i selektsiya zlakovykh kultur [Somatic Embryogenesis and Breeding of Cereals]. Ufa, Bash- SU Publ., 1999. (in Russian)

11. Shchennikova I.N., Shupletsova O.N., Kunilova A.V. Barley regenerants as a parental material for breeding in a changing climate.. Agrarnaya nauka Evro-Severo-Vostoka = An Agrarian Science of Euro-North- East. 2013a;3(34):9-11. (in Russian)

12. Shchennikova I.N., Shupletsova O.N., Sheshegova T.K. Barley regenerants with complex resistance to stress factors. Innovatsionnye tekhnologii vozdelyvaniya selskokhozyaystvennykh kultur v Nechernozem’e. Sbornik dokladov Vserossiyskoy nauchno- prakticheskoy konferentsii,posvyashchennoy 75-letiyu Vladimirskogo NIISKh (Suzdal, 2–4 iyulya 2013 goda) [Innovative technologies of cultivation of agricultural crops in the Non- Chernozem Zone. Proc. Sci. Conf. Dedicated to the 75th anniversary of Vladimir Agricultural Research Institute (Suzdal, July 2-4, 2013)]. Ivanovo, PresSTO Publ., 2013b;2:33-36. (in Russian)

13. Shevelukha V.S. (Ed.) Selskokhozyaystvennaya biotekhnologiya [Agricultural Biotechnology]. Moscow, Vysshaya shkola Publ., 2003. (in Russian)

14. Shirokikh I.G., Shupletsova O.N., Shchennikova I.N. In vitro development of barley varieties tolerant of Al in acidic soil. Biotekhnologiya = Biotechnology. 2009;3:40-48. (in Russian)

15. Shupletsova O.N., Shchennikova I.N., Shirokikh I.G. Creation of barley genotypes with complex resistance to edaphic stresses by methods of cell culture. Rossiyskaya selskokhozyaystvennaya nauka = Russian Agricultural Sciences. 2015;2-3:16-20. (in Russian)

16. Zhuchenko A.A. Adaptivnaya sistema selektsii rasteniy (ekologo-geneticheskie osnovy) [Adaptive Plant Breeding (Environmental and Genetic Basis)]. Moscow, RUDN Publ., 2001;1. (in Russian)