vir-nwТруды по прикладной ботанике, генетике и селекцииProceedings on applied botany, genetics and breeding2227-88342619-0982N.I. Vavilov All-Russian Institute of Plant Genetic Resources10.30901/2227-8834-2019-4-48-58vir-nw-455Research ArticleКОЛЛЕКЦИИ МИРОВЫХ ГЕНЕТИЧЕСКИХ РЕСУРСОВ КУЛЬТУРНЫХ РАСТЕНИЙ ДЛЯ РАЗВИТИЯ ПРИОРИТЕТНЫХ НАПРАВЛЕНИЙ СЕЛЕКЦИИCOLLECTIONS OF THE WORLD’S CROP GENETIC RESOURCES FOR THE DEVELOPMENT OF PRIORITY PLANT BREEDING TRENDSОценка качества семян коллекции циамопсиса четырехкрыльникового при длительном хранении в неконтролируемых условияхSeed quality evaluation in the collection of Cyamopsis tetragonoloba after long-term storage under uncontrolled conditionsРаковскаяН. В.RakovskayaN. V.

190000 г. Санкт-Петербург, ул. Б. Морская, 42, 44

42, 44 Bolshaya Morskaya Street, St. Petersburg 190000

ЗабегаеваО. Н.ZabegayevaO. N.

190000 г. Санкт-Петербург, ул. Б. Морская, 42, 44

42, 44 Bolshaya Morskaya Street, St. Petersburg 190000

ДзюбенкоЕ. А.DzyubenkoE. A.

190000 г. Санкт-Петербург, ул. Б. Морская, 42, 44

42, 44 Bolshaya Morskaya Street, St. Petersburg 190000

elena.dzyubenko@gmail.comФедеральный исследовательский центр Всероссийский институт генетических ресурсов растений имени Н.И. ВавиловаРоссияN.I. Vavilov All-Russian Institute of Plant Genetic ResourcesRussian Federation20190601202018044858Copyright © Раковская Н.В., Забегаева О.Н., Дзюбенко Е.А., 20202020Раковская Н.В., Забегаева О.Н., Дзюбенко Е.А.Rakovskaya N.V., Zabegayeva O.N., Dzyubenko E.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://elpub.vir.nw.ru/jour/article/view/455Актуальность

Актуальность. Циамопсис четырехкрыльниковый, или гуар (Cyamopsis tetragonoloba (L.) Taub.) – однолетнее бобовое растение кормового, овощного и технического назначения. Из эндосперма семян циамопсиса извлекают гуаровую камедь. Генетические ресурсы циамопсиса коллекции ВИР имеют стратегическое значение для интродукции этого вида в южные регионы России с целью импортозамещения.

Материалы и методы

Материалы и методы. В настоящее время коллекция насчитывает 111 образцов. В лаборатории длительного хранения генофонда растений ВИР была проведена оценка энергии прорастания и всхожести семян, а также твердосемянности у 50 образцов, репродуцированных в 2018 году, и 263 старовозрастных репродукций 89 образцов циамопсиса разных лет. Всего было проанализировано 313 проб семян 18 разных лет пересева коллекции у 89 образцов. Для оценки влияния таких факторов, как возраст семян, температура и влажность в период вегетации, на энергию прорастания, всхожесть и твердосемянность семян был применен однофакторный дисперсионный анализ программы Statistica 10.

Результаты и обсуждение

Результаты и обсуждение. Коллекционные образцы циамопсиса после 40 лет хранения не потеряли полностью свою лабораторную и полевую всхожесть. Отмечена высокая положительная корреляция всхожести и энергии прорастания семян со среднемесячной температурой в год репродукции и слабая корреляция всхожести с количеством осадков в период вегетации. Выявлена слабая положительная корреляция между твердосемянностью и температурой и слабая отрицательная корреляция между твердосемянностью и количеством осадков за период вегетации; корреляция между твердосемянностью и годом репродукции оказалась слабая положительная. Тридцатилетние семена сохранили свою жизнеспособность на 50%, таким образом, семена циамопсиса могут быть отнесены к группе макробиотиков.

Background

Background. Guar or clusterbean (Cyamopsis tetragonoloba (L.) Taub.) is an annual leguminous plant cultivated for feed, food and industrial purposes. Its seed endosperm is used to extract guar gum, so the guar genetic resources stored in the VIR collection are of strategic importance for the import substitution policy in Russia in the context of their prospective introduction into cultivation in the country’s southern areas. Most of the guar accessions had been preserved by VIR for 40 years or more, so the task was to assess their germination rates and restore their viability. In the process of screening, seed quality parameters of the accessions were examined and analyzed.

Materials and methods

Materials and methods. VIR’s collection of C. tetragonoloba, initiated by N. I. Vavilov, now contains 111 accessions. Percentage seed viability, germination energy and seed hardness were evaluated in the Long-Term Storage Laboratory for 50 accessions reproduced in 2018 and for 263 older reproductions of 89 guar accessions. In total, 313 seed samples reproduced across 18 different years were analyzed. Statistica 10 software was used to perform a single-factor analysis of variance and find out how germination energy, seed viability and seed hardness correlated with the age of seeds, mean monthly temperature and mean rainfall during the growing season.

Results and discussion

Results and discussion. After more than 40 years of storage, the guar accessions did not entirely lost their viability under laboratory and field conditions. Very high positive correlations were found for their percentage viability and germination energy with the mean monthly temperature in the year of reproduction. A weak positive correlation was observed between seed hardness and the year of reproduction. Correlations between seed viability and rainfall during the growing season were weak, with a weak negative correlation between seed hardness and rainfall. The viability level of 30-year-old seeds was 50%, so guar may be regarded as belonging to the group of macrobiotic plants.

Cyamopsis tetragonoloba (Taub.) L.интродукциявсхожестьэнергиятвердосемянностьвлияние метеорологических факторовжизнеспособностьэндоспермCyamopsis tetragonoloba (L.) Taub.introductionseed viabilitygermination energyseed hardnesseffect of weather factorsviabilityendospermРабота выполнена в рамках государственного задания согласно тематическому плану ВИР по проекту № 0662-2019-0005 «Раскрытие потенциала и разработка стратегии рационального использования генетического разнообразия ресурсов кормовых культурных растений и их диких родичей, сохраняемого в семенных и гербарных коллекциях ВИР».ReferencesAnderson E. Endosperm mucilages of legumes: occurrence and composition. Ind. Eng. Chem., 1949;41(12):2887-2890. DOI: 10.1021/ie50480a056Anderson E. Endosperm mucilages of legumes: occurrence and composition. Ind. Eng. Chem., 1949;41(12):2887-2890. DOI: 10.1021/ie50480a056Buckeridge M.S., dos Santos H.P., Tiné M.A.S. Mobilisation of storage cell wall polysaccharides in seeds. Plant Physiol. Biochem. 2000;38(1-2):141-156 DOI: 10.1016/S0981-9428(00)00162-5Buckeridge M.S., dos Santos H.P., Tiné M.A.S. Mobilisation of storage cell wall polysaccharides in seeds. Plant Physiol. Biochem. 2000;38(1-2):141-156 DOI: 10.1016/S0981-9428(00)00162-5Булынцев С.В., Вальянникова Т.И., Силаева О.И., Копоть Е.И., Пимонов К.И. Гуар – новая бобовая культура для России. В кн: Инновации в технологиях возделывания сельскохозяйственных культур. Материалы Всероссийской научно-практической конференции. Персиановка: Донской ГАУ; 2017. С. 167-172.Bulyntsev S.V., Valyannikova T.I., Silaeva O.I., Kopot E.I., Pimonov K. Guar: a new legume crop for Russia (Guar – novaya bobovaya kultura dlya Rossii). In: Innovations in Crop Cultivation Technologies. Proceedings of the AllRussian Scientific and Practical Conference (Innovatsii v tekhnologiyakh vozdelyvaniya selskokhozyaystvennykh kultur. Materialy Vserossiyskoy nauchno-prakticheskoy konferentsii). Persianovka: Don State Agrarian University; 2017. p.167-172. [in Russian]Дзюбенко Н.И., Дзюбенко Е.А., Потокина Е.А., Булынцев С.В. Гуар Cyamopsis tetragonoloba (L.) Taub.: характеристика, применение, генетические ресурсы и возможность интродукции в России (обзор). Сельскохозяйственная биология. 2017;52(6):1116-1128. DOI: 10.15389/agrobiology.2017.6.111rusDzyubenko N.I. Dzyubenko E.A, Potokina E.K., Bulyntsev S.V. Clusterbeans Cyamopsis tetragonoloba (L.) Taub. – Properties, use, plant genetic resources and expected introduction in Russia (review). Agricultural Biology. 2017;52(6):1116-1128. [in Russian] DOI: 10.15389/agrobiology.2017.6.111rusEldirany A.A., Nour A.A.M., Khadir K.I., Gadeen K.A., Mohamed A.M., Ibrahim M.A.E.M. Physicochemical properties of four new genotypes of guar seeds (Cyamopsis tetragonoloba L.) American Journal of Food Science and Health. 1908;1(3):76-81.Eldirany A.A., Nour A.A.M., Khadir K.I., Gadeen K.A., Mohamed A.M., Ibrahim M.A.E.M. Physicochemical properties of four new genotypes of guar seeds (Cyamopsis tetragonoloba L.) American Journal of Food Science and Health. 1908;1(3):76-81.Ewart A.J. On the longevity of seeds. Proc. Roy. Soc. Victoria. 1908;21(1):1-210.Ewart A.J. On the longevity of seeds. Proc. Roy. Soc. Victoria. 1908;21(1):1-210.Филимонов М.А. Семена кормовых растений и их биологические свойства. Москва: Сельхозиздат; 1961.Filimonov M.A. Seeds of forage plants and their biological properties (Semena kormovykh rasteniy i ikh biologicheskiye svoystva). Moscow: Selkhozizdat; 1961. [in Russian]Gresta F., Cristaudo A., Trostle C., Anastasi U., Guarnaccia P., Catara S., Onofri A. Germination of guar (Cyamopsis tetragonoloba (L.) Taub.) genotypes with reduced temperature requirements. Aust. J. Crop Sci. 2018;12(6):954-960. DOI: 10.21475/ajcs.18.12.06.PNE1049Gresta F., Cristaudo A., Trostle C., Anastasi U., Guarnaccia P., Catara S., Onofri A. Germination of guar (Cyamopsis tetragonoloba (L.) Taub.) genotypes with reduced temperature requirements. Aust. J. Crop Sci. 2018;12(6):954-960. DOI: 10.21475/ajcs.18.12.06.PNE1049Haferkamp M.E., Smith L., Nilan R.A. Studies of aged seeds. I. Relation of age of seed to germination and longevity. Agronomy Journal. 1953;45(9):434-437Haferkamp M.E., Smith L., Nilan R.A. Studies of aged seeds. I. Relation of age of seed to germination and longevity. Agronomy Journal. 1953;45(9):434-437Harrington J.F. Seed storage and longevity; In: T.T. Kozlowski (ed.). Seed Biology. Vol. III. Insects and seed collection, storage, testing, and certification. New York: Academic Press; 1972.p.145-245Harrington J.F. Seed storage and longevity; In: T.T. Kozlowski (ed.). Seed Biology. Vol. III. Insects and seed collection, storage, testing, and certification. New York: Academic Press; 1972.p.145-245Hegnauer R. Uber das Endosperm der Leguminosen. Pharm. Zentralhalle. 1957;9(4):141-143 [in German]Hegnauer R. Uber das Endosperm der Leguminosen. Pharm. Zentralhalle. 1957;9(4):141-143 [in German]Kebede H., Smith J.R., Ray J.D. Identification of a single gene for seed coat impermeability in soybean PI 594619. Theor. Appl. Genet. 2014;127(9):1991-2003. DOI: 10.1007/s00122-014-2355-2Kebede H., Smith J.R., Ray J.D. Identification of a single gene for seed coat impermeability in soybean PI 594619. Theor. Appl. Genet. 2014;127(9):1991-2003. DOI: 10.1007/s00122-014-2355-2Хорошайлов Н.Г., Жукова Н.В. Длительное хранение коллекционных образцов семян. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции, 1973;49(3):269-279.Khoroshailov N.G., Zhukova N.V. Long-term keeping of seed samples from the collection. Bulletin of Applied Botany, Genetics and Plant Breeding. 1973;49(3):269-279. [in Russian]Martin A.C. The comparative internal morphology of seeds. The American Midland Naturalist. 1946;36(3):513-660. DOI: 10.2307/2421457Martin A.C. The comparative internal morphology of seeds. The American Midland Naturalist. 1946;36(3):513-660. DOI: 10.2307/2421457Morris J.B. Morphological and reproductive characterization of guar (Cyamopsis tetragonoloba) genetic resources regenerated in Georgia, USA. Genet. Resour. Crop Evol. 1910;57(7):985-993. DOI: 10.1007/s10722-010-9538-8Morris J.B. Morphological and reproductive characterization of guar (Cyamopsis tetragonoloba) genetic resources regenerated in Georgia, USA. Genet. Resour. Crop Evol. 1910;57(7):985-993. DOI: 10.1007/s10722-010-9538-8Мурадов К.М. Опыт интродукции Cyamopsis tetragonoloba (L.) Taub. на юге Туркменистана. Растительные ресурсы. 1973;49(4):516-523.Muradov K.M. Experience in introducing Cyamopsis tetragonoloba (L.) Taub. to the south of Turkmenistan (Opyt introduktsii Cyamopsis tetragonoloba (L.) Taub. na yuge Turkmenistana). Rastitelnye resursy = Plant Resources. 1973;49(4):516-523. [in Russian]Nagel М., Börner A. The longevity of crop seeds stored under ambient conditions. Seed Sci. Res. 2010;20(1):1-12. DOI: 10.1017/S0960258509990213Nagel М., Börner A. The longevity of crop seeds stored under ambient conditions. Seed Sci. Res. 2010;20(1):1-12. DOI: 10.1017/S0960258509990213Павлова А. Гуар – ценная бобовая культура. Зернобобовые культуры. 1964;10:24-26.Pavlova A. Guar: valuable legume crop (Guar – tsennaya bobovaya kultura) Zernobobovye kultury = Grain Legumes. 1964;10:24-26. [in Russian]Reid J.S.G., Edwards M.E., Gidley M.J., Clark A.H. Mechanism and regulation of galactomannan biosynthesis in developing leguminous seeds. Biochem Soc Trans. 1992;20(1):23-26. DOI: 10.1042/bst0200023Reid J.S.G., Edwards M.E., Gidley M.J., Clark A.H. Mechanism and regulation of galactomannan biosynthesis in developing leguminous seeds. Biochem Soc Trans. 1992;20(1):23-26. DOI: 10.1042/bst0200023Силаева О.И. Хранение коллекции семян мировых растительных ресурсов в условиях низких положительных температур – оценка, состояние, перспективы. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2012;169:230-239.Silaeva O.I. Storage of seeds collections of the world’s plant resources in conditions low positive temperatures – assessment, status, prospects. Proceedings on Applied Botany, Genetics and Breeding. 2012;169:230-239. [in Russian]Старцев В.И., Ливанская Г.А., Куликов М.А. Перспективы возделывания гуара (Cyamopsis tetragonoloba L.) в России. Вестник Российского государственного аграрного заочного университета. 2017;24:11-15.Startsev V.I., Livanskaya G.A., Kulikov M.A. Prospects of cultivating guar (Cyamopsis tetragonoloba L.) in Russia. Bulletin of the Russian State Agrarian Correspondence University. 2017;24:11-15. [in Russian]Погода и климат. Справочно-информационный портал. 2004-2019. URL: http://www.pogodaiklimat.ru [дата обращения: 12.08.2019].Weather and Climate. Reference and Information Portal. (Pogoda i klimat. Spravochno-informatsionnyi portal). 2004-2019. [in Russian] URL: http://www.pogodaiklimat.ru [accessed on: 12.08.2019].

The authors declare that there are no conflicts of interest present.